From Wikipedia, the free encyclopedia
Z-DNK je jedna od mnogih mogućih dvostrukih spiralnih struktura DNK. To je ljevoruka dvostruka spiralna struktura u kojoj se spirala vijuga ulijevo u cik-cak obrascu, umjesto udesno, kao uobičajeni oblik B-DNK. Smatra se da je Z-DNK jedna od tri biološki aktivne dvostruke spiralne strukture zajedno sa A-DNK i B-DNK.
Z-DNK se prilično razlikuje od desnoruke. U stvari, Z-DNK se često poredi sa B-DNK, kako bi se ilustrovale glavne razlike. Z-DNK spirala je lijevoruka i ima strukturu koja ponavlja svaki drugi par baza. Glavni i manji žljebovi, za razliku od A– i B-DNK, pokazuju malu razliku u širini. Formiranje ove strukture je općenito nepovoljno, iako određeni uslovi to mogu podstaknuti, kao što je naizmjenična sekvenca purin–pirimidin (posebno poli(dGC)2), negativna DNK superspirala ili visoka koncentracija soli i nekih kationa (sve na fiziološkoj temperaturi, 37 °C i pH 7,3–7,4). Z-DNK može formirati spoj sa B-DNK (koji se naziva "B-do-Z spojna kutija") u strukturi koja uključuje ekstruziju baznog para.[1] Konformaciju Z-DNK bilo je teško proučavati jer ne postoji kao stabilna karakteristika dvostruke spirale. Umjesto toga, to je prolazna struktura koja je povremeno izazvana biološkom aktivnošću, a zatim brzo nestaje.[2]
Moguće je predvidjeti vjerovatnoću da sekvenca DNK formira Z-DNK strukturu. Algoritam za predviđanje sklonosti DNK prelasku iz B-oblika u Z-oblik, ZHunt, napisao je P. Shing Ho 1984. na Massachusetts Institute of Technology (MIT).[3] Ovaj algoritam su kasnije razvili Tracy Camp, P. Christoph Champ, Sandor Maurice i Jeffrey M. Vargason za mapiranje Z-DNK u cijelom genomu (sa Hoom kao glavnim istraživačem).[4]
Od otkrića i kristalizacije Z-DNK 1979. godine, konfiguracija je ostavila naučnike u nedoumici oko puta i mehanizma od B-DNK konfiguracije do Z-DNK konfiguracije..[5] Konformacijska promjena iz B-DNK u strukturu Z-DNK bila je nepoznata na atomskom nivou, ali su 2010. kompjuterske simulacije koje su sproveli Lee et al. bili u mogućnosti da kompjuterski odrede da bi postepena propagacija B-to-Z tranzicije obezbedila nižu energetsku barijeru od prethodno pretpostavljenog usklađenog mehanizma.[6] Budući da je ovo kompjuterski dokazano, put bi i dalje trebao biti eksperimentalno testiran u laboratoriji radi dalje potvrde i valjanosti, u čemu je Lee et al. posebno navodi u svom članku u časopisu: "Trenutni [računarski] rezultat bi mogao biti testirana Jednomolekulska FRET (smFRET) eksperimentima u budućnosti."[6] In 2018, the pathway from B-DNA to Z-DNA was experimentally proven using smFRET assays.[7] This was performed by measuring the intensity values between the donor and acceptor Fluorescentne boje, takođe poznate kao Fluorofori, u međusobnom odnosu dok razmjenjuju elektrone, dok su označene na molekulu DNK.