RecA

RecA
recA세균DNA재조합단백질
Homologous recombination 3cmt.png
RecA-DNA 복합체의 결정 구조.PDB ID: 3cmt.[1]
식별자
기호.RecA
팜PF00154
빠맘 클랜CL0023
인터프로IPR013765
프로 사이트PDOC00131
SCOP22reb/SCOPe/SUPFAM

RecA는 DNA의 [2]복구와 유지에 필수적인 38킬로달톤의 단백질입니다.RecA의 구조적이고 기능적인 호몰로지는 진지하게 요구되는 모든 종에서 발견되어 이러한 종류의 호몰로지 DNA 복구 단백질의 원형으로 작용합니다.상동성 단백질은 진핵생물에서는 RAD51로 불리며 고세균에서는 [3][4]RadA로 불린다.

RecA에는 DNA 수복과 관련된 여러 가지 활동이 있습니다.세균성 SOS 응답에서는 LexA 레프레서 및 [6]γ 레프레서의 자기촉매개열에서 공단백질[5] 기능을 가진다.

RecA와 DNA 메이저의 연관성은 상동 재조합에서 RecA의 중심 역할에 기초한다.RecA 단백질은 ssDNA에 강하고 긴 클러스터로 결합하여 핵단백질 필라멘트를 형성합니다.단백질은 두 개 이상의 DNA 결합 부위를 가지고 있으며, 따라서 단일 가닥과 이중 가닥을 함께 유지할 수 있습니다.이 특성은 DNA 이중 나선과 단일 가닥 DNA의 상보적 영역 사이의 DNA 시냅시스 반응을 촉매하는 것을 가능하게 한다.RecA-ssDNA 필라멘트는 dsDNA를 따라 배열 유사성을 검색한다.RecA, Loop 2의 무질서한 DNA 루프는 DNA 상동 [7]재조합을 담당하는 잔류물을 포함한다.일부 박테리아에서는 Loop 2에서 세린 잔기의 인산화를 통한 RecA 번역 후 변형이 상동 [8]재조합을 방해할 수 있다.

탐색 과정은 DNA 이중성의 신장을 유도하여 배열 상보성[9][10] 인식을 강화한다.이 반응은 두 개의 재조합 DNA 이중 나선 사이의 가닥 교환을 시작합니다.synapsis 이벤트 후 헤테로듀플렉스 영역에서 브랜치 마이그레이션이라고 하는 프로세스가 시작됩니다.분기 이동에서는 단일 가닥 중 하나의 페어링되지 않은 영역이 다른 단일 가닥의 페어링 영역을 대체하여 베이스 쌍의 총 수를 변경하지 않고 분기점을 이동합니다.자발적인 가지 이동은 발생할 수 있지만, 일반적으로 양방향으로 균등하게 진행되기 때문에 재조합을 효율적으로 완료하지 못할 수 있습니다.RecA 단백질은 단방향 분기 이동을 촉매하며, 그렇게 함으로써 재조합을 완료할 수 있으며, 수천 개의 염기쌍의 헤테로듀플렉스 DNA 영역을 생성합니다.

RecA는 DNA 의존적인 ATP 효소이기 때문에 ATP를 결합하고 가수분해하기 위한 추가 부위를 포함합니다.RecA는 ADP 결합 시보다 ATP 결합 시 DNA와 더 밀접하게 연관된다.

대장균의 경우, RecA에 의해 매개되는 상동 재조합 이벤트가 DNA 복제 후 자매자리가 근접해 있는 기간 동안 발생할 수 있다.RecA는 또한 대장균 [11]세포의 반대쪽 절반으로 분리된 먼 자매 위치 사이의 호몰로지 짝짓기, 호몰로지 재조합 및 DNA 파괴 복구를 중재할 수 있다.

