生化学および分子遺伝学において、AP部位（アプリン／アピリミジン部位）は、脱塩基部位とも呼ばれ、 DNA（RNAにも存在するが、その可能性ははるかに低い）において、プリン塩基もピリミジン塩基も存在しない部位であり、これは自発的またはDNA損傷によって発生します。生理学的条件下では、細胞内で毎日10,000個のアプリン部位と500個のアピリミジン部位が生成されると推定されています。[ 1 ] [ 2 ]
AP部位は、自発的な脱プリン化によって形成されることもありますが、塩基除去修復の中間体としても発生します。[ 3 ]このプロセスでは、DNAグリコシラーゼが損傷した塩基を認識し、N-グリコシド結合を切断して塩基を遊離させ、AP部位を形成します。DNAには、酸化塩基やメチル化塩基、ウラシルなど、さまざまな種類の損傷を認識する多様なグリコシラーゼが存在します。その後、AP部位はAPエンドヌクレアーゼによって切断され、3'-ヒドロキシル末端とデオキシリボース-5-リン酸末端が残ります（DNA構造を参照）。別の方法として、二機能性グリコシラーゼ-リアーゼがAP部位を切断し、3'-α,β-不飽和アルデヒドに隣接する5'-リン酸基が残ります。どちらのメカニズムも一本鎖切断を引き起こし、その後、ショートパッチまたはロングパッチ塩基除去修復によって修復されます。[ 4 ]
AP部位が修復されないまま放置されると、半保存的複製中に変異を引き起こす可能性があります。AP部位は複製フォークの停止を引き起こし、トランスレジョン合成によってバイパスされます。大腸菌では、アデニンはAP部位の反対側に優先的に挿入され、「Aルール」として知られています。高等真核生物では状況はより複雑で、生物や実験条件によって異なるヌクレオチドが優先的に挿入されます。[ 3 ]
形成
AP部位は、デオキシリボースが窒素塩基から切断され、両者の間のグリコシド結合が切断されるときに形成されます。これは、化学活性、放射線、または酵素活性の結果として、自発的に起こる可能性があります。DNAのグリコシド結合は、酸触媒加水分解によって切断できます。プリン塩基は弱酸性条件下で脱離しますが、ピリミジンは切断されるためにより強い酸性が必要です。プリンは、温度が十分に上昇すれば、中性pHでも除去される場合があります。AP部位の形成は、さまざまな塩基修飾化学物質によっても引き起こされます。個々の塩基のアルキル化、脱アミノ化、および酸化はすべてグリコシル結合の弱化につながる可能性があるため、これらの修飾を引き起こす物質への曝露はAP部位の形成を促進する可能性があります。[ 2 ]
電離放射線もAP部位の形成につながる可能性があります。放射線照射を受けた環境にはラジカルが存在し、様々な方法でAP部位の形成に寄与する可能性があります。ヒドロキシルラジカルはグリコシド結合を攻撃してAP部位を直接形成したり、塩基やデオキシリボース環に結合してグリコシル結合を不利にしたりします。[ 2 ]
酵素、特にDNAグリコシラーゼは、塩基除去修復経路の一環として、AP部位を一般的に形成します。哺乳類細胞では、1日に5,000～10,000個のアピリミジン部位が形成されると推定されています。アピリミジン部位の形成速度はそれより約20倍遅く、1日あたり細胞あたり約500回の形成と推定されています。これほど高い速度では、変異を防ぐために、細胞が堅牢な修復装置を備えていることが不可欠です。
特性
化学的特性
AP部位は非常に反応性が高い。フラノース環と、鎖状の遊離アルデヒドおよび遊離アルコール構造の間を変動する。求核剤に曝露されるとβ脱離反応が起こり、3'リン酸エステル結合が切断され、一本鎖切断が起こる。この反応はAPリアーゼによって触媒される。[ 2 ]過剰な試薬の存在下では、5'側で追加の脱離が起こる可能性がある。遊離アルデヒドは、求核性のアミン含有アルデヒドとも反応する可能性がある。これらの反応は、リン酸エステル結合の切断をさらに促進する可能性がある。O-HN2基を含むアルデヒドは、アルデヒド基と反応することにより、脱塩基部位を安定化させる役割を果たす。この相互作用は、リン酸エステル結合を切断しない
生物活性
生細胞内のAP部位は、細胞死を含め、さまざまな深刻な結果を引き起こす可能性があります。β脱離によって生じる一本鎖切断は、変異を避けるためにDNAリガーゼによる修復が必要です。DNAポリメラーゼが脱塩基部位に遭遇すると、通常DNA複製がブロックされ、それ自体がDNAらせんの一本鎖または二本鎖切断につながる可能性があります。[ 4 ]大腸菌では、酵素が脱塩基部位を回避できた場合、アデニンが新しい鎖に優先的に組み込まれます。[ 2 ] [ 3 ] DNA内のAP部位が修復されない場合、DNA複製は正常に進行できず、重大な変異が発生する可能性があります。[ 4 ]変異が単なる一塩基多型である場合、細胞は影響を受けない可能性があります。しかし、より深刻な変異が発生した場合、細胞機能が著しく損なわれ、成長と分裂が損なわれるか、または単に細胞が死ぬ可能性があります。
修復
AP部位は塩基除去修復経路の重要な特徴です。DNAグリコシラーゼは、まず修飾された塩基を認識して除去することにより、脱塩基部位を作成します。塩基が損傷する複数の方法に対処するために、多くのグリコシラーゼの変異体が存在します。最も一般的な状況は、塩基のアルキル化、酸化、およびDNA鎖中のウラシルの存在です。[ 4 ] AP部位が正常に作成されると、APエンドヌクレアーゼは1つのリン酸エステル結合の切断を触媒し、らせんの骨格にニックを作成します。[ 4 ]切断は、酵素の変異体に応じて、部位の3'または5'のいずれかになります。次に、末端処理酵素は、DNAポリメラーゼによって実行されるニックライゲーションのために部位を準備します。[ 4 ]ニックに挿入される塩基は、反対側の鎖の対応する塩基によって決定されます。その後、ニックはDNAリガーゼによって封印されます
自由食を与えられたラットでは、前頭/頭頂皮質、小脳、脳幹、中脳、視床下部にあるAP部位の修復におけるAPエンドヌクレアーゼの活性は加齢とともに低下する。 [ 5 ]一方、カロリー制限を受けたラット では、これらの脳領域のAPエンドヌクレアーゼ活性は加齢とともに高いままである。[ 5 ] これらの結果は、カロリー制限を受けた動物におけるAP部位の修復の亢進が老化プロセスを遅らせる可能性を示唆している。
測定アプローチ
AP部位はクリックコードseq [ 6 ] 、 snAP-seq [ 7 ]、SSiNGLe-AP [ 8 ]によってヒトゲノム中の一塩基分解能でマッピングすることができる。
参考文献
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