[8][9] Udaljenosti između fluorofora mogu se koristiti za kvantitativno izračunavanje promjena u blizini boja i konformacijskih promjena u DNK. Z-DNK visokog afiniteta vezujući protein, hZαADAR1,[10] korišten je u različitim koncentracijama da izazove transformaciju iz B-DNK u Z-DNK.[7] smFRET testovi otkrili su B* prelazno stanje, koje se formiralo kao vezivanje akumuliranog hZαADAR1. B-DNK strukturu i stabilizirao je.[7] Ovaj korak se događa kako bi se izbjegla visoka energija spoja, u kojoj je B-DNK strukturi dozvoljeno da prođe konformacijsku promjenu u Z-DNK strukturu bez većih, ometajućih promjena u energiji. Ovaj rezultat poklapa se sa proračunskim rezultatima Lee et al. dokazujući da je mehanizam postupno i njegova svrha je da obezbjeđuje nižu energetsku barijeru za konformacionu promjenu iz B-DNK u Z-DNK konfiguraciju.[6] Suprotno prethodnom pojmu, vezujući proteini zapravo ne stabiliziraju konformaciju Z-DNK, nakon što je formirana, već umjesto toga oni zapravo podstiču formiranje Z-DNK direktno iz B* konformacije, koja je formirana tako što je struktura B-DNK vezana proteinima s visokim afinitetom.[7]
Biološka uloga Z-DNK u regulaciji odgovora na interferon tipa I potvrđena je u studijama tri dobro okarakterizirane rijetke mendelovske bolesti: Dyschromatosis Symmetrica Hereditaria (OMIM: 127400), Aicardi-Goutièresov sindrom (OMIM: 615010) i Bilateralna strijatna enkroza/distonija. [Porodice sa haploidnim ADAR transkriptomom omogućile su mapiranje Zα varijanti direktno na bolest, pokazujući da su genetičke informacije kodirane u DNK i oblikom i sekvencom.[11] Uloga u regulaciji odgovora interferona tipa I kod raka također je podržana otkrićima da je 40% panela tumora ovisilo o ADAR enzimu za preživljavanje.[12]
U prethodnim studijama, Z-DNK je bila povezana i sa Alzheimerovom bolešću i sistemskim eritematoznim lupusom. Da bi se to pokazalo, provedena je studija o DNK pronađenoj u hipokampusu mozga koji je bio normalan, umjereno zahvaćen Alzheimerovom bolešću i ozbiljno zahvaćen Alzhajmerovom bolešću. Koristeći kružni dihroizam, ova studija je pokazala prisustvo Z-DNK u DNK onih koji su ozbiljno pogođeni.[13] U ovoj studiji je također pronađeno da je veći dio umjereno zahvaćene DNK bio u B-Z intermedijarnoj konformaciji. Ovo je značajno jer je iz ovih nalaza zaključeno da prijelaz sa B-DNK na Z-DNK ovisi o progresiji Alzhajmerove bolesti.[13] Dodatno, Z-DNK je povezana sa sistemskim eritematoznim lupusom (SLE) kroz prisustvo prirodnih antitijela. Značajne količine anti Z-DNK antitijela pronađene su kod pacijenata sa SLE i nisu bile prisutne kod drugih reumatskih bolesti.[14] Postoje dva tipa ovih antitijela. Radioimunotestom je utvrđeno da jedan interaguje sa bazama izloženim na površini Z-DNK i denaturisanoj DNK, dok drugi isključivo interraguje sa cik-cak kičmom samo Z-DNK. Slično kao kod Alzhajmerove bolesti, antitijela variraju u zavisnosti od stadijuma bolesti, sa maksimalnim antitijelima u najaktivnijim stadijumima SLE.
