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| トプリムドメイン | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | トプリム | ||||||||
| パム | PF01751 | ||||||||
| ファム一族 | トプリムのような | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 2fcj / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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| トプリム触媒コア | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | トプリム_N | ||||||||
| パム | PF08275 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1dd9 / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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| AEP DNAプライマーゼ、小サブユニット | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | DNA_プライマーゼ_S | ||||||||
| パム | PF01896 | ||||||||
| ファム一族 | AEEP | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1g71 / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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| AEP DNAプライマーゼ、大サブユニット | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | DNA_プライマーゼ_lrg | ||||||||
| パム | PF04104 | ||||||||
| ファム一族 | CL0242 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
| SCOP2 | 1zt2 / スコープ / SUPFAM | ||||||||
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DNAプライマーゼはDNAの複製に関与する酵素であり、 RNAポリメラーゼの一種です。プライマーゼは、 ssDNA （一本鎖DNA）テンプレートに相補的なプライマーと呼ばれる短いRNA（または一部の生物ではDNA [1] ）セグメントの合成を触媒します。この伸長後、RNA断片は5'から3'エキソヌクレアーゼによって除去され、DNAで補充されます。
関数
細菌では、プライマーゼはDNAヘリカーゼに結合してプライモソームと呼ばれる複合体を形成する。プライマーゼはヘリカーゼによって活性化され、約11±1ヌクレオチド長の短いRNAプライマーを合成し、これにDNAポリメラーゼによって新しいヌクレオチドが追加される。古細菌および真核生物のプライマーゼは、1つの大きな調節サブユニットと1つの小さな触媒サブユニットを持つヘテロ二量体タンパク質である。 [2]
RNAセグメントはまずプライマーゼによって合成され、次にDNAポリメラーゼによって伸長されます。[3]次にDNAポリメラーゼは2つのプライマーゼサブユニットとタンパク質複合体を形成し、アルファDNAポリメラーゼプライマーゼ複合体を形成します。プライマーゼは最もエラーが発生しやすく、遅いポリメラーゼの1つです。[3]大腸菌などの生物のプライマーゼは、1秒間に1つのプライマーの速度で約2000〜3000のプライマーを合成します。[4]プライマーゼは、複製フォークの進行を停止することにより、リーディング鎖がラギング鎖を追い越すのを 防ぐ停止メカニズムとしても機能します。[5]プライマーゼの速度決定ステップは、 2つのRNA分子間で最初のホスホジエステル結合が形成されるときです。 [3]
複製機構は細菌やウイルスによって異なり、 T7バクテリオファージなどのウイルスではプライマーゼがヘリカーゼと共有結合します。[5]単純ヘルペスウイルス（HSV-1）などのウイルスでは、プライマーゼはヘリカーゼと複合体を形成します。[6]プライマーゼ-ヘリカーゼ複合体はdsDNA（二本鎖）をほどき、RNAプライマーを使用してラギング鎖を合成するのに使用されます。[6]プライマーゼによって合成されるプライマーの大部分は2～3ヌクレオチドの長さです。[6]
