DNS-polimeráz ι

DNS-polimeráz ι
Azonosítók
Jel	POLI, RAD30B
PDB	1T3N
Egyéb adatok
Lokusz	18. krom. q21.2

A DNS-polimeráz ι a POLI gén által kódolt enzim. A magasabbrendű élőlényekben található, és feltehetően a Pol η génduplikációjából ered. A Pol ι az Y-családba tartozó és a transzléziós szintézisben fontos DNS-polimeráz,. A 6-4 pirimidinadduktumokat és a bázismentes helyeket átugorja, és gyakran hibás bázist illeszt be. Más Y-családbeli polimerázokhoz hasonlóan a Pol ι processzivitása alacsony, DNS-kötő helye nagy, és nem változik meg DNS-kötéskor a szerkezete. Ezek teszik lehetővé a Pol ι általi transzléziós szintézist. A Pol ι csak Hoogsteen-bázispárokat használ, a DNS-szintézis során az adenint a szin-konformációjú timinhez, a citozint és a timint anti-konformációjú guaninhoz adja, melyet szin-konformációba fordít. Ez magyarázza nagy hatékonyságát és hűségét a templátban lévő A, C és G esetén, illetve alacsony hatékonyságát T esetén.

Filogenetika

A Pol ι evolúciósan állandósult, és homológjai számos más élőlényben megtalálhatók. Más Y-családbeli DNS-polimerázokkal szemben azonban nem ismertek prokarióta, élesztő- vagy fonálféreg-homológjai. A legtöbb növényben nem ismertek POLI-homológok, azonban 7 zöldmoszatfajban, valamint a Selaginella moellendorffiiban azonosították.

Egyes feltételezések szerint a POLI a POLH duplikációjából nem sokkal a rovarok különválása előtt alakult ki, mivel a Drosophila melanogaster Pol ι-ja jobban hasonlít a Saccharomyces cerevisiae Pol η-jához, mint a humán Pol ι-hoz. A Pol η a Pol ι legközelebbi ortológja emlősökben.

Mivel a Pol ι-t csirkesejtekben nem azonosították, eleinte úgy gondolták, hogy nem fordul elő madarakban Pol ι, azonban később több mint 50 madárfajban azonosították.

Szerkezet

A humán Pol ι mintegy 80 kDa-os fehérje 715 aminosavval. Egyes referenciaszekvenciák, például az NM_007195.2 szerint 740 aminosavas további 25 N-terminális aminosavval, azonban kísérleti bizonyítékok szerint a 715 aminosavas az elsődleges izoforma.

Szekvenciahomológia-hiánya ellenére a Pol ι a többi DNS-polimerázhoz hasonlóan egy jobb kézre hasonlít ujj- (38–98. aminosav), hüvelykujj- (225–288.) és tenyéraldoménekkel (25–37., 99–224.), melyek együtt alkotják az aktív helyet, mely az Y-család polimerázaiban állandósult és N-terminális. A többi Y-családbeli polimerázhoz hasonlóan és a hagyományosaktól eltérően nincs 3’–5’-exonukleáz-doménje, viszont rendelkezik „kisujjaldoménnel” (más néven polimerázasszociált vagy csuklódomén; 298–414.).

Mutációs elemzés

A Pol ι G:T bázispárosodási hibája feltehetően kizárólag emlősökben fordul elő.

Funkció

Korábban a DNS-polimeráz ι-t egyszerűen a DNS-polimeráz η hibára hajlamos változataként ismerték. Azonban különös jellemzői és feltételezett funkciói és ismert szabályzása alapján önálló szerepe lehet. Mégis bár sok elemzés számol be a transzléziós szintézisről és az Y-családról, ahová a Pol ι is tartozik, kevés cikk foglalkozott 2020-ig kifejezetten a Pol ι-val.

