Топоізомерази

ДНК-топоізомерази (або топоізомерази) — ферменти, які каталізують зміни в топології ДНК, змінюючи ступінь (релаксуючи або напружуючи) суперскрученості ДНК, утворюючи або розділяючи катенани ДНК та утворюючи або розв'язуючи вузли ДНК.^[1][2] Топологічні проблеми ДНК викикають у зв'язку з переплетенністю подвійної спіралі ДНК, що може призвести, наприклад, до перекручування подвійної спіралі під час реплікації та транскрипції. Якщо залишити таку ДНК незмінною, ця скрученість рано чи пізно зупинить рух ДНК- чи РНК-полімерази вздовж спіралі. Друга топологічна проблема виникає через з'єднання та переплутування молекул ДНК під час реплікації, що перешкоджає поділу клітини. ДНК-топоізомерази запобігають та виправляють такі проблеми за допомогою приєднання до ДНК та розрізання цукрово-фосфатного кістяку одного (тип I) або обох (тип II) ланцюгів ДНК. Цей тимчасовий розрив дозволяє розплутати або розмотати ДНК. У кінці процесу цукрово-фосфатний кістяк відновлюється. Оскільки загальні хімічний склад та зв'язність ДНК не змінюються, і субстрат, і продукт є хімічними ізомерами, які відрізняються лише своєю топологією.

ДНК-топоізомераза, АТФ-незалежна (тип I)

Ідентифікатори
Код КФ	5.6.2.1
Номер CAS	80449-01-0
Бази ферментів
IntEnz	IntEnz view
BRENDA	BRENDA entry
ExPASy	NiceZyme view
MetaCyc	metabolic pathway
KEGG	KEGG entry
PRIAM	profile
PDB structures	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Пошук
PMC	статті
PubMed	статті
NCBI	NCBI proteins
CAS	80449-01-0

ДНК-топоізомераза, АТФ-залежна (тип II)

Ідентифікатори
Код КФ	5.6.2.2
Бази ферментів
IntEnz	IntEnz view
BRENDA	BRENDA entry
ExPASy	NiceZyme view
MetaCyc	metabolic pathway
KEGG	KEGG entry
PRIAM	profile
PDB structures	RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Пошук
PMC	статті
PubMed	статті
NCBI	NCBI proteins

Відкриття

Уперше ДНК-топоізомеразу знайшов Джеймс Вонг 1971 року у бактеріях. Спочатку її назвали ω-білком;^[3], а зараз — топоізомераза I бактерії Escherichia coli (E. coli), яка належить до типу IA. Згодом подібну активність в еукаріотах (у печінці щурів) виявили Джеймс Шампу та Ренато Дульбекко;^[4] відповідний фермент, топоізомераза I еукаріотів, має інший механізм дії та належить до типу IB. Першою виявленою топоізомеразою типу II стала ДНК-гіраза у бактерій після її відкриття Мартіном Геллертом і колегами^[5] та характеризації Ніколасом Коццареллі й колегами 1976 року.^[6] ДНК-гіраза каталізує додавання негативних супервитків до ДНК і є єдиним ферментом типу II здатним на це, у той час як усі інші каталізують релаксацію ДНК. Відмінністю ферментів типу II від типу I є потреба в АТФ для каталізації та те, що вони тимчасово розділяють обидва ланцюги ДНК, а не лише один. Топоізомерази типу II були згодом ідентифіковані у бактеріях та еукаріотах.^[7][8][9] Топоізомеразам присвоєні наступні коди ферментів: АТФ-незалежна (тип I), КФ 5.6.2.1; АТФ-залежна (тип II): КФ 5.6.2.2. Єдиним винятком у топоізомеразах типу I є зворотня гіраза, яка містить геліказний домен (КФ 3.6.4.12) та додає позитивні супервитки, витрачаючи АТФ. Таким чином, це єдина топоізомераза типу I, класифікована як КФ 5.6.2.2.

Див. також

• Топологія ДНК
• Суперскрученість ДНК
• TOP1
• TOP2A
• TOP2B
• TOP3A
• TOP3B

Примітки

1. McKie S.J., Neuman K.C., Maxwell A. (April 2021). DNA topoisomerases: Advances in understanding of cellular roles and multi-protein complexes via structure-function analysis. BioEssays. 43 (4): e2000286. doi:10.1002/bies.202000286. PMC 7614492. PMID 33480441. S2CID 231679533.
2. Sutormin D.A., Galivondzhyan A.K., Polkhovskiy A.V., Kamalyan S.O., Severinov K.V., Dubiley S.A. (15 березня 2021). Diversity and Functions of Type II Topoisomerases. Acta Naturae. 13 (1): 59—75. doi:10.32607/actanaturae.11058. PMC 8084294. PMID 33959387.
3. Wang J.C. (February 1971). Interaction between DNA and an Escherichia coli protein omega. Journal of Molecular Biology. 55 (3): 523—533. doi:10.1016/0022-2836(71)90334-2. PMID 4927945.
4. Champoux J.J., Dulbecco R. (January 1972). An activity from mammalian cells that untwists superhelical DNA--a possible swivel for DNA replication (polyoma-ethidium bromide-mouse-embryo cells-dye binding assay). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 69 (1): 143—146. doi:10.1073/pnas.69.1.143. PMC 427563. PMID 4333036.
5. Gellert M., Mizuuchi K., O'Dea M.H., Nash H.A. (November 1976). DNA gyrase: an enzyme that introduces superhelical turns into DNA. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73 (11): 3872—3876. Bibcode:1976PNAS...73.3872G. doi:10.1073/pnas.73.11.3872. PMC 431247. PMID 186775.
6. Sugino A., Peebles C.L., Kreuzer K.N., Cozzarelli N.R. (November 1977). Mechanism of action of nalidixic acid: purification of Escherichia coli nalA gene product and its relationship to DNA gyrase and a novel nicking-closing enzyme. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 (11): 4767—4771. Bibcode:1977PNAS...74.4767S. doi:10.1073/pnas.74.11.4767. PMC 432036. PMID 200930.
7. Baldi M.I., Benedetti P., Mattoccia E., Tocchini-Valentini G.P. (June 1980). In vitro catenation and decatenation of DNA and a novel eucaryotic ATP-dependent topoisomerase. Cell. 20 (2): 461—467. doi:10.1016/0092-8674(80)90632-7. PMID 6248247. S2CID 42645648.
8. Liu L.F., Liu C.C., Alberts B.M. (October 1979). T4 DNA topoisomerase: a new ATP-dependent enzyme essential for initiation of T4 bacteriophage DNA replication. Nature. 281 (5731): 456—461. Bibcode:1979Natur.281..456L. doi:10.1038/281456a0. PMID 226889. S2CID 4343962.
9. Stetler G.L., King G.J., Huang W.M. (August 1979). T4 DNA-delay proteins, required for specific DNA replication, form a complex that has ATP-dependent DNA topoisomerase activity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76 (8): 3737—3741. Bibcode:1979PNAS...76.3737S. doi:10.1073/pnas.76.8.3737. PMC 383908. PMID 226976.

Література

• Wang J.C. (2009). Untangling the Double Helix: DNA entanglement and the action of the DNA topoisomerases. Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Laboratory Press. с. 245. ISBN 978-0-87969-879-9. (англ.)
• А. В. Сиволоб, К. С. Афанасьєва (2012). Молекулярна організація хромосом (PDF). К: Видавничо-поліграфічний центр "Київський університет".

Посилання

• MeSH DNA+Topoisomerases