Ada regulon - Ada regulon

Bei der DNA-Reparatur ist das Ada-Regulon eine Reihe von Genen, deren Expression für die adaptive Reaktion (auch als "Ada-Reaktion" bekannt, daher der Name) wesentlich ist, die in prokaryotischen Zellen durch Exposition gegenüber subletalen Dosen von Alkylierungsmitteln ausgelöst wird . Dies ermöglicht es den Zellen, die Wirkungen solcher Mittel zu tolerieren, die ansonsten toxisch und mutagen sind.

Die Ada-Antwort umfasst die Expression von vier Genen: ada, alkA, alkB und aidB . Das Produkt des ada- Gens, das Ada-Protein, ist ein Aktivator der Transkription aller vier Gene. Durch Alkylierung beschädigte DNA-Basen werden durch unterschiedliche Strategien entfernt.

Alkylierungsmittel

Die Alkylierungsmittel aus einer Gruppe von Mutagenen und Karzinogenen, die DNA durch Alkylierung modifizieren . Läsionen auf Alkylbasis können die Replikation stoppen, die Transkription unterbrechen oder die Aktivierung von Zellzyklus-Checkpoints oder Apoptose signalisieren . Bei Säugetieren könnten sie an Karzinogenese , neurodegenerativen Erkrankungen und Alterung beteiligt sein. Die Alkylierungsmittel können an allen verfügbaren Stickstoff- und Sauerstoffatomen in DNA-Basen Methyl- oder Ethylgruppen einführen, wodurch eine Reihe von Läsionen bereitgestellt werden.

Die Mehrzahl der Hinweise zeigt, dass unter den 11 identifizierten Basenmodifikationen zwei, 3-Methyladenin (3meA) und O ⁶ -Methylguanin (O ⁶ -meG), hauptsächlich für die biologischen Wirkungen von Alkylierungsmitteln verantwortlich sind.

Rollen von ada- regulierten Genen

Das Ada-Protein besteht aus zwei Hauptdomänen, einer C-terminalen Domäne und einer N-terminalen Domäne, die durch eine Gelenkregion verbunden sind, die für eine proteolytische Spaltung anfällig ist. Diese Domänen können unabhängig voneinander funktionieren. AdaCTD überträgt Methyladdukte von O ⁶ -meG und O ⁴ -meG auf seinen Cys-321-Rest, während AdaNTD Methylphosphotriester durch Methyltransfer auf seinen Cys-38-Rest demethyliert.

Das alkA- Gen codiert eine Glycosylase , die eine Vielzahl von Läsionen repariert, einschließlich N-7-Methylguanin und N-3-Methylpurine und O ² -Methylpyrimidine . Das AlkA-Protein entfernt eine beschädigte Base aus dem Zucker-Phosphat-Rückgrat, indem es die Glycosylbindung spaltet, die die Base an den Zucker bindet, wodurch eine abasische Stelle erzeugt wird. Die weitere Verarbeitung der abasischen Stelle durch AP-Endonukleasen, Polymerase I und Ligase schließt dann die Reparatur ab.

AlkB , eines der adaptiven Antwortproteine von Escherichia coli , verwendet einen von α-Ketoglutarat / Fe (II) abhängigen Mechanismus, der durch chemische Oxidation eine Vielzahl von Alkylläsionen aus der DNA entfernt und so das Genom vor Alkylierung schützt.

Das AidB- Protein soll am Abbau endogener Alkylierungsmittel beteiligt sein. Es zeigt eine gewisse Homologie zu Acyl-CoA-Oxidasen und solchen, die Flavine enthalten . Jüngste Beobachtungen legen nahe, dass AidB möglicherweise an doppelsträngige DNA bindet und an deren Dealkylierung teilnimmt. Um die genaue Funktion von AidB zu bestimmen, sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich.

Regulation der Transkription

Die Ada-Antwort umfasst die Expression von vier Genen: ada , alkA , alkB und aidB . Das Produkt des ada- Gens, das Ada-Protein, ist ein Aktivator der Transkription aller vier Gene.

Ada hat zwei aktive Methylakzeptor- Cysteinreste , die für die Demethylierung von DNA erforderlich sind. Beide Stellen können methyliert werden, wenn das Ada-Protein die Methylgruppe von den entsprechenden DNA-Läsionen auf sich selbst überträgt. Diese Reaktion ist irreversibel und methyliertes Ada (me-Ada) kann als Transkriptionsaktivator wirken.

Das Ada-Protein aktiviert die Transkription des Ada- Regulons auf zwei verschiedene Arten. Im Fall des ada - alkB Operon und das CNAMED Promotor wird die N-terminale Domäne (AdaNTD) in der DNA - Bindung beteiligt ist und mit der einer Einheit der RNA - Polymerase, während und die methylierte C-terminalen Domäne (me-AdaCTD) interagiert mit der σ ₇₀ -Untereinheit der RNA-Polymerase. Obwohl diese Wechselwirkungen unabhängig sind, sind beide für die Transkriptionsaktivierung notwendig.

Zur Aktivierung des alkA- Gens interagiert das AdaNTD mit den α- und σ- Untereinheiten der RNA-Polymerase und aktiviert die Transkription. Im Gegensatz zu den Promotoren ada und aidB kann die unmethylierte Form des Ada- Proteins sowie die methylierte Form des AdaNTD die Transkription bei alkA aktivieren .

Methylierte Ada ist die Transkription der Lage , durch σ _S sowie & sgr; ₇₀ sowohl an der ada und CNAMED Veranstalter. Im Gegensatz dazu stimuliert me-Ada nicht nur nicht die alkA- Transkription durch σ _S , sondern beeinflusst auch die σ _S- abhängige Transkription negativ .

Intrazelluläre Konzentrationen von σ _S steigen an, wenn die Zellen die stationäre Phase erreichen ; Dies führt wiederum zu einer durch Me-Ada vermittelten Abnahme der Expression von AlkA . Daher verhindert eine Erhöhung der Expression der Gene der adaptiven Antwort parallel zur Expression von Genen, die während der stationären Phase endogene Alkylatoren produzieren, eine Schädigung der DNA durch Alkylierung und Mutagenese .

Homologe des Ada-Regulons beim Menschen

In menschlichen Zellen ist die Alkyltransferaseaktivität das Produkt des MGMT- Gens. Das 21,7 kDa MGMT- Protein besteht aus Aminosäuresequenzen, die denen von E. coli- Alkyltransferasen wie Ada sehr ähnlich sind . Im Gegensatz zu den bakteriellen Enzymen repariert es hauptsächlich O ⁶ meG, während die Entfernung des Alkyladdukts aus O ⁴ meT viel langsamer und signifikant weniger effektiv ist. Die bevorzugte Reparatur von O ⁶ meG ist für eukaryotische Zellen rentabel, da bei Versuchstieren, die mit alkylierenden Karzinogenen behandelt wurden, diese Läsion an der Tumorstimulation beteiligt ist.

Im Gegensatz zu den Ada und den humanen MGMT- Methyltransferasen kehren AlkB und seine humanen Homologen hABH2 und hABH3 nicht nur die Schädigung der Alkylierungsbase direkt um, sondern auch katalytisch und mit einer Substratspezifität, die auf die Basenpaarungsgrenzfläche von G: C und A abzielt: T Basenpaare. Kristallstrukturen von AlkB und seinem menschlichen Homologen hABH3 haben ähnliche Gesamtfalten gezeigt, wobei konservierte funktionelle Domänen hervorgehoben wurden.

Verweise