種類
プライマーゼには主に2つのタイプがあります。ほとんどの細菌に見られるDnaGと、古細菌および真核生物のプライマーゼに見られるAEP（古細菌-真核生物プライマーゼ）スーパーファミリーです。細菌プライマーゼ（DnaGタイプ）は単一のタンパク質単位（モノマー）で構成され、RNAプライマーを合成しますが、AEPプライマーゼは通常2つの異なるプライマー単位（ヘテロダイマー）で構成され、RNAとDNAの両方の成分を含む2部構成のプライマーを合成します。[7]機能的には似ていますが、2つのプライマーゼスーパーファミリーは互いに独立して進化しました。
ディーナジー
大腸菌のプライマーゼの結晶構造は、コアにDnaGタンパク質を含むものが2000年に決定されました。[4] DnaGとプライマーゼの複合体はカシューナッツの形をしており、3つのサブドメインを含んでいます。[4] 中央のサブドメインは、5つのベータシートと6つのアルファヘリックスの混合物からなるトプリムフォールドを形成します。[4] [8] トプリムフォールドは、調節因子と金属の結合に使用されます。プライマーゼは、金属の移動調整にリン酸基転移ドメインを使用しており、この点で他のポリメラーゼとは異なります。 [4] サイドサブユニットには、アルファヘリックスとベータシートからなるNH 2末端とCOOH末端が含まれています。[4 ] NH 2末端は、DnaB-IDと相互作用する亜鉛結合ドメインおよびCOOH末端領域と相互作用します。 [4]
トプリムフォールドはトポイソメラーゼやミトコンドリアのトゥインクルプライマーゼ/ヘリカーゼにも見られます。[8] DnaG様（細菌様、InterPro： IPR020607）プライマーゼが古細菌ゲノムにいくつか見つかっています。[9]
AEEP
真核生物および古細菌のプライマーゼは、構造とメカニズムの点で、細菌のプライマーゼよりも互いに類似している傾向があります。[10] [11]真核生物および古細菌のプライマーゼ触媒サブユニットのほとんどが属する古細菌-真核生物プライマーゼ（AEP）スーパーファミリーは、このファミリーの酵素が果たす他の多くの役割を認識して、最近プライマーゼポリメラーゼファミリーとして再定義されました。[12]この分類は、AEPプライマーゼの幅広い起源も強調しており、スーパーファミリーは現在、RNA機能とDNA機能の間を移行していると認識されています。[13]
古細菌および真核生物のプライマーゼは、1つの大きな調節サブユニット（ヒトPRIM2、p58）と1つの小さな触媒サブユニット（ヒトPRIM1、p48/p49）を持つヘテロ二量体タンパク質です。[2]大きなサブユニットにはN末端4Fe-4Sクラスターが含まれており、一部の古細菌ではPriX/PriCTとして分割されています。[14]大きなサブユニットは、小さなサブユニットの活性と特異性の向上に関与しています。たとえば、融合タンパク質PolpTN2から大きなサブユニットに対応する部分を除去すると、逆転写酵素活性を持つより遅い酵素が得られます。[13]
多機能プライマーゼ
AEP ファミリーのプライマーゼポリメラーゼは、プライマーを作る以外にも多様な特徴を持っています。複製中に DNA をプライミングするだけでなく、AEP 酵素は DNA 複製プロセスにおいて、DNA または RNA の重合、末端転移、トランスレジョン合成 (TLS)、非相同末端結合 (NHEJ)などの追加機能を持つ可能性があり、[12]、停止した複製フォークの再開も行う可能性があります。[15]プライマーゼは通常、リボヌクレオチド(NTP) からプライマーを合成しますが、ポリメラーゼ機能を持つプライマーゼはデオキシリボヌクレオチド(dNTP) にも親和性があります。[16] [11]末端転移機能を持つプライマーゼは、テンプレートとは無関係に DNA 鎖の 3' 末端にヌクレオチドを追加できます。ヘリカーゼなど、DNA 複製に関与する他の酵素もプライマーゼ活性を示す可能性があります。[17]
真核生物と古細菌では
ヒトPrimPol（ccdc111 [16]）は、多くの古細菌プライマーゼと同様にプライマーゼとポリメラーゼの両方の機能を果たし、マンガン存在下で末端転移酵素活性を示し、トランスレジョン合成[18]および停止した複製フォークの再開において重要な役割を果たします。PrimPolは、DNA複製と修復を促進するアダプタータンパク質であるRPAとの相互作用を通じて、損傷部位に積極的にリクルートされます。[15] PrimPolは、一部のウイルスプライマーゼに類似したジンクフィンガードメインを持ち、トランスレジョン合成とプライマーゼ活性に不可欠であり、プライマーの長さを調節する可能性があります。[18]ほとんどのプライマーゼとは異なり、PrimPolはdNTPでDNA鎖を開始できる独自の能力を持っています。[16]
