LIG1

LIG1
LIG1
Protein LIG1 PDB 1x9n.png
사용 가능한 구조
PDBOrtholog 검색: PDBe RCSB
식별자
에일리어스LIG1, DNA 리가아제1, LIGI, hLig1, IMD96
외부 IDOMIM: 126391 MGI: 101789 HomoloGene: 197 GeneCard: LIG1
맞춤법
종.인간마우스
엔트레즈

3978

16881

앙상블

ENSG00000105486

ENSMUSG000056394

유니프로트

P18858

P37913

RefSeq(mRNA)

NM_000234
NM_001289063
NM_001289064
NM_001320970
NM_001320971

NM_001083188
NM_001199310
NM_010715

RefSeq(단백질)

NP_000225
NP_001275992
NP_001275993
NP_001307899
NP_001307900

NP_001076657
NP_001186239
NP_034845

장소(UCSC)Chr 19: 48.12 ~48.17 MbChr 7: 13.01 ~13.05 Mb
PubMed 검색[3][4]
위키데이터
인간 보기/편집마우스 표시/편집

DNA 리가아제 1은 LIG1 유전자에 의해 인간에게 코드되는 효소이다.DNA 연결효소 I은 DNA 복제와 수복에 모두 관여하는 유일한 진핵생물 DNA 연결효소로서, 연결효소 중 가장 많이 연구되었다.

검출

DNA 복제는 이중 DNA 가닥의 파괴를 통해 일어난 것으로 알려졌으나 가닥을 다시 묶는 효소와 작용 메커니즘은 1967년 [5]리먼, 겔러트, 리처드슨, 후르비츠 연구소가 DNA 연결효소를 발견하는 데 큰 기여를 할 때까지 알려지지 않았다.

절단된 DNA를 복구하는 DNA 연결효소 I

채용 및 규제

LIG1 유전자는 DNA 연결효소 I로 알려진 120kDa 효소, 길이 919개의 잔류물을 암호화합니다.DNA 리가아제 I 폴리펩타이드는 N-말단복제공장표적배열(RFTS)에 이어 핵국재배열(NLS) 및 3개의 기능 [6]도메인을 포함한다.3개의 도메인은 N 말단 DNA 결합 도메인(DBD)과 촉매 뉴클레오티딜전달효소(NTAase) 및 C 말단 올리고뉴클레오티드/올리고당 결합(OB) 도메인으로 구성된다.펩타이드의 N 말단은 촉매 활성이 없지만 세포 내 활성을 위해 필요하다.단백질의 N 말단에는 복제 팩토리라고 알려진 DNA 복제 사이트에 그것을 모집하는 데 사용되는 복제 팩토리 타깃팅 시퀀스가 포함되어 있습니다.

DNA 연결효소 I의 활성화와 획득은 번역 후 변형과 관련이 있는 것으로 보인다.N 말단 도메인은 이 도메인에서 4개의 세린 잔기 Ser51, Ser76 및 Ser91의 인산화 과정을 통해 사이클린 의존성 키나제(CDK)에 의해, Ser66은 카제인 키나제 II(CKII)에 의해 완성된다.이들 잔류물의 인산화(특히 Ser66)는 S상 동안 [6][7]리게아제 I이 복제 공장으로 모집될 때 RFTS와 증식 세포핵항원(PCNA) 사이의 상호작용을 조절하는 것으로 나타났다.Rossi 등은 Ser66이 탈인산화되면 연결효소 I의 RFTS가 PCNA와 상호작용하며, 이는 Tom 등에 의해 체외에서 확인되었다.두 데이터 세트 모두 결합효소 I의 N 말단 영역이 [7][8]핵에서 생체 내 효소 기능에 조절 역할을 한다는 그럴듯한 증거를 제공한다.또한 촉매 C 말단 도메인에서 사이클린 결합(Cy) 모티브의 식별은 돌연변이 분석을 통해 세린 91, 76의 인산화에서 역할을 하는 것으로 나타났다.N 말단 세린은 CDK와 CKII의 기질로서 세포주기의 [6][9]S상 동안 복제공장으로의 중요한 조절역할 DNA 연결효소 I 신병을 수행하는 것으로 보인다.

DNA리가아제ILIG1유전자

기능 및 메커니즘

LIG1은 DNA 복제 [10]및 염기 절제 복구 과정에서 기능하는 DNA 연결효소 I을 암호화합니다.

