アルクD

酵素

AlkD（アルキルプリングリコシラーゼD）は、DNA修復に関与するDNAグリコシラーゼのファミリーに属する酵素である。^{[2]これは2006年に}オスロのノルウェー生物学者チームによって発見された。別の酵素AlkCと共に、土壌に生息するグラム陽性細菌であるバチルス・セレウスから単離された。AlkCとAlkDは、類似点があることから、同じタンパク質に由来する可能性が高い。これらは他の原核生物にも見られる。真核生物では、赤痢アメーバやディクチオステリウム・ディスコイデウムなどの単細胞種にのみ見られる。^[3]この酵素はDNAの7mG（メチルグアニン）を特異的に標的とするため、DNAグリコシラーゼの中では独特である。また、親和性が低い他のメチルプリンにも作用する。この酵素は、複製エラーが発生した場合、DNAから化学的に修飾された塩基を正確に7mGで特定し、切断（切除）する特異的な酵素であることを示しています。この酵素は、7mG加水分解の速度を自発的な脱プリン反応の100倍に加速します。したがって、化学物質や環境因子によって引き起こされる有害な変化からゲノムを保護します。その結晶構造は2008年に解明されました。^{[4]これは、}核酸と相互作用するか、酵素活性を持つことが同定された最初のHEATリピートタンパク質です。^[5]

構造

AlkDは237個のアミノ酸から構成され、分子サイズは25 kDaである。タンパク質間相互作用を促進することが知られており、DNA結合や触媒活性との関連はまだ明らかにされていないHEATモチーフを彷彿とさせるらせん状の繰り返し配列が縦列に並んでいる。αヘリックスドメインを持つ一本鎖タンパク質である。タンパク質ドメイン全体は、他のタンパク質に見られるものと同様のHEAT繰り返しドメインで構成されている。^[6] 14個のヘリックスのうち12個（αA-αN）は逆平行パターンで対になり、αA/αC、αD/αE、αF/αG、αH/αI、αJ/αK、αL/αMなどの6つの縦列に繰り返されるα-αモチーフを形成している。これらのらせん状の繰り返しは、B、C、E、G、I、K、Mヘリックスが中心に芳香族溝を持つ凹面を形成する超らせんソレノイドに積み重ねられています。この溝内の残基は塩基除去活性に不可欠です。凹面は正に帯電しており、DNAの結合部位であると考えられています^[4]。また、アルキル化剤に対する細菌の感受性に対する保護作用も持っています^{[7] 。}

作用機序

AlkDはDNA塩基除去において独自のメカニズムを有する。損傷を受けた（アルキル化された）DNA部分に直接作用するのではなく、近傍の損傷を受けていない領域に作用する。そして、アルキル化された塩基と反対の塩基の反転を誘導し、DNAスタックの圧縮を伴わせる。露出したDNA部分は、 7mGの加水分解によって酵素的に除去される。 ^[1]

参考文献

^ ab Kossmann, Bradley; Ivanov, Ivaylo; Briggs, James M. (2014). 「アルキルプリングリコシラーゼDはDNAスカルプティングを損傷塩基の押し出しと切除戦略として利用する」. PLOS Computational Biology . 10 (7) e1003704. Bibcode :2014PLSCB..10E3704K. doi : 10.1371/journal.pcbi.1003704 . PMC 4081403. PMID 24992034 .
^ ヴァンダービルト大学 (2015年10月29日). 「新たな種類のDNA修復酵素を発見」. ScienceDaily . 2015年11月1日閲覧。
^ アルセス、イングラン;ログネス、トールビョルン。トリル州リンドベック。ソルベルグ、インガー。ロバートセン、クリスティン。クリスチャンセン、クヌート・イヴァン。マイニエリ、ダヴィデ;リレハーゲン、ルーシー。コルスト、アン・ブリット。ビョーラス、マグナール (2006)。「新しいタンパク質スーパーファミリーには、2 つの新規 3-メチルアデニン DNA グリコシラーゼ Bacillus cereus、AlkC および AlkD が含まれます。」分子微生物学。59 (5): 1602 ～ 1609 年。土井:10.1111/j.1365-2958.2006.05044.x。PMC 1413580。PMID 16468998。
^ ab Rubinson, Emily H.; Metz, Audrey H.; O'Quin, Jami; Eichman, Brandt F. (2008). 「アルキル化損傷DNAを処理するための新たなタンパク質構造：DNAグリコシラーゼAlkDの結晶構造」. Journal of Molecular Biology . 381 (1): 13– 23. doi :10.1016/j.jmb.2008.05.078. PMC 3763988. PMID 18585735 .
^ Brooks, Sonja C.; Adhikary, Suraj; Rubinson, Emily H.; Eichman, Brandt F. (2013). 「DNAグリコシラーゼの構造メカニズムにおける最近の進歩」. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics . 1834 (1): 247– 271. doi :10.1016/j.bbapap.2012.10.005. PMC 3530658. PMID 23076011 .
^ Rubinson, Emily H.; Gowda, AS Prakasha; Spratt, Thomas E.; Gold, Barry; Eichman, Brandt F. (2010). 「DNA損傷の除去における前例のない核酸捕捉メカニズム」. Nature . 468 (7322): 406– 411. Bibcode :2010Natur.468..406R. doi :10.1038/nature09428. PMC 4160814. PMID 20927102 .
^ Dalhus, B; Helle, IH; Backe, PH; Alseth, I; Rognes, T; Bjørås, M; Laerdahl, JK (2007). 「HEAT様リピートを含む新規DNAグリコシラーゼスーパーファミリーによるアルキル化DNA修復の構造的知見」Nucleic Acids Research . 35 (7): 2451– 2459. doi :10.1093/nar/gkm039. PMC 1874660 . PMID 17395642.

