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| クリプトクロム/フォトリアーゼ、C末端、FAD結合 | |||||||||||
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 Anacystis nidulans由来のデアザフラビン光分解酵素。2 つの集光補因子、FADH − (黄色) と 8-HDF (シアン) を示しています。 | |||||||||||
| 識別子 | |||||||||||
| シンボル | FAD_バインディング_7 | ||||||||||
| パファム | PF03441 | ||||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||||
| プロサイト | PDOC00331 | ||||||||||
| SCOP2 | 1qnf / スコープ / SUPFAM | ||||||||||
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| デオキシリボジピリミジン光リアーゼ (CPD) | |||||||||
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 紫外線照射によって誘発されるチミン-チミンシクロブタン二量体 (右) は、DNA 光回復酵素によって修復されるタイプのDNA 損傷です。注: 上の図では、構造に 5-メチル基がないため、誤ってチミンと表示されています。 | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 4.1.99.3 | ||||||||
| CAS番号 | 37290-70-3 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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フォトリアーゼ（EC 4.1.99.3）は、紫外線にさらされることによって生じた損傷を修復するDNA修復 酵素です。これらの酵素は、自身の活性化[1]と実際のDNA修復の両方に可視光（スペクトルの紫/青の端から）を必要とします。 [2]フォトリアーゼが関与するDNA修復メカニズムは、光再活性化と呼ばれます。主にピリミジン二量体を通常のピリミジン塩基のペアに変換します。発見された最初のDNA修復メカニズムである光再活性化は、1949年にアルバート・ケルナーによって最初に説明され[3]、1949年にレナート・ダルベッコによって独立して説明されました。[4] [5] [6]
関数
フォトリアーゼは相補的なDNA鎖に結合し、同じ DNA 鎖上のチミンまたはシトシン塩基のペアが共有結合したときに生じる特定の種類のピリミジン二量体を切断します。この二量体化の結合長は、通常の B-DNA 構造の結合長よりも短く、複製と転写のための誤ったテンプレートを生成します。[7]より一般的な共有結合は、シクロブタン橋の形成を伴います。フォトリアーゼはこれらの損傷に対して高い親和性を持ち、可逆的に結合して元の塩基に戻します。シクロブタンピリミジン二量体を分解するフォトリアーゼ触媒 DNA 修復プロセスは、時間分解結晶構造解析と計算分析によって研究されており、プロセスの原子レベルでの可視化が可能になっています。[8]
進化
フォトリアーゼは系統発生的に古い酵素で、細菌から菌類、植物[9]、動物[10]まで多くの種に存在し機能しています。フォトリアーゼは特に、植物の紫外線誘発損傷の修復に重要です。フォトリアーゼのメカニズムは、ヒトや他の胎盤哺乳類では機能しておらず、代わりに効率の低いヌクレオチド除去修復メカニズムに依存していますが、多くのクリプトクロムを保持しています。[11]一年生小麦Triticum aestivumとその多年生近縁種Thinopyrum intermediumでは、凍結ストレスによりDNAフォトリアーゼの発現が大幅に増加します。[12]
フォトリアーゼはフラビンタンパク質であり、2つの集光性補因子を含む。多くのフォトリアーゼは、 2番目の補因子に結合するN末端ドメインを有する。すべてのフォトリアーゼは、2電子還元型FADH − を含む。これらは、2番目の補因子に基づいて2つの主なクラスに分類され、葉酸フォトリアーゼの場合はプテリンメテニルテトラヒドロ葉酸（MTHF）であり、デアザフラビンフォトリアーゼの場合はデアザフラビン8-ヒドロキシ-7,8-ジデメチル-5-デアザリボフラビン（8-HDF）である。触媒活性にはFADのみが必要であるが、2番目の補因子は低光条件での反応速度を大幅に加速する。酵素は電子移動によって作用し、還元型フラビンFADH −は光エネルギーによって活性化され、ピリミジン二量体を分解する電子供与体として作用する。[13]
配列の類似性に基づいて、DNAフォトリアーゼはいくつかのクラスに分類できます。[14] [15]