Uobičajeno se veruje da Z-DNK pruža torziono deformacijsko olakšanje tokom transkripcije, a povezana je sa negativnim supersavijanjem.[15] Međutim, dok je supersvijanje povezano i sa transkripcijom i replikacijom DNK, formiranje Z-DNK prvenstveno je povezano sa brzinom transkripcije.[16]
Studija hromozoma 22 pokazala je korelaciju između regiona formiranja Z-DNK i regiona promotora za jedarni faktor I. Ovo sugerira da transkripcija u nekim ljudskim genima može biti regulirana formiranjem Z-DNK i aktivacijom jedarnog faktora I.[4]
Pokazalo se da sekvence Z-DNK nizvodno od promotorskih regiona stimulišu transkripciju. Najveći porast aktivnosti primećuje se kada se sekvenca Z-DNK postavi tri spiralna zavoja iza promotorska sekvenca. Nadalje, malo je vjerovatno da će Z-DNK formirati nukleosome, koji se često nalaze nakon sekvence koja formira Z-DNK. Zbog ovog svojstva, pretpostavlja se da Z-DNK kodira pozicioniranje nukleosoma. Pošto postavljanje nukleozoma utiče na vezivanje transkripcijskog faktora, smatra se da Z-DNK reguliše brzinu transkripcije.[17]
Pokazalo se da je razvijena iza puta RNK-polimeraza kroz negativno supersvijanje, Z-DNK formirana aktivnom transkripcijom povećava genetičku nestabilnost, stvarajući sklonost mutagenezi u blizini promotora.[18] Studija na Escherichia coli otkrila je da se genska delecija spontano javlja u plazmidnim regijama koje sadrže sekvence koje formiraju Z-DNK.[19] U ćelijama sisara, pronađeno je da prisustvo takvih sekvenci proizvodi velike delecije genomskih fragmenata zbog hromosomskih dvolančanih prekida. Obje ove genetičke modifikacije su povezane sa genskim translokacijama pronađenim kod karcinoma kao što su leukemija i limfom, budući da su ucrtane regije loma u tumorskim ćelijama oko sekvenci koje formiraju Z-DNK.[18] Međutim, manje delecije u bakterijskim plazmidima su povezane sa replikacijskim klizanjem, dok su veće delecije povezane sa ćelijama sisara uzrokovane nehomolognim spajanjem na kraju popravka, za koje se zna da je sklono greškama.[18][19]
Toksičan efekat etidij-bromida (EtBr) na tripanozomama uzrokovan je pomakom njihove kinetoplastidne DNK u Z-oblik. Pomak je uzrokovan interkalacijom EtBr i naknadnim labavljenjem strukture DNK, što dovodi do odmotavanja DNK, prelaska u Z-oblik i inhibicije replikacije DNK.[20]
Prvi domen koji vezuje Z-DNK sa visokim afinitetom otkriven je u ADAR1, koristeći pristup koji je razvio Alan Herbert.[21][22] Kristalografska i NMR istraživanjas potvrdila su biohemijske nalaze da je ovaj domen vezan za Z-DNK na način koji nije specifičan za sekvencu.[23][24][25] Srodni domeni identificirani su u nizu drugih proteina putem homologija sekvence.[22] Identifikacija Zα domena pružila je alat za druge kristalografske studije, koje dovode do karakterizacije Z-RNA i B-Z spoja. Biološke studije sugerirale su da Z-DNK vezujući domen ADAR1 može lokalizirati ovaj enzim koji modificira sekvencu novoformirane RNK na mjesta aktivne transkripcije.[26][27] Uloga Zα, Z-DNK i Z-RNK u odbrani genoma od invazije Alu retro-elemenata kod ljudi evoluirala je u mehanizam za regulaciju urođenih imunskih odgovora na dsRNK. Mutacije u Zα su uzroci ljudskih interferonopatija kao što je mendelovski Aicardi-Goutièresov sindrom.[11][28] Additionally, Zα domains are demonstrated to localize at the stress granules because of their innate ability in binding nucleic acid.[29] Nadalje, različiti Zα domeni se na različite načine vezuju za Z konformaciju nukleinske kiseline, pružajući važne puteve za specifično ciljanje u otkrivanju lijekova.[30]