진핵생물 DNA 연결효소 1은 모든 연결효소에 화학적으로 보편적인 반응을 촉매한다.DNA 연결효소 1은 아데노신3인산(ATP)을 이용하여 DNA 복제 및 복구 모두에서 에너지적으로 유리한 결찰 이벤트를 촉매한다.진핵세포주기의 합성단계(S상)에서 DNA복제가 일어난다.DNA리가아제1은 DNA중합효소γ가 RNA프라이머뉴클레오티드를 DNA뉴클레오티드로 치환한 후 DNA의 후행성 가닥에 불연속 DNA합성 중에 형성된 오카자키 단편을 결합하는 역할을 한다.만약 오카자키 조각들이 제대로 결합되지 않는다면, 결합되지 않은 DNA ('닉'을 포함한)는 유전자 변이를 일으키는 것으로 알려진 현상인 이중 가닥 파괴로 쉽게 분해될 수 있다.이러한 조각들을 함께 결합하기 위해 연결효소는 세 가지 단계를 거칩니다.

  1. 아데닐화로 불리는 아데노신 일인산(AMP) 그룹의 효소에 대한 첨가
  2. 아데노신 일인산염이 DNA로 전달되고
  3. 닉 실링, 즉 포스포디에스테르 결합 형성.[8][11]
DNA 연결효소에 의한 DNA 닉 실링의 미니멀리즘 메커니즘

아데닐화 중 촉매 리신으로부터 ATP의 알파인산에 대한 친핵성 공격이 있어 DNA 연결효소 1의 활성 부위에서 무기 피로인산(PPi)과 공유 결합 리신-AMP 중간체가 생성된다.

AMP 전달 단계에서 DNA 연결효소는 DNA와 관련지어 니크를 찾아 DNA 니크의 5' 인산염 부위에서 반응을 촉매한다.DNA 닉의 5'인산 위의 음이온산소는 친핵체로서 기능하며, AMP가 공유결합 중간체(DNA-AMP 중간체)로 결합되는 원인이 되는 공유결합 AMP의 알파인산을 공격한다.

포스포디에스테르 결합을 형성하기 위해서는 DNA-AMP 중간체를 절단해야 한다.이 과제를 달성하기 위해 업스트림 3'-히드록실로부터 5'-인산에 대한 친핵성 공격이 있으며, 이는 포스포디에스터 결합을 형성한다.이 친핵성 공격 중에 AMP기를 5'인산염에서 밀어내 Nick을 봉합하고 AMP를 방출함으로써 1사이클의 DNA 결찰을 완료한다.

최적 상태가 아닌 조건에서는 완전한 반응이 완료되기 전에 연결효소가 DNA에서 분리될 수 있다.마그네슘 수치는 닉 봉합 과정을 늦출 수 있고, 연결효소가 DNA에서 분리되도록 하여, 중단된 아데닐화 중간체는 포스포디에스테라아제의 도움 없이 고정될 수 없게 만들 수 있는 것으로 나타났다.아파탁신(포스포디에스테라아제)은 AMP-인산 결합의 가수분해를 통해 중단된 DNA 중간체에 작용하여 연결효소가 [12][13]반응하기 전의 초기 상태로 DNA를 복원하는 것으로 나타났다.

파손된 베이스 수리의 역할

BER(Base Scection Repair)를 위한 두 가지 경로

DNA 연결효소 I은 염기절제 복구([14]BER) 경로의 마지막 단계에서 단일 가닥 DNA 파괴를 결합하는 기능을 한다.DNA의 질소 염기는 일반적으로 활성 산소종, 독소, 이온화 방사선과 같은 환경적 위험에 의해 손상됩니다.BER은 손상된 염기를 제거하고 교체하는 주요 수리 경로입니다.리가아제 I은 LP-BER 경로에 관여하는 반면, 리가아제 III는 주요 SN-BER 경로(2)[15]에 관여한다.LP-BER는 4개의 촉매 단계로 진행됩니다.첫째, DNA 글리코실라아제는 N-글리코시드 결합을 분해하여 손상된 염기를 방출하고 퓨린 또는 피리미딘 염기가 없는 부위인 AP 부위를 만듭니다.다음 단계에서 AP 엔도핵산가수분해효소는 AP 부위의 5' 말단에 니크를 생성하여 AP 부위 대신 매달린 디옥시리보스 인산(dRP) 잔기를 생성한다.DNA 중합효소는 5'에서 3' 방향으로 여러 개의 새로운 염기를 합성하여 dRP를 5' 끝에 두고 늘어뜨린 DNA를 생성한다.이 단계에서 SN-BER와 LP-BER는 메커니즘에서 분기합니다. SNBER에서는 단일 뉴클레오티드만 첨가되고 DNA 중합효소는 AP 부위를 제거하기 위한 리아제 역할을 합니다.LP-BER에서는 여러 염기가 합성되어 플랩 엔도핵산가수분해효소에 의해 절단되는 DNA의 리프팅 플랩을 생성한다.이것은 DNA 연결효소에 [14][15][16]의해 감지되고 연결된 절단된 DNA 가닥을 남긴다.리가아제 I의 작용은 다른 LP-BER 효소, 특히 AP-엔도핵산가수분해효소 [16]및 DNA 중합효소에 의해 자극된다.

