키네토플라스틱

Kinetoplast
Trypanosoma brucei의 정상 키네토플라스(K) 전자 현미경

키네토플라스트는 미토콘드리아 [1][2]게놈의 많은 복사본을 포함하는 큰 미토콘드리아 안에 있는 원형 DNA의 네트워크이다.가장 일반적인 운동성체 구조는 원반이지만, 그것들은 다른 배열에서 관찰되었습니다.키네토플라스티다강의 엑스카바타에서만 키네토플라스티다를 볼 수 있다.키네토플라스틱의 구조 변화는 키네토플라스틱 [3]간의 계통발생 관계를 반영할 수 있다.키네토플라스틱은 보통 유기체의 편모 기저체에 인접해 있어 세포골격에 단단히 묶여 있다는 것을 시사한다.Trypanosoma brucei에서 이 세포골격 연결은 삼자 결합 복합체라고 불리며 p166 [4]단백질을 포함합니다.

트리파노소마

편모 원생동물군인 트라이파노솜에서 키네토플라스틱은 큰 미토콘드리아 내에 고밀도 DNA 과립으로 존재한다.아프리카 트리파노소마증(아프리카 수면병)을 일으키는 기생충인 트리파노소마 브루시는 키네토플라스(kinetoplast)를 가진 트리파노좀의 한 예다.그 키네토플라스틱은 DAPI로 얼룩진 샘플이나 티미딘 [5]유사체인 BrdU와 함께 형광 현장 교배(FISH)를 사용함으로써 쉽게 볼 수 있다.

구조.

키네토플라스틱은 맥시사이클과 미니사이클 두 가지 형태의 원형 DNA를 포함하고 있다.맥시사이클의 크기는 20에서 40KB 사이이고, 키네토플라스타당 수십 개가 있다.키네토플라스에는 수천 개의 작은 원이 있으며 크기는 0.5kb에서 1kb 사이입니다.맥시서클은 암호화된 미토콘드리아에 필요한 전형적인 단백질 생성물을 암호화한다.여기에는 일반적으로 우리딘 잔기의 삽입 또는 삭제를 통해 암호화된 맥시사이클 정보를 해독하는 미니사이클 생성 가이드 RNA(gRNA)의 유일한 알려진 기능이 있다.맥시서클과 미니서클의 네트워크는 체인 메일과 유사한 평면 네트워크를 형성하기 위해 강화됩니다.이 네트워크를 재생성하려면 이러한 고리를 부모 키네토플라스틱에서 분리한 후 딸 키네토플라스틱에 [5][6]다시 연결해야 합니다.이 독특한 방식의 DNA 복제는 잠재적인 약물 표적을 자극할 수 있다.

가장 잘 연구된 kDNA 구조는 원형 kDNA 맥시사이클과 미니사이클의 긴장된 디스크인 Crithidia faciculata 구조이며, 대부분은 슈퍼코일이 [3]아니다.kDNA 디스크의 외부이지만 직접적으로 인접한 두 개의 단백질 복합체는 서로 180º 떨어져 있으며, 작은 [1][2][5][6]원 복제에 관여한다.

바리에이션

kinetoplast 네트워크의 변화도 관찰되었으며 kDNA의 배치와 위치로 설명된다.

