APエンドヌクレアーゼ

アプリン酸/アピリミジン酸( AP )エンドヌクレアーゼは、 DNA 塩基除去修復経路 (BER)に関与する酵素です。DNA 内の損傷したヌクレオチドや不一致のヌクレオチドを修復する際の主な役割は、DNA グリコシラーゼが損傷した塩基を除去する際に作成されるAP 部位のホスホジエステル骨格に切り込みを入れることです。

APエンドヌクレアーゼには、そのメカニズムと切断部位によって4つのタイプに分類されています。クラスI APエンドヌクレアーゼ（ EC 4.2.99.18）は、βリアーゼメカニズムによって3'からAP部位を切断し、3'-（4-ヒドロキシ-5-ホスホ-2-ペンテナール）残基と呼ばれる不飽和アルデヒドと5'-リン酸を残します。クラスII APエンドヌクレアーゼは、加水分解メカニズムによってDNAの5'からAP部位を切断し、3'-ヒドロキシルと5'-デオキシリボースリン酸残基を残します。^[2]クラスIIIおよびクラスIV APエンドヌクレアーゼも、塩基のない部位の3'と5'のリン酸基でDNAを切断しますが、3'-リン酸と5'-OHを生成します。^[3]

ヒトには、 APE1とAPE2という 2 つの AP エンドヌクレアーゼがあります。APE1 は強力な AP エンドヌクレアーゼ活性を示し、細胞全体の活性の 95% 以上を占め、APE1 はヒト細胞の主要な AP エンドヌクレアーゼであると考えられています。^{[4]ヒト AP エンドヌクレアーゼ (APE1) は、ほとんどの AP エンドヌクレアーゼと同様にクラス II であり、塩基除去修復の役割を果たすために}活性部位に Mg ^{2+ が}必要です。この酵素の酵母ホモログは APN1 です。^[5]

ヒトAPエンドヌクレアーゼ2（APE2）も、ほとんどのAPエンドヌクレアーゼと同様にクラスIIです。APE2のエキソヌクレアーゼ活性は金属イオンに大きく依存します。しかし、APE2はマンガンイオンの存在下ではマグネシウムイオンの存在下よりも5倍以上活性が高まりました。^{[4]触媒活性に関与する保存ドメインは、APE1とAPE2の両方のN末端部分にあります。さらに、APE2タンパク質にはC末端延長部がありますが、これはAPE1には存在しませんが、}S. cerevisiaeやS. pombe のAPN2タンパク質など、ヒトAPE2の相同遺伝子にも見られます。^[4]

APE1の構造

APE1タンパク質の表面にある正の残基（青色）は、DNAの負のリン酸基との相互作用を通じてDNAを固定し曲げます。PDB 1de9。^[1]

主要なアミノ酸残基間の水素結合は活性部位の構造を安定化するのに役立ちます。さらに、負に帯電した残基（Glu 96）は、AP部位を安定化するために必要なMg2+を保持するのにも役立ちますPDB 1de9。^[1]

APE1 には、AP サイトと選択的に反応できるアミノ酸残基がいくつか含まれています。3 つの APE1 残基 ( Arg 73、Ala 74、Lys 78) は、AP サイトを含む鎖の反対側の鎖にある 3 つの連続した DNA リン酸と接触し、Tyr 128 とGly 127 は副溝をまたいで広げ、4 つのループと 1 つのα ヘリックスにある正の残基と、DNA のホスホジエステル骨格にある負のリン酸基との相互作用によって生じる極端なねじれに対して DNA を固定します。