古細菌プライマーゼ小サブユニットであるPriSは、トランスレジョン合成（TLS）に関与し、一般的なDNA損傷を回避できる。ほとんどの古細菌は、真核生物や細菌でTLSを実行する特殊なポリメラーゼを欠いている。[19] PriS単独ではDNA鎖を優先的に合成するが、大サブユニットであるPriLと組み合わせると、RNAポリメラーゼの活性が増加する。[20]
サルフォロバス・ソルファタリカスでは、プライマーゼヘテロ二量体 PriSL がプライマーゼ、ポリメラーゼ、末端転移酵素として機能します。PriSL は NTP でプライマー合成を開始し、その後 dNTP に切り替えると考えられています。この酵素は RNA または DNA 鎖を重合することができ、DNA 産物は最大 7000 ヌクレオチド (7 kb) に達します。この二重機能性は古細菌プライマーゼの一般的な特徴である可能性が示唆されています。[11]
細菌では
AEP多機能プライマーゼは細菌やそれらを感染するファージにも出現する。それらは重合を超えたさらに多くの機能をもたらすドメインを持つ新しいドメイン構成を示すことができる。[14]
細菌性LigD（A0R3R7）は、主にNHEJ経路に関与しています。AEPスーパーファミリーポリメラーゼ/プライマーゼドメイン、3'-ホスホエステラーゼドメイン、リガーゼドメインを持っています。また、プライマーゼ、DNAおよびRNAポリメラーゼ、ターミナルトランスフェラーゼ活性も持っています。DNA重合活性は、長さ7000ヌクレオチド（7kb）を超える鎖を生成できますが、RNA重合は最大1kbの長さの鎖を生成します。[21]
ウイルスとプラスミド
AEP 酵素は広く普及しており、ウイルス/ファージやプラスミドなどの可動性遺伝要素にコードされているのが見つかる。それらは、それらを単独の複製タンパク質として使用するか、またはヘリカーゼや、頻度は低いが DNA ポリメラーゼなどの他の複製関連タンパク質と組み合わせて使用する。[22]真核生物および古細菌ウイルスに AEP が存在するのは、それらが宿主を反映するためであると予想されるが、[22]細菌ウイルスおよびプラスミドも、DnaG ファミリープライマーゼと同様に、AEP スーパーファミリー酵素をコードしている。[14]比較ゲノミクス調査により、さまざまな細菌プラスミドで AEP ファミリーの多様性が明らかになっている。 [14]細菌およびバクテリオファージで発見された AEP ファミリーは、最近の水平遺伝子伝播には古細菌-真核生物相同遺伝子とあまりにも異なっているように見えるため、その進化の歴史は現在不明である。 [ 22]
Bacillus cereus株 ATCC 14579のMCM 様ヘリカーゼ(BcMCM; Q81EV1 ) は、AEP プライマーゼと融合した SF6 ヘリカーゼです。この酵素は、ヘリカーゼ機能に加えて、プライマーゼとポリメラーゼの両方の機能を持っています。これをコードする遺伝子はプロファージに存在します。[17]これは、AEP PrimPol ドメインを持つSulfolobus islandicus由来のプラスミド pRN1 の ORF904 と相同性があります。 [23]ワクシニアウイルス D5 と HSV プライマーゼも AEP ヘリカーゼ融合の例です。[12] [6]
PolpTN2 は、TN2 プラスミドに見られる古細菌プライマーゼです。PriS および PriL と相同なドメインの融合体であり、プライマーゼと DNA ポリメラーゼの両方の活性と末端トランスフェラーゼ機能を示します。ほとんどのプライマーゼとは異なり、PolpTN2 は dNTP のみで構成されたプライマーを形成します。[13]意外なことに、PriL のようなドメインが切断されると、PolpTN2 は RNA テンプレート上で DNA を合成することもでき、つまり RNA 依存性 DNA ポリメラーゼ (逆転写酵素) として機能しました。[13]
DnaGプライマーゼも、適切なドメインが与えられれば、追加の機能を持つことができます。T7ファージgp4はDnaGプライマーゼとヘリカーゼの融合体であり、複製において両方の機能を果たします。[5]
参考文献
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外部リンク
- プライマーゼの構造と機能に関する概要記事 (1995)
- 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)における DNA+Primase
- プロテオペディア: 大腸菌プライマーゼのヘリカーゼ結合ドメイン
- プロテオペディア: DnaB ヘリカーゼと DnaG プライマーゼの複合体