  • 친kDNA 키네토플라스란 편모 기체에 근접한 미토콘드리아 매트릭스에서 발견되는 다발 구조이다.기존 kDNA 네트워크와 달리 친kDNA 키네토플라스틱은 카테네이션이 거의 없으며 맥시사이클과 미니사이클은 슈퍼코일 대신 완화된다.프로-kDNA는 보도살탄, 보도디자니스, 프로크립토비아 소로키니 신에서 관찰되었다.보도 소로키니, 린코모나스 나수타, 세팔로탐늄 사이클로피.[3]
  • 폴리 kDNA 키네토플라스타는 kDNA 구조가 프로 kDNA 키네토플라스타와 유사하다.그것은 약간의 응고와 초코일을 포함하고 있지 않다.폴리-kDNA의 특징적인 특징은 프로-kDNA와 같이 단일 구상 다발로 구성되는 대신 폴리-kDNA가 미토콘드리아 내강 전체에 걸쳐 다양한 이산 포시에 분포한다는 것이다.폴리-kDNA는 흰개미 장에 있는 상사체(Dimastigella tripaniformis), 디마스티겔라 미모사(Dimastigella mimosa) 및 크루젤라 마리나(Cruzella marina)[3]에서 관찰되었다.
  • pan-kDNA 및 pro-kDNA와 같은 pan-kDNA 키네토플라스틱은 강직도는 낮지만 슈퍼코일화된 미니 사이클을 포함하고 있습니다.Pan-kDNA는 미토콘드리아 기질의 대부분을 채우고 있으며,[3] 폴리-kDNA와 같은 이산 포치에 국한되지 않는다.
  • 메가-kDNA 키네토플라스체는 미토콘드리아 매트릭스 전체에 걸쳐 균등하게 분포되어 있으나 미니클을 포함하지 않는다.대신, 다른 키네토플라스 미니 원과 배열이 유사한 kDNA 배열은 약 200kb 길이의 더 큰 분자로 연결된다.메가-kDNA (또는 메가-kDNA와 유사한 구조)는 Trypanoplasme borreli (어류 기생충)와 Jarrellia sp. (고래 기생충)[3]에서 관찰되었습니다.

이러한 다양한 kDNA 구조의 존재는 키네토플라스티드의 종들 사이의 진화적 관계를 강화한다.범kDNA는 DNA 플라스미드와 가장 흡사하기 때문에 kDNA의 [3]조상 형태일 수 있다.

레플리케이션

Illustration of location of protein replication complex to kinetoplast and migration of minicirlces to protein complex.
그림 8키네토플라스 디스크에 대한 대척지 단백질 복합체의 위치(위)와 복제를 위한 이들 복합체로의 미니 원 이동(아래).

키네토플라스틱의 복제는 인접한 편모세포의 복제와 동시에 핵 DNA 복제 직전에 일어난다.전통적인 Crithidia faciculata kDNA 네트워크에서 복제 개시는 topoisomerase II를 통해 kDNA 미니클의 연결 해제에 의해 촉진된다.자유 미니 사이클은 키네토플라스트와 미토콘드리아 막 사이의 Kinetoflagellar zone으로 불리는 영역으로 [2][3][6]방출된다.복제 후 미니클은 엔도핵산가수분해효소, 헬리케이스, DNA 중합효소, DNA 프리마아제 및 DNA 리가아제를 포함한 여러 복제 단백질을 포함하는 대척지단백질 복합체로 미지의 메커니즘으로 이동하며, 이는 새로 복제된 미니클의 [5]나머지 불연속성 회복을 시작한다.

이 과정은 한 번에 한 개의 작은 동그라미만 발생하며, 특정 순간에 소수의 작은 동그라미만 연결이 해제됩니다.복제된 미니 사이클을 추적하기 위해 kDNA 네트워크에 재접속할 때 초기 미니 사이클에 작은 갭이 남아 있으며, 이 갭은 이미 복제된 것으로 식별됩니다.아직 복제되지 않은 미니 사이클은 여전히 공유로 닫혀 있습니다.복제 직후, 각 자손은 대척단백질 복합체에 가까운 kDNA 네트워크에 부착되어 그 갭을 부분적으로 [1][6]복구한다.

Illustration of kinetoplast rotating during minicircle replication.
그림 9.미니 동그라미 복제 중 키네토플라스타 회전 그림.
키네토플라스(K)가 먼저 분열하고 다음으로 T. brucei를 분할할 때 핵(N)이 분열한다.

미니 동그라미 복제가 진행됨에 따라 새로운 미니 동그라미의 축적을 방지하기 위해 kDNA 네트워크 전체가 디스크의 중심축을 중심으로 회전합니다.딸 기저체도 키네토플라스 회전과 비슷한 타이밍과 방법으로 모 기저체를 중심으로 회전하기 때문에 회전은 인접한 편모 복제와 직접적으로 연관이 있는 것으로 여겨진다.회전함으로써 도터 키네토플라스틱의 미니클이 나선형으로 조립되어 새로운 미니클이 연결 해제되어 [2][5][6]복제용 KFZ로 이동함에 따라 디스크 중앙을 향해 안쪽으로 이동하기 시작한다.

