프라이마아제

Primase
토프림 도메인
식별자
기호.토프림
팜PF01751
빠맘 클랜토프림라이크
인터프로IPR006171
SCOP22fcj/SCOPe/SUPFAM
토프라이머리 촉매 코어
식별자
기호.Topprim_N
팜PF08275
인터프로IPR013264
SCOP21dd9 / SCOPe / SUPFAM
AEP DNA프리마아제, 소형 서브유닛
식별자
기호.DNA_프리마아제_s
팜PF01896
빠맘 클랜AEP
인터프로IPR002755
SCOP21g71 / SCOPe / SUPFAM
AEP DNA 프리마아제, 대형 서브유닛
식별자
기호.DNA_primase_lrg
팜PF04104
빠맘 클랜CL0242
인터프로IPR007238
SCOP21zt2 / SCOPe / SUPFAM

DNA 프리마아제(DNA primase)는 DNA 복제에 관여하는 효소이며 RNA 중합효소의 일종이다.프리마아제(Primase)는 ssDNA(단가닥 DNA) 템플릿에 보완적인 프라이머라고 불리는 짧은 RNA(또는 일부 살아있는[1] 유기체의 DNA) 세그먼트의 합성을 촉매합니다.이 신장 후 RNA편을 5'~3' 엑소핵산가수분해효소로 제거하고 DNA로 보충한다.

기능.

DNA 프리마아제 역할과 함께 선행 및 후행 가닥 합성의 비대칭성
DNA 합성 단계, DNA 프리마아제 역할 표시

박테리아에서, 프리마아제는 프리모솜이라고 불리는 복합체를 형성하는 DNA 헬리카아제에 결합합니다.프리마아제는 헬리케이스에 의해 활성화되며, 그 후 약 11 ±1 뉴클레오티드의 짧은 RNA 프라이머를 합성하고, 여기에 DNA 중합효소에 의해 새로운 뉴클레오티드가 첨가될 수 있다.고세포 및 진핵생물 프라이머스는 하나의 큰 조절 단위와 하나의 아주 작은 촉매 서브 [2]유닛을 가진 헤테로이머 단백질이다.

RNA 세그먼트는 우선 프리마아제에 의해 합성된 후 DNA 중합효소에 [3]의해 연장된다.그런 다음 DNA 중합효소는 알파 DNA 중합효소 복합체를 형성하기 위해 두 개의 프리메라아제 서브유닛과 단백질 복합체를 형성합니다.프리마아제는 가장 오류가 많고 느린 중합효소 [3]중 하나입니다.대장균과 같은 유기체의 프라이머는 초당 [4]1프라이머의 속도로 약 2000~3000프라이머를 합성한다.프리마아제는 레플리케이션 [5]포크의 진행을 정지함으로써 선행 가닥이 지연 가닥을 앞지르는 것을 방지하는 정지 메커니즘으로도 작용한다.프리마아제에서 속도를 결정하는 단계는 RNA의 [3]두 분자 사이에 첫 번째 포스포디에스터 결합이 형성되는 것입니다.

복제 메커니즘은 T7 박테리오파지와 [5]같은 바이러스의 헬리케이스와 공유 결합하는 박테리아와 바이러스 간에 다르다.단순 헤르페스 바이러스(HSV-1)와 같은 바이러스에서 프리마아제는 헬리카제와 [6]복합체를 형성할 수 있다.프리마아제-헬리카아제 복합체는 dsDNA (이중 가닥)를 풀고 RNA 프라이머를[6] 사용하여 지연된 가닥을 합성하는데 사용됩니다 프리마아제에 의해 합성되는 프라이머의 대부분은 2~3개의 뉴클레오티드 [6]길이입니다.

종류들

프라이머에는 주로 두 가지 유형이 있습니다.대부분의 박테리아에서 발견되는 DnaG와 고세균과 진핵생물 프라이머스에서 발견되는 AEP(Archaeo-Eukaryote Primase) 슈퍼 패밀리.박테리아 프라이머(DnaG-type)가 단일 단백질 단위(단량체)와 합성 RNA 프라이머로 구성되는 반면, AEP 프라이머는 보통 두 개의 다른 프라이머 단위(헤테로다이머)로 구성되며 RNA 및 DNA [7]성분과 함께 2부 프라이머로 합성됩니다.기능적으로는 비슷하지만, 두 개의 프라이머제 슈퍼패밀리는 서로 독립적으로 진화했다.