McDonald et al. 2001-es tanulmánya a Pol ι-t „erkölcstelen” polimeráznak nevezte a templáton lévő A, C és G nukleotidokkal szembeni helyeken, mivel „tudja, mely bázis a megfelelő, de nem foglalkozik vele, és gyakran hibázik”, míg T esetén „amorálisnak”, mivel „nem tudja megkülönböztetni a helyes és a helytelen nukleotidot”, mivel a G-t közel ugyanolyan hatékonyan tudja beilleszteni, mint a helyes A-t, továbbá a G-t 3-szor gyakrabban illeszti be, mint az A-t. Ezek mutációt okozhatnak, és a Pol ι gyakran transzléziós szintézist is végez.

A DNS-polimeráz ι nem képes cisz-szin timindimeren túl replikációra, és nem illeszt be a dimer 3’-T-jével szemben nukleotidot, azonban képes (6–4) T–T fototermékkel vagy bázismentes hellyel szemben nukleotid elhelyezésére.

Noha önmagában kevéssé hatékony és gyakran hibázik, a proliferálósejt-magantigén (PCNA), az RFC és a replikációs protein A (RPA) a DNS-szintézis hatékonyságát és hűségét növeli.

Feltűnően gyakran használ dTTP-t, és gyakran mind a 4 nukleotid jelenlétében is csak 2–3 nukleotiddal bővíti a primert, továbbá gyakrabban tart szünetet a templáton lévő G, mint más nukleotid esetén.

Hogy homológjai sok más eukariótában, például egérben és Drosophila melanogasterben is ismertek, alátámasztja, hogy a hibára hajlamos POLI jelenléte evolúciós előnyt jelenthet ezen élőlényeknek – vannak esetek, mikor hasznos lehet az alacsony hűségű polimeráz, például az immunglobulinok változó régióinak mutációja, mely elegendő genetikai diverzitást ad a hatékony immunválaszhoz. Tissier et al. (2000) azt figyelték meg, hogy a DNS-polimeráz ι, mivel viszonylag pontos a templát-A-replikációkor, kevesebb mutációt okoz T-ről, míg hogy nagyobb hibagyakorisága templáton lévő T esetén azt okozza, hogy az A-tól való eltérések gyakoribbak. Ezenkívül az, hogy adott körülmények közt a Pol ι képes bővítésre hibásan párosított nukleotidok esetén, azt jelenti, hogy az IgV-génekben lévő tandem mutációkhoz is hozzájárul.

Aktivitás és ionkoncentráció

A Pol ι 0,05–0,25 mM Mn²⁺ jelenlétében a $K_{m}$ csökkenése révén 30–60 000-szer aktívabb, mint Mn²⁺ nélkül. Bár a G–T bázispárok 1,4–2,5-szer gyakoribbak 0,25, illetve 5 mM Mg²⁺ mellett, a megfelelő A beillesztése a G-énél gyakoribb 0,075 mM Mn²⁺ esetén. Ezenkívül a Mn²⁺ jelenléte növelte a Polι DNS-lézión való áthaladó képességét. A polι nagyobb affinitást mutat Mn²⁺-ra, mint Mg²⁺-ra.

Klinikai jelentőség

Xeroderma pigmentosum-variáns

A xeroderma pigmentosum-variáns (XPV) sejtekben nincs DNS-polimeráz η, ezért helyette DNS-polimeráz ι-t használnak. Az XPV-sejtek kitettsége UV-fénynek nagy gyakoriságú és egyedi spektrumú UV-indukált mutációt mutatnak, mely rosszindulatú elváltozásokat okozhat.

Rák

Erős a korreláció a Pol ι-expresszió szintje és az œsophagealis laphámrák incidenciája közt.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a POLI című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