임상적 의의

DNA 연결효소 I 결핍을 초래하는 LIG1의 돌연변이는 면역결핍을 초래하고 DNA 손상제에 [10]대한 민감도를 증가시킨다.

유전된 돌연변이 대립 유전자에 기인한 리가아제 I 결핍증을 보이는 환자에 대한 드문 보고가 있다.첫 번째 사례는 성장과 발육의 저하와 면역 결핍으로 나타난다.환자로부터 파생된 세포주를 기반으로 마우스 모델이 만들어졌으며, 돌연변이 연결 효소가 게놈 불안정성을 초래하는 복제 오류를 유발한다는 것을 확인했습니다.특히 돌연변이 생쥐들은 종양 [8]발생의 증가를 보였다.바이알릴 돌연변이를 가진 3개 혈연종 환자 5명의 분자, 세포 및 임상 특징이 보고되었다.환자는 저감마글로불린혈증, 림프감소증, 순환하는 δT세포의 비율 증가, 매우 큰 적혈구(대형세포증)를 보였다.임상적 심각도는 경미한 항체 결핍에서 조혈모세포 이식이 필요한 복합 면역 결핍까지 다양했다.화학 및 방사선 결함은 DNA 복구 경로를 손상시키는 것으로 입증되었다.따라서 DNA 연결효소 1의 결함은 상염색체 열성, 부분 DNA 연결효소 1 결핍의 다른 형태를 초래할 수 있으며,[17] 이는 다양한 심각도의 면역 결핍을 초래할 수 있다.

리가아제 I은 또한 양성 종양 세포주나 정상적인 인간 세포와는 달리 종양 세포 증식에서 높은 조절을 받는 것으로 밝혀졌다.또한 이들 세포에서 리가아제I 발현을 억제하는 것이 세포독성 효과를 가져올 수 있다는 것이 밝혀져 리가아제I 억제제가 실행 가능한 화학요법제일 [18]수 있음을 시사한다.

(DNA 연결효소 I이 아데닐화 DNA 중간생성물을 중단한 후) DNA 재컨디셔닝에 관여하는 포스포디에스테라아제인 아파탁신의 결핍은 신경변성과 관련이 있다.이것은 DNA가 연결효소 [13]오류를 교정하기 위한 추가적인 백업 기계 없이는 복구 경로로 재진입할 수 없음을 시사한다.

DNA의 구조가 잘 알려져 있고 그것의 조작, 수리, 사용에 필요한 많은 성분들이 확인되고 특성화 되면서, 연구원들은 질병을 치료하고 암을 퇴치할 능력을 가진 살아있는 유기체에 통합될 나노스코프 기계의 개발을 조사하기 시작했다.그리고 유기체가 나노소픽 기계에 제공하는 생물학적 자극에 기초한 약물을 방출한다.DNA 연결효소는 아마도 그러한 [19]기계에 통합되어야 할 것이다.

레퍼런스

  1. ^ a b c GRCh38: 앙상블 릴리즈 89: ENSG00000105486 - 앙상블, 2017년 5월
  2. ^ a b c GRCm38: 앙상블 릴리즈 89: ENSMUSG000056394 - 앙상블, 2017년 5월
  3. ^ "Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
  4. ^ "Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
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  6. ^ a b c Ferrari G, Rossi R, Arosio D, Vindigni A, Biamonti G, Montecucco A (September 2003). "Cell cycle-dependent phosphorylation of human DNA ligase I at the cyclin-dependent kinase sites". The Journal of Biological Chemistry. 278 (39): 37761–7. doi:10.1074/jbc.M304462200. PMID 12851383.
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  18. ^ Sun D, Urrabaz R, Nguyen M, Marty J, Stringer S, Cruz E, et al. (December 2001). "Elevated expression of DNA ligase I in human cancers". Clinical Cancer Research. 7 (12): 4143–8. PMID 11751514.
  19. ^ Macdonald J. "Smart DNA: Programming the Molecule of Life for Work and Play [Preview]". scientificamerican. Retrieved 2013-02-22.

추가 정보

외부 링크

  • PDB의 UniProt: P18888(DNA 연결효소 1)에서 PDBe-KB에 제공되는 모든 구조 정보의 개요.