DNA자이라아제

DNA gyrase
DNA자이라아제
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EC 번호5.99.1.3
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DNA 자이라아제 또는 단순히 자이라아제는 토포이소머라아제 등급 내의 효소이며, 이중 가닥 DNA가 RNA-중합효소의[2] 연장 또는 진행 중인 복제 [3][4]포크 앞에서 헬리케이스에 의해 풀리는 동안 ATP 의존적인 방식으로 위상 변형을 감소시키는 타입 II 토포이소머라아제의[1] 하위 등급이다.이 효소는 DNA의 음의 슈퍼코일을 유발하거나 양의 슈퍼코일을 완화시킵니다.이는 템플릿을 교차하도록 루프한 후 이중나선 중 하나를 절단하여 다른 하나를 통과시킨 후 브레이크를 해제함으로써 각 효소 공정에서 링크 번호를 2개씩 변경함으로써 이루어진다.이 과정은 박테리아에서 발생하는데, 박테리아는 단일 원형 DNA를 DNA 자이라아제에 의해 절단한 후 양끝이 서로 꼬여 슈퍼코일을 형성한다.자이라제는 진핵생물 색소체에서도 발견됩니다: 그것은 말라리아 기생충 플라즈모디움 팔시파룸의[5][6] 원추체와 몇몇 [7]식물의 엽록체에서 발견되었습니다.세균 DNA 자이라제는 나리딕산, 노보비오신, 시프로플록사신을 포함한 많은 항생제의 표적이다.

ATP 가수분해를[1] 희생하면서 음의 슈퍼코일을 DNA에 도입하는 자이라제의 독특한 능력은 박테리아 DNA가 자유 음의 슈퍼코일을 가질 수 있게 해줍니다.양성 슈퍼코일을 완화시키는 자이라아제의 능력은 DNA 복제와 원핵생물 전사 중에 작용한다.DNA의 나선형 성질은 DNA 복제의 경우 전이 효소인 DNA 중합효소보다 양성 슈퍼코일이 먼저 축적되도록 합니다.자이라아제(및 토포이소머라아제 IV)가 양의 슈퍼코일을 완화시키는 능력은 중합효소보다 앞선 초헬리컬 장력을 방출하여 복제를 계속할 수 있도록 한다.

자이라제 구조

자이라제 구조도

DNA 자이라제는 2개의 GyrA("A")와 2개의 GyrB("B") 서브유닛으로 [8]구성된 4중합체 효소이다.구조적으로 복합체는 DNA 세그먼트의 직접 전달과 2개의 음성 슈퍼코일의 도입으로 이어지는 3쌍의 "게이트"에 의해 형성된다.N-게이트는 GyrB 서브유닛의 ATPase 도메인에 의해 형성된다.2개의 ATP 분자의 결합은 이합체화를 초래하고, 따라서 게이트를 닫는다.반대로 가수분해는 그들을 열게 한다.DNA 절단 및 재결합은 모든 자이라아제 서브유닛에 의해 구축된 DNA 게이트에 위치한 촉매중추에 의해 이루어진다.C 게이트는 GyrA 서브유닛에 [9]의해 형성됩니다.

자이라아제 활성의 기계적 화학적 모델

DNA자이라아제촉매회로

단일 분자[10] 연구는 자이라아제 활성을 DNA 장력(적용된 힘)과 ATP의 함수로 특징짓고, 기계적 화학적 모델을 제안했다.DNA(Gyrase-DNA)에 결합할 때, DNA 랩핑과 해리 사이에 경쟁이 있는데, 여기서 DNA 장력이 증가하면 해리 확률이 높아진다.제안된 촉매 사이클에 따르면, 2개의 ATP 분자의 결합은 GyrB 서브유닛의 ATP 효소 도메인의 이량화와 GyrB 서브유닛 사이의 공동에서 DNA의 T-세그먼트(T-전달로부터의 T) 포착을 일으킨다.다음 단계에서 효소는 DNA의 G-세그먼트(게이트에서 G-)를 절단하여 이중 가닥을 절단한다.그런 다음 T-세그먼트는 첫 번째 ATP 분자의 가수분해를 동반하는 파단을 통해 전달된다.DNA-자이라아제는 G-세그먼트의 파괴를 다시 결합시키고 T-세그먼트는 마침내 효소 복합체를 떠난다.두 번째 ATP의 가수 분해는 사이클의 [11]초기 단계로 시스템을 되돌립니다.촉매 사이클의 결과로서 2개의 ATP 분자가 가수분해되어 2개의 음의 슈퍼코일이 DNA 템플릿에 도입된다.초기에 완화된 원형 DNA에 도입된 초나선 턴의 수는 자이라아제에 의해 가수 분해된 ATP 분자의 수와 거의 동일한 것으로 계산되었다. 따라서, 자이라아제에 의해 반응 주기당 두 개의 ATP 분자가 가수 분해되어 [13]-2의 연결 차이를 도입하는 것으로 제안될 수 있다.