맥시서클 kDNA의 정확한 메커니즘은 미니서클 kDNA와 동일한 세부 사항으로 아직 결정되지 않았지만, 딸 kDNA 네트워크를 묶어두지만 결국 분리 중에 끊어지는 나벨슈누르(독일어로 "음부 코드")라고 불리는 구조가 관찰된다.FISH 프로브를 사용하여 Nabelschnur를 표적으로 삼은 결과 맥시서클 [5]kDNA가 검출되었습니다.

키네토플라스 복제는 인접한 편모 복제와 관련하여 각각 5단계로 이루어진다고 기술된다.

  • 스테이지 I: 키네토플라스틱은 아직 복제를 시작하지 않았으며, 대척지 단백질 복합체를 포함하지 않으며, 단일 편모 기저체에 대해 상대적으로 위치한다.
  • 스테이지 II: 키네토플라스트는 대척지 단백질 복합체를 나타내기 시작한다.편모 기저체는 키네토플라스처럼 복제를 시작한다.복제하는 키네토플라스틱이 두 기초체와의 결합에 의해 돔형 외관을 갖게 된다.
  • 스테이지 III:새로운 편모가 분리되기 시작하고 키네토플라스틱은 양순종 형태를 띠게 된다.
  • 스테이지 IV: 키네토플라스틱은 별도의 디스크로 나타나지만 나벨슈누르에 의해 연결된 상태로 유지됩니다.
  • 스테이지 5: 딸 키네토플라스틱은 나벨슈누르가 고장나면서 완전히 분리된다.이들의 구조는 [5]1단계에서 본 것과 동일하다.

DNA복구

트리파노소마 크루지는 유전체나 키네토플라스 DNA의 뉴클레오티드를 회복할 수 있는데,[7] 이는 기생충의 숙주가 감염 시 생산한 활성산소에 의해 손상된 것이다.T.cruzi에서 발현되는 DNA 중합효소 베타는 염기절제 수복에 의한 산화적 DNA 손상 제거에 이용된다.DNA 중합효소 베타는 키네토플라스 DNA 복제 중 유전독성 스트레스에 의해 유발되는 산화적 DNA 손상을 복구하는 작용을 하는 것으로 보인다.[7]

레퍼런스

  1. ^ a b c Shapiro TA; Englund PT (1995). "The structure and replication of kinetoplast DNA". Annu. Rev. Microbiol. 49: 117–43. doi:10.1146/annurev.mi.49.100195.001001. PMID 8561456.
  2. ^ a b c d Shlomai J (2004). "The structure and replication of kinetoplast DNA". Curr. Mol. Med. 4 (6): 623–47. doi:10.2174/1566524043360096. PMID 15357213.
  3. ^ a b c d e f g h Lukes J, et al. (2002). "Kinetoplast DNA Network: Evolution of an Improbable Structure". Eukaryotic Cell. 1 (4): 495–502. doi:10.1128/ec.1.4.495-502.2002. PMC 117999. PMID 12455998.
  4. ^ Zhao, Z; Lindsay, M. E.; Roy Chowdhury, A; Robinson, D. R.; Englund, P. T. (2008). "P166, a link between the trypanosome mitochondrial DNA and flagellum, mediates genome segregation". The EMBO Journal. 27 (1): 143–54. doi:10.1038/sj.emboj.7601956. PMC 2206137. PMID 18059470.
  5. ^ a b c d e f g Gluenz E, et al. (March 2011). "The kinetoplast replication cycle in Trypanosoma brucei is orchestrated by cytoskeleton-mediated cell morphogenesis". Molecular Cell Biology. 31 (5): 1012–1021. doi:10.1128/MCB.01176-10. PMC 3067821. PMID 21173163.
  6. ^ a b c d e 토리, A. 등진핵세포에서의 DNA 복제.콜드 스프링 하버 연구소 프레스. 1996. pages=1029-42.ISBN 0-87969-459-9
  7. ^ a b Schamber-Reis BL, Nardelli S, Régis-Silva CG, Campos PC, Cerqueira PG, Lima SA, Franco GR, Macedo AM, Pena SD, Cazaux C, Hoffmann JS, Motta MC, Schenkman S, Teixeira SM, Machado CR (2012). "DNA polymerase beta from Trypanosoma cruzi is involved in kinetoplast DNA replication and repair of oxidative lesions". Mol. Biochem. Parasitol. 183 (2): 122–31. doi:10.1016/j.molbiopara.2012.02.007. PMID 22369885.