RecA가 부족한 대장균주는 분자생물학 실험실의 복제 시술에 유용하다.대장균주는 종종 돌연변이 recA 대립 유전자를 포함하도록 유전적으로 변형되어 플라스미드로 알려진 DNA의 염색체 외 세그먼트의 안정성을 보장한다.형질전환이라고 불리는 과정에서 플라스미드 DNA는 다양한 조건에서 박테리아에 의해 흡수된다.외인성 플라스미드를 포함하는 박테리아는 "변형체"라고 불립니다.형질전환체는 세포분열을 통해 플라스미드를 유지하여 다른 용도로 회수 및 사용할 수 있습니다.기능성 RecA 단백질이 없으면 외인성 플라스미드 DNA는 세균에 의해 변경되지 않고 남는다.박테리아 배양으로부터 이 플라스미드를 정제하면 원래의 플라스미드 배열의 높은 충실도의 PCR 증폭을 가능하게 할 수 있다.

약물 표적으로서의 가능성

North Carolina 대학의 Wigle과 Singleton은 세포 내의 RecA 기능을 방해하는 작은 분자가 새로운 항생제를 [12]만드는데 유용할 수 있다는 것을 보여주었다.많은 항생제가 DNA 손상을 초래하고 모든 박테리아가 이 손상을 고치기 위해 RecA에 의존하기 때문에, RecA의 억제제는 항생제의 독성을 높이기 위해 사용될 수 있다.또한 RecA의 활성은 항생제 내성 발달과 동의어이며, RecA의 억제제는 세균제 내성 출현을 지연시키거나 예방하는 역할을 할 수 있다.

자연변화에 있어서의 RecA의 역할

RecA 시스템의 분자 특성 분석에 기초하여, 콕스는 데이터가[13] "RecA 단백질의 주요 임무가 DNA 복구라는 설득력 있는 증거를 제공한다"고 결론지었다.RecA 단백질의 기능에 대한 추가 에세이에서, 콕스는[14] "RecA 단백질이 때때로 유용한 부산물로서 유전적 다양성의 생성과 함께 재조합 DNA 복구 시스템의 중심 요소로서 진화했다"는 것을 증명하는 데이터를 요약했다.

자연 세균 변환은 한 박테리아에서 다른 박테리아로 DNA의 이동과 RecA 단백질에 의해 매개되는 과정인 상동 재조합에 의해 기증자 DNA의 수용체 염색체로의 통합을 포함한다.RecA가 중심적인 역할을 하는 형질전환은 DNA 이식을 위한 진화된 적응임을 나타내는 이 과정을 수행하기 위해 특별히 상호작용하는 수많은 추가적인 유전자 생성물(예: Bacillus subtilis의 약 40개의 유전자 생성물)의 발현에 의존한다.B. subtilis에서, 전달된 DNA의 길이는 3분의 1만큼 클 수 있고 전체 [15][16]염색체의 크기까지 클 수 있다.박테리아가 외인성 DNA를 염색체에 결합, 흡수, 재조합하기 위해서는 먼저 "능력"이라고 불리는 특별한 생리 상태에 들어가야 한다.변환은 원핵생물계에서 흔히 볼 수 있는 것으로 지금까지 67종이 [17]변환에 적합한 것으로 알려져 있다.

가장 잘 연구된 변환 시스템 중 하나는 B. 서브틸리스 변환 시스템입니다.이 박테리아에서 RecA 단백질은 유입되는 단일 가닥 DNA(ssDNA)와 상호작용하여 눈에 띄는 필라멘트 구조를 [18]형성한다.이러한 RecA/ssDNA 필라멘트는 역량기구를 포함하는 세포극에서 나와 세포졸로 확장됩니다.RecA/ssDNA 필라멘트 실은 균질 영역을 위해 상주 염색체를 스캔하는 동적 핵 필라멘트로 간주된다.이 과정은 들어오는 DNA를 정보 교환이 일어나는 B. subtilis 염색체의 해당 부위로 가져옵니다.

미쇼드 [19]등RecA 매개 변환이 B. 서브틸리스뿐만 아니라 여러 다른 박테리아 종(Neisseria gonorhoae, Hemophilus influence, Streptoccus pneumoniae, Streptoccus mutans 및 헬리코박터균)에서 DNA 손상의 상동 재조합 수복을 위한 적응이라는 증거를 검토했다.인간을 감염시키는 병원성 종의 경우, RecA에 의한 DNA 손상의 복구가 숙주의 산화 방어에 의해 방해될 때 상당한 도움이 될 수 있다고 제안되었다.

레퍼런스

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