További információk

• Tissier A, Frank EG, McDonald JP, etal (2001). „Biochemical characterization of human DNA polymerase iota provides clues to its biological function.”. Biochem. Soc. Trans. 29 (Pt 2), 183–7. o. DOI:10.1042/BST0290183. PMID 11356150. 
• McDonald JP, Rapić-Otrin V, Epstein JA, etal (1999). „Novel human and mouse homologs of Saccharomyces cerevisiae DNA polymerase eta.”. Genomics 60 (1), 20–30. o. DOI:10.1006/geno.1999.5906. PMID 10458907. 
• Masutani C, Kusumoto R, Iwai S, Hanaoka F (2000). „Mechanisms of accurate translesion synthesis by human DNA polymerase eta.”. EMBO J. 19 (12), 3100–9. o. DOI:10.1093/emboj/19.12.3100. PMID 10856253. PMC 203367. 
• Tissier A, Frank EG, McDonald JP, etal (2000). „Misinsertion and bypass of thymine-thymine dimers by human DNA polymerase iota.”. EMBO J. 19 (19), 5259–66. o. DOI:10.1093/emboj/19.19.5259. PMID 11013228. PMC 302107. 
• Hartley JL, Temple GF, Brasch MA (2001). „DNA cloning using in vitro site-specific recombination.”. Genome Res. 10 (11), 1788–95. o. DOI:10.1101/gr.143000. PMID 11076863. PMC 310948. 
• Wiemann S, Weil B, Wellenreuther R, etal (2001). „Toward a catalog of human genes and proteins: sequencing and analysis of 500 novel complete protein coding human cDNAs.”. Genome Res. 11 (3), 422–35. o. DOI:10.1101/gr.GR1547R. PMID 11230166. PMC 311072. 
• Bebenek K, Tissier A, Frank EG, etal (2001). „5'-Deoxyribose phosphate lyase activity of human DNA polymerase iota in vitro.”. Science 291 (5511), 2156–9. o. DOI:10.1126/science.1058386. PMID 11251121. 
• Simpson JC, Wellenreuther R, Poustka A, etal (2001). „Systematic subcellular localization of novel proteins identified by large-scale cDNA sequencing.”. EMBO Rep. 1 (3), 287–92. o. DOI:10.1093/embo-reports/kvd058. PMID 11256614. PMC 1083732. 
• Frank EG, Tissier A, McDonald JP, etal (2001). „Altered nucleotide misinsertion fidelity associated with poliota-dependent replication at the end of a DNA template.”. EMBO J. 20 (11), 2914–22. o. DOI:10.1093/emboj/20.11.2914. PMID 11387224. PMC 125476. 
• Vaisman A, Tissier A, Frank EG, etal (2001). „Human DNA polymerase iota promiscuous mismatch extension.”. J. Biol. Chem. 276 (33), 30615–22. o. DOI:10.1074/jbc.M102694200. PMID 11402031. 
• Ohmori H, Friedberg EC, Fuchs RP, etal (2001). „The Y-family of DNA polymerases.”. Mol. Cell 8 (1), 7–8. o. DOI:10.1016/S1097-2765(01)00278-7. PMID 11515498. 
• Vaisman A, Woodgate R (2002). „Unique misinsertion specificity of poliota may decrease the mutagenic potential of deaminated cytosines.”. EMBO J. 20 (22), 6520–9. o. DOI:10.1093/emboj/20.22.6520. PMID 11707422. PMC 125734. 
• Faili A, Aoufouchi S, Flatter E, etal (2002). „Induction of somatic hypermutation in immunoglobulin genes is dependent on DNA polymerase iota.”. Nature 419 (6910), 944–7. o. DOI:10.1038/nature01117. PMID 12410315. 
• Kannouche P, Fernández de Henestrosa AR, Coull B, etal (2003). „Localization of DNA polymerases eta and iota to the replication machinery is tightly co-ordinated in human cells.”. EMBO J. 21 (22), 6246–56. o. DOI:10.1093/emboj/cdf618. PMID 12426396. PMC 137208. 
• Frank EG, Sayer JM, Kroth H, etal (2002). „Translesion replication of benzo[a]pyrene and benzo[c]phenanthrene diol epoxide adducts of deoxyadenosine and deoxyguanosine by human DNA polymerase iota.”. Nucleic Acids Res. 30 (23), 5284–92. o. DOI:10.1093/nar/gkf643. PMID 12466554. PMC 137958. 
• Strausberg RL, Feingold EA, Grouse LH, etal (2003). „Generation and initial analysis of more than 15,000 full-length human and mouse cDNA sequences”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (26), 16899–903. o. DOI:10.1073/pnas.242603899. PMID 12477932. PMC 139241.