[koss-1] Kossmann, Bradley; Ivanov, Ivaylo; Briggs, James M. (2014). 「アルキルプリングリコシラーゼDはDNAスカルプティングを損傷塩基の押し出しと切除戦略として利用する」. PLOS Computational Biology . 10 (7) e1003704. Bibcode :2014PLSCB..10E3704K. doi : 10.1371/journal.pcbi.1003704 . PMC 4081403. PMID 24992034 .

[vand-2] ヴァンダービルト大学 (2015年10月29日). 「新たな種類のDNA修復酵素を発見」. ScienceDaily . 2015年11月1日閲覧。

[3] アルセス、イングラン;ログネス、トールビョルン。トリル州リンドベック。ソルベルグ、インガー。ロバートセン、クリスティン。クリスチャンセン、クヌート・イヴァン。マイニエリ、ダヴィデ;リレハーゲン、ルーシー。コルスト、アン・ブリット。ビョーラス、マグナール (2006)。「新しいタンパク質スーパーファミリーには、2 つの新規 3-メチルアデニン DNA グリコシラーゼ Bacillus cereus、AlkC および AlkD が含まれます。」分子微生物学。59 (5): 1602 ～ 1609 年。土井:10.1111/j.1365-2958.2006.05044.x。PMC 1413580。PMID 16468998。

[rubison-4] Rubinson, Emily H.; Metz, Audrey H.; O'Quin, Jami; Eichman, Brandt F. (2008). 「アルキル化損傷DNAを処理するための新たなタンパク質構造：DNAグリコシラーゼAlkDの結晶構造」. Journal of Molecular Biology . 381 (1): 13– 23. doi :10.1016/j.jmb.2008.05.078. PMC 3763988. PMID 18585735 .

[5] Brooks, Sonja C.; Adhikary, Suraj; Rubinson, Emily H.; Eichman, Brandt F. (2013). 「DNAグリコシラーゼの構造メカニズムにおける最近の進歩」. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics . 1834 (1): 247– 271. doi :10.1016/j.bbapap.2012.10.005. PMC 3530658. PMID 23076011 .

[6] Rubinson, Emily H.; Gowda, AS Prakasha; Spratt, Thomas E.; Gold, Barry; Eichman, Brandt F. (2010). 「DNA損傷の除去における前例のない核酸捕捉メカニズム」. Nature . 468 (7322): 406– 411. Bibcode :2010Natur.468..406R. doi :10.1038/nature09428. PMC 4160814. PMID 20927102 .

[7] Dalhus, B; Helle, IH; Backe, PH; Alseth, I; Rognes, T; Bjørås, M; Laerdahl, JK (2007). 「HEAT様リピートを含む新規DNAグリコシラーゼスーパーファミリーによるアルキル化DNA修復の構造的知見」Nucleic Acids Research . 35 (7): 2451– 2459. doi :10.1093/nar/gkm039. PMC 1874660 . PMID 17395642.