DnaG

DnaG 단백질을 함유한 핵심을 가진 대장균의 프리마아제 결정구조는 [4]2000년에 결정되었다.DnaG와 프리마아제 복합체는 캐슈 모양이며 세 개의 하위 [4]도메인을 포함합니다.중앙 하위 도메인은 5개의 베타 시트와 6개의 알파 [4][8]나선형 혼합물로 구성된 토프림 폴드를 형성합니다.토프림 폴드는 조절기와 금속을 결합하는 데 사용됩니다.프리마아제는 금속의 전달 배위를 위해 포스포트랜스퍼 도메인을 사용하므로 다른 [4]중합효소와는 구별됩니다.측면 서브유닛에는 알파 헬리크스 및 베타 [4]시트로 만들어진 NH 및 COOH 단자가 포함되어2 있습니다.NH2 말단은 아연 결합 도메인 및 DnaB-ID와 [4]상호작용하는 COOH 말단 영역과 상호작용한다.

토프림 폴드는 또한 토포이소머라아제 및 승모크론드리얼 트윙클 프리마아제/[8]헬리카아제에서도 발견된다.일부 DnaG 유사체(박테리아 유사체; InterPro: IPR020607) 프리마아제들은 고고학 [9]게놈에서 발견되었다.

AEP

진핵생물과 고고학적 프라이머스는 박테리아 프라이머스에 [10][11]비해 구조와 메커니즘 면에서 서로 더 비슷한 경향이 있다.대부분의 진핵 및 고핵 프리메라아제 촉매 서브유닛이 속하는 고핵 프리메라아제(AEP) 슈퍼패밀리는 최근 이 패밀리 [12]내 효소가 수행하는 다른 많은 역할을 인식하여 프리메라아제 폴리머라아제 패밀리로 재정의되었다.이 분류는 또한 AEP 프라이머스의 광범위한 기원을 강조한다; 슈퍼패밀리는 이제 RNA와 DNA [13]기능 사이의 전환으로 인식된다.

고세포 및 진핵생물 프라이머스는 하나의 큰 조절 장치(인간 PRIM2, p58)와 하나의 작은 촉매 서브 유닛(인간 PRIM1, p48/p49)[2]을 가진 헤테로 이성질 단백질이다.대형 서브유닛에는 N단말기 4Fe~4S 클러스터가 포함되어 있으며, 일부 고고학에서는 PriX/[14]PriCT로 분할되어 있습니다.큰 서브유닛은 작은 서브유닛의 활성과 특이성을 개선하는 데 관여한다.예를 들어 융접단백질 Polp 중 큰 서브유닛에 해당하는 부분을 제거하는 것TN2는 역전사효소 [13]활성으로 더 느린 효소를 생성한다.

다기능 프라이머

그림 1세 가지 생명 영역(유카리오타, 고세균 및 박테리아)에 걸쳐 다기능 프라이머스를 선택합니다.특정 활동을 수행할 수 있는 프라이머스의 능력은 체크 표시로 나타납니다.에서 각색되었습니다.[12]

AEP 계열의 프라이머 중합효소는 프라이머만을 만드는 것을 넘어 다양한 특징을 가지고 있습니다.AEP 효소는 복제 중 DNA를 프라이밍하는 것 외에 DNA 또는 RNA의 중합, 말단 전사, TLS, 비호몰로지 엔드 결합(NHEJ)[12] 및 아마도 정지된 복제 [15]포크의 재시동 등의 추가 기능을 가질 수 있다.프라이머는 일반적으로 리보뉴클레오티드(NTPs)로부터 프라이머를 합성하지만, 중합효소 기능을 가진 프라이머는 디옥시리보뉴클레오티드(dNTPs)[16][11]에도 친화력을 가지고 있다.말단 트랜스페라아제 기능을 가진 프리메라아제는 템플릿과는 독립적으로 DNA 가닥의 3' 말단에 뉴클레오티드를 첨가할 수 있다.헬리케이스와 같은 DNA 복제에 관여하는 다른 효소들도 프리마아제 [17]활성을 보일 수 있다.

진핵생물 및 고세균에서

인간 PrimPol(ccdc111[16])은 많은 원시 프라이머와 마찬가지로 프라이머와 중합효소 기능을 모두 수행하고 망간 존재 하에서 말단 트랜스페라아제 활성을 나타내며 트랜스페리션[18] 합성과 정지된 복제 포크의 재시동에 중요한 역할을 한다.PrimPol은 DNA 복제 및 [15]복구가 용이한 어댑터 단백질인 RPA와의 상호작용을 통해 손상된 부위에 적극적으로 모집된다.PrimPol은 일부 바이러스 프라이머와 유사한 아연 핑거 도메인을 가지고 있으며, 이것은 트랜스리온 합성과 프라이머 활성에 필수적이며 프라이머 [18]길이를 조절할 수 있습니다.대부분의 프라이머리와 달리, PrimPol은 [16]dNTP로 DNA 사슬을 시작할 수 있습니다.