この極端なねじれにより、DNA の塩基のない部分が APE1 の活性部位に押し込まれます。この活性部位は、Phe 266、Trp 280、およびLeu 282 に囲まれており、これらは AP 部位の疎水性側に密集して、塩基のある部位を区別します。 AP サイトは、その後、5' のリン酸基がAsn 174、Asn212、His 309、および Mg ²⁺イオンと AP サイトに水素結合することでさらに安定化され、そのオーファン塩基パートナーはMet 270 との水素結合によって安定化されます。AP サイトの 3' のリン酸基は、Arg 177 との水素結合によって安定化されます。一方、活性部位のAsp 210 は、Asn68 と Asn212 の間の水素結合による安定化によって_{pKa (または}酸解離定数の負の対数) が増加して反応性が高まり、ホスホジエステル骨格を攻撃して切断する求核剤を活性化し、 pH 7.5で観察される最大の APE1 活性をもたらすと考えられます。^[1]

機構

APE1 酵素は、単純なアシル置換メカニズムによって、リン酸ジエステル骨格の塩基のない部位に切り込みを入れます。まず、活性部位の Asp210 残基が水分子を脱プロトン化し、これが AP 部位の 5' に位置するリン酸基に求核攻撃を行います。次に、リン酸基の酸素原子の 1 つから電子が下に移動し、他の酸素原子の 1 つを蹴り飛ばして AP 部位に遊離の 5' リン酸基、通常のヌクレオチドに遊離の 3'-OH を生成します。これらは両方とも Mg ²⁺イオンによって安定化されます。^[1]

APE1の阻害

APE1の既知の阻害剤には、7-ニトロインドール-2-カルボン酸（NCA）とルカントンがあります。^[6]これらの構造は両方とも、短い鎖に結合した環を有し、塩基が結合していないデオキシリボース糖環とDNAのリン酸ジエステル結合に似ています。さらに、どちらも多くの水素結合受容体を含み、APE1の活性部位の水素結合供与体と相互作用する可能性があり、これらの阻害剤が活性部位に付着して酵素が他の反応を触媒するのを防ぎます。

化学予防の標的としてのAPE1

APE1 は DNA 塩基除去修復経路において重要な機能を果たすため、がん細胞が化学療法に耐えられないようにする方法を模索する研究者のターゲットとなっています。APE1 は DNA バックボーンに切り込みを入れて BER 経路の後半に関与する酵素が AP サイトを認識できるようにするためにそれ自体で必要なだけでなく、DNA 修復に関与する他の酵素を活性化するのに役立つ酸化還元機能も持っています。そのため、APE1 をノックダウンすると腫瘍細胞の感受性が高まり、化学療法後にがん細胞が生き残るのを防ぐことができます。^[7]

APE2酵素活性

APE2はAPE1に比べてAPエンドヌクレアーゼ活性がはるかに弱いが、3'-5'エキソヌクレアーゼ活性はAPE1に比べて強く^[8]、3'-ホスホジエステラーゼ活性はかなり強い。^[4]

APE2 3' –5' エキソヌクレアーゼ活性は、平滑末端二本鎖 DNA、陥没した 3' 末端を持つ部分的な DNA 二本鎖、またはヘテロ二本鎖 DNA を含む単一ヌクレオチドギャップを加水分解する能力を持っています。APE2 3'-ホスホジエステラーゼ活性は、DNA の 3' プライマー末端から、3'-ホスホグリコレートなどの修飾された 3'-末端やミスマッチヌクレオチドを除去することができます。^[4]

APE2 は酸化ストレス後の ATR-Chk1 DNA 損傷応答に必要です。

参考文献

分子グラフィックス画像は、カリフォルニア大学サンフランシスコ校のバイオコンピューティング、視覚化、情報科学リソースのUCSF Chimeraパッケージを使用して作成されました（NIH P41 RR-01081の支援を受けています）。^[9]

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外部リンク

AP エンドヌクレアーゼの基本定義 2010-06-20 にWayback Machineにアーカイブ
PROSITEのAPエンドヌクレアーゼファミリー1
PROSITEのAPエンドヌクレアーゼファミリー2
ロングパッチ塩基除去修復への応用 2007-09-29 にWayback Machineでアーカイブ
HeLa 細胞からの非プリン/非ピリミジンエンドヌクレアーゼの精製と特性解析 2007-09-29 にWayback Machineでアーカイブ

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