자일레이스 특이성

자이라제는 DNA 기질에 대해 뚜렷한 특이성을 가지고 있다.일부 파지(박테리오파지 Mu 그룹)와 플라스미드(psC101, pBR322)에서 강한 자이라아제 결합부위(SGS)가 발견되었다.최근 Topo-Seq 접근법을 사용한 대장균 게놈의 DNA 자이라아제 부위의 높은 처리량 매핑은 SGS의 존재를 설명할 수 있는 길고 퇴화된 결합 모티브를 드러냈다.자이라아제 모티브는 효소 복합체 주변 DNA의 랩핑과 DNA 유연성을 반영합니다.GC가 풍부한 섬과 AT가 풍부한 패치가 DNA 이중나선 주기(θ10.5 bp)에 가까운 기간 교대로 교대로 이루어지는 두 개의 주기적 영역을 포함한다.두 영역은 GyrA 서브유닛의 C 말단 도메인에 의한 DNA 결합에 해당하며 진핵생물 뉴클레오솜 결합 [2]모티브와 유사하다.

항생제에 의한 억제

자이라제는 원핵생물과 일부 진핵생물에 존재하지만, 효소는 구조나 배열이 완전히 비슷하지 않고 다른 분자에 대해 다른 친화력을 가지고 있습니다.이것은 자이라제를 항생제의 좋은 표적으로 만든다.자이라제를 억제하는 항생제에는 다음 두 종류가 있습니다.

  • 아미노코마린([14][15]노보비오신 및 쿠메르마이신 A1 포함)은 GyrB 서브유닛의 ATPase 활성 부위에 결합함으로써 DNA 자이라제의 에너지 전달을 경쟁적으로 억제함으로써 작용한다.
  • 퀴놀론(나리딕산 및 시프로플록사신 포함)은 토포이소머라아제 독으로 알려져 있습니다.효소에 결합함으로써 촉매 사이클의 과도 단계에서 효소를 가두어 G-세그먼트의 재결합을 방지합니다.그 결과, 이중 스트랜드 절단 누적, 복제 포크 정지, 셀 데스 등이 발생합니다.퀴놀론 내성 박테리아는 퀴놀론 결합에 저항하는 변이된 토포이소머라아제를 가지고 있는 경우가 많다.

서브유닛 A는 옥솔린산 및 나리딕산 등의 항생제에 의해 선택적으로 불활성화된다.서브유닛 B는 쿠메르마이신1 A 및 노보비오신 등의 항생제에 의해 선택적으로 불활성화된다.어느 하나의 서브유닛의 억제는 중첩 [16]활성을 차단한다.

페이지 T4

파지 T4 유전자 39, 52 및 60은 대장균 [17]숙주의 감염 중 파지 DNA 복제에 사용되는 DNA 자이라제를 형성하는 단백질을 코드한다.파지 유전자 52 단백질은 세균 자이라아제 gyrA[18] 서브유닛과 호몰로지를 공유하고 파지 유전자 39 단백질은 gyrB 서브유닛과 [19]호몰로지를 공유한다.숙주 대장균 DNA 자이라아제는 파지 유전자 생성물의 손실을 부분적으로 보상할 수 있기 때문에 유전자 39, 52 또는 60 중 하나에 결함이 있는 돌연변이는 파지 DNA 복제를 완전히 폐지하는 것이 아니라 오히려 그 [17]개시를 지연시킨다.유전자 39, 52 또는 60에 결함이 있는 돌연변이는 유전자 재조합의 증가와 염기 치환 및 결실 돌연변이를 나타내며, 이는 숙주 보상 DNA 합성이 야생형 파지에 [20]의해 지시된 것보다 정확도가 낮음을 나타낸다.유전자 39의 돌연변이 결함도 파지 염색체의 복사가 여러 [21]개 존재하는 경우 DNA 복제 개시 후 파지 감염 단계에서 자외선 조사에 의한 불활성화에 대한 감수성이 높아지는 것을 나타낸다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

  • PDBe-KB P0AES4: 대장균 DNA 자이라아제 서브유닛 A에 대해 PDB에서 사용 가능한 모든 구조 정보의 개요
  • PDBe-KB P0A2I3: 살모넬라 장내 DNA 자이라아제 서브유닛 B에 대해 PDB에서 사용 가능한 모든 구조 정보의 개요