PriS는 원시 원시 효소의 작은 서브유닛으로 TLS에 역할을 하며 일반적인 DNA 병변을 우회할 수 있다.대부분의 고세균은 진핵생물과 [19]박테리아에서 TLS를 수행하는 특화된 중합효소가 없다.PriS만으로도 DNA의 끈을 우선적으로 합성하지만, 큰 서브유닛인 PriL과 결합하여 RNA 중합효소 활성이 [20]증가한다.

Sulfolobus solfataricus에서 프리마아제 헤테로다이머 PriSL은 프리마아제, 중합효소 및 말단전달효소로서 작용할 수 있다.PriSL은 NTP와의 프라이머 합성을 개시한 후 dNTP로 전환한다고 생각됩니다.이 효소는 RNA 또는 DNA 사슬을 중합할 수 있으며, DNA 생성물은 7000 뉴클레오티드에 이른다.이러한 이중 기능성은 고고학적 [11]프라이머스의 공통적인 특징일 수 있다고 제안된다.

세균내

AEP 다구체 프라이머스는 또한 그들을 감염시키는 박테리아와 화지에 나타난다.중합 [14]이상의 기능을 제공하는 도메인을 가진 새로운 도메인 조직을 표시할 수 있습니다.

세균성 LigD(A0R3R7)는 NHEJ 경로에 주로 관여한다.AEP 슈퍼 패밀리 중합효소/프리마아제 도메인, 3'-포스포에스테라아제 도메인 및 리가아제 도메인을 가진다.또한 프리마아제, DNA 및 RNA 중합효소, 말단 트랜스페라아제 활성도 가능하다.DNA 중합 활동은 길이가 7000 뉴클레오티드(7kb) 이상인 사슬을 생성하는 반면, RNA 중합은 길이가 [21]최대 1kb인 사슬을 생성합니다.

바이러스 및 플라스미드

AEP 효소는 널리 퍼져 있으며 바이러스/화상 및 플라스미드를 포함한 이동성 유전 요소에서 코드되어 있다.그들은 그것들을 단독 복제 단백질로 사용하거나 헬리케이스와 같은 다른 복제 관련 단백질과 결합하거나 덜 빈번하게 DNA [22]중합효소들과 함께 사용한다.진핵 및 고고학 바이러스에서 AEP의 존재는 [22]숙주를 반영한다는 점에서 예상되지만, 박테리아 바이러스와 플라스미드는 또한 DnaG 계열 프라이머제만큼 [14]AEP-슈퍼 패밀리 효소를 자주 암호화한다.비교 유전체 조사에 의해 다양한 박테리아 플라스미드에서 다양한 AEP [14]패밀리가 발견되었습니다.박테리아와 바세리오파지에서 발견되는 이것들은 최근의 수평 유전자 [22]이동에 대한 고고-핵학적 호몰로그와 너무 다르게 보이기 때문에 그들의 진화 역사는 현재 알려지지 않았다.

바실러스 세레우스 균주 ATCC 14579(BcMCM; Q81EV1)의 MCM 유사 헬리케이스는 AEP 프리마아제와 융합된 SF6 헬리케이스이다.효소는 헬리케이스 기능 외에 프리마아제와 중합효소 기능을 모두 가지고 있다.그것을 코드하는 유전자는 프로파지에서 [17]발견된다.AEP PrimPol [23]도메인을 가진 Sulfolobus islandicus의 플라스미드 pRN1의 ORF904와 상동성을 가진다.AEP-헬리카제 융합의 예로는 바시니아 바이러스 [12][6]D5와 HSV 프리마아제도 있다.

PolpTN2는 TN2 플라스미드에서 발견되는 고고학적 프리마아제이다.PriS와 PriL에 상동하는 도메인의 융합으로 프리마아제 및 DNA 중합효소 활성과 말단 전달효소 기능을 모두 나타낸다.대부분의 프라이머시와는 달리 폴프TN2는 [13]dNTP만으로 구성된 프라이머를 형성합니다.예기치 않게 PriL 유사 도메인이 잘렸을 때 Polp가TN2는 또한 RNA 템플릿에서 DNA를 합성할 수 있었다. 즉, RNA 의존성 DNA 중합효소(역전사효소)[13]로 작용했다.

DnaG 프라이마아제조차도 올바른 도메인이 주어지면 추가 기능을 가질 수 있습니다.T7 phage gp4는 DnaG 프리마아제-헬리카아제 융합으로 [5]복제에서 두 가지 기능을 모두 수행한다.

레퍼런스

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