Kako je Z-DNK detaljnije istražena, otkriveno je da se struktura Z-DNK može vezati za proteine koji vezuju Z-DNK putem londonske disperzije i vodikove veze. Jedan primjer proteina koji vezuje Z-DNK je vakcinia E3L virusni protein, koji je proizvod E3L gena i oponaša protein sisara koji vezuje Z-DNK.[31][32] Ne samo da E3L protein ima afinitet prema Z-DNK, već je također utvrđeno da ima ulogu u nivou ozbiljnosti virulencije kod miševa uzrokovanih virusom vakcinije, vrstom poksvirusa. Dvije kritične komponente za E3L protein koje određuju virulenciju su N-terminal i C-terminal. N-Kraj je sastavljen od sekvence slične sekvenci Zα domena, koji se također naziva Adenozin deaminaza z-alfa domen, dok je C-terminal sastavljen od dvolančanog RNK vezujućeg motiva.[31] Kroz istraživanje koje su sproveli Kim, Y. et al. na Massachusetts Institute of Technology, pokazalo se da zamjena N-kraja E3L proteina sekvencom Zα domene, koja sadrži 14 Z-DNK vezujućih ostataka sličnih E3L, ima mali ili nikakav uticaj na patogenost virusa kod miševa.[31] Nasuprot tome, Kim, Y. et al. također su otkrili da je delecija svih 83 ostatka E3L N-kraja rezultiralo smanjenom virulentnošću. Ovo podržava njihovu tvrdnju da je N-terminal koji sadrži ostatke koji se vezuju za Z-DNK neophodan za virulenciju.[31] Sve u svemu, ovi nalazi pokazuju da slični Z-DNK vezujući ostaci unutar N-kraja E3L protein i Zα domen su najvažniji strukturni faktori koji određuju virulenciju uzrokovanu virusom vakcinije, dok ostaci aminokiselina koji nisu uključeni u vezivanje Z-DNK imaju mali ili nikakav učinak. Buduća implikacija ovih nalaza uključuje smanjenje vezivanja Z-DNK E3L u vakcinama koje sadrže virus vakcinije tako da se negativne reakcije na virus kod ljudi mogu svesti na minimum.[31] Nadalje, Alexander Rich i Jin-Ah Kwon otkrili su da E3L djeluje kao transaktivator za ljudske IL-6, NF-AT i p53 gene. Njihovi rezultati pokazuju da HeLa ćelije koje sadrže E3L imaju povećanu ekspresiju ljudskih IL-6, NF-AT i p53 gena, a tačkaste mutacije ili delecije određenih Z-DNK vezujućih aminokiselinskih ostataka smanjuju tu ekspresiju.[33] Konkretno, utvrđeno je da mutacije u Tyr 48 i Pro 63 smanjuju transaktivaciju prethodno navedenih gena, kao rezultat gubitka vodikovih veza i londonskih disperzijskih sila između E3L i Z-DNK.[33] Sve u svemu, ovi rezultati pokazuju da smanjenje veza i interakcija između Z-DNK i Z-DNK vezujućih proteina smanjuje i virulenciju i ekspresiju gena, stoga pokazuju važnost postojanja veza između Z-DNK i E3L vezujućeg proteina.
| A-oblik | B-oblik | Z-oblik | |
|---|---|---|---|
| Smisao heliksa | Desnoruki | Desnoruki | Ljevoruki |
| Oonavljajuća jedinica | 1 bp | 1 bp | 2 bp |
| Rotacija/bp | 32,7° | 34,3° | 30° |
| bp/okret | 11 | 10 | 12 |
| Nagib bp prema osi | +19° | −1.2° | −9° |
| Uspon/bp duž ose | 2.3 Å (0.23 nm) | 3.32 Å (0.332 nm) | 3.8 Å (0.38 nm) |
| Nagib/okret spirale | 28,2 Å (2.82 nm) | 33,2 Å (3,32 nm) | 45,6 Å (4.56 nm) |
| Srednji obrt propelera | +18° | +16° | 0° |
| Glikozilni ugao | anti | anti | C: anti, G: sin |
| Šećerni nabor | C3′-endo | C2′-endo | C: C2′-endo, G: C3′-endo |
| Prečnik | 23 Å (2,3 nm) | 20 Å (2,0 nm) | 18 Å (1,8 nm) |
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