- クラス1 CPDフォトリアーゼは、グラム陰性細菌とグラム陽性細菌、および好塩性古細菌 Halobacterium halobiumのシクロブタンピリミジン二量体（CPD）病変を処理する酵素です。[16]
- クラス 2 CPD フォトリアーゼも CPD 病変を処理します。これらは、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)やイネなどの植物に見られます。
- 植物および菌類のクリプトクロムはクラス 1 CPD に類似しており、青色光誘導遺伝子発現および概日リズムの調節を媒介する青色光光受容体です。
- クラス 3 CPD リアーゼは植物クリプトクロムの姉妹グループを構成し、植物クリプトクロムはクラス 1 CPD の姉妹グループです。
- Cry-DASHグループは、一本鎖DNAに非常に特異的なCPDリアーゼである。メンバーには、コレラ菌、アフリカツメガエル由来のX1Cry 、シロイヌナズナ由来のAtCry3が含まれる。[10] DASHは当初、このリアーゼファミリーを持つと考えられていた4つの分類群、ショウジョウバエ、シロイヌナズナ、シネコシスティス、ヒトにちなんで命名された。その後、分類は変更された。名前の「Cry」の部分は、当初これらがクリプトクロムであると想定されていたためである。[14]
- 真核生物の（6-4）DNAフォトリアーゼは、概日リズムを制御する動物のクリプトクロムと同じグループを形成します。これらはショウジョウバエやヒトを含む多様な種に見られます。クリプトクロムは独自の詳細なグループ分けをされています。[15]
- 細菌の 6-4 リアーゼ ( InterPro : IPR007357 ) は、FeS-BCP グループとしても知られ、すべてのフォトリアーゼに対して独自の外グループを形成します。
CPDのクラス2以外のブランチは、PRINTS（PR00147）などの一部のシステムではクラス1にグループ化される傾向があります。より小さなグループのメンバーは合意されていますが、方法論の違いにより系統発生は著者間で大きく異なる可能性があり、すべてを（FeS-BCPを除いて）2クラスの分類に当てはめようとする著者との混乱につながります。[15]クリプトクロムは、DNA修復活性を失い、代わりに概日リズムを制御するフォトリアーゼを含む多系統群を形成します。 [14] [15]
応用
藍藻類 Anacystis nidulans由来の光回復酵素をHeLa細胞に加えると、UVB曝露によるDNA損傷が部分的に減少した。[17]
このドメインを含むヒトタンパク質
命名法
この酵素クラスの体系名は、デオキシリボシクロブタジピリミジンピリミジンリアーゼです。一般的に使用されている他の名前には、光再活性化酵素、DNA 光リアーゼ、DNA 光再活性化酵素、DNA シクロブタンジピリミジン光リアーゼ、DNA 光リアーゼ、デオキシリボ核酸光リアーゼ、デオキシリボジピリミジン光リアーゼ、光リアーゼ、PRE、PhrB 光リアーゼ、デオキシリボ核酸シクロブタンジピリミジン光リアーゼ、phr A 光リアーゼ、ジピリミジン光リアーゼ (光感受性)、およびデオキシリボ核酸ピリミジン二量体リアーゼ (光感受性)があります。この酵素はリアーゼファミリーに属し、具体的には炭素-炭素リアーゼの「包括的な」クラスに属します。
参考文献
- ^ Yamamoto J, Shimizu K, Kanda T, Hosokawa Y, Iwai S, Plaza P, Müller P (2017年10月). 「動物(6-4)フォトリアーゼにおける第4電子伝達トリプトファンの喪失は細菌細胞のDNA修復活性を低下させる」.生化学. 56 (40): 5356–64. doi :10.1021/acs.biochem.7b00366. PMID 28880077.
- ^ Thiagarajan V, Byrdin M, Eker AP, Müller P, Brettel K (2011 年 6 月). 「紫外線下で直接モニタリングした DNA フォトリアーゼによるシクロブタンチミン二量体分裂の速度論」Proc Natl Acad Sci USA . 108 (23): 9402–7. Bibcode :2011PNAS..108.9402T. doi : 10.1073/pnas.1101026108 . PMC 3111307 . PMID 21606324.
- ^ Kelner A (1949年2月). 「紫外線照射による損傷を受けたストレプトマイセス・グリセウスの分生子の回復に対する可視光の影響」Proc Natl Acad Sci USA . 35 (2): 73–9. Bibcode :1949PNAS...35...73K. doi : 10.1073/pnas.35.2.73 . PMC 1062964 . PMID 16588862.
- ^ Dulbecco R (1949年6月). 「紫外線不活性化バクテリオファージの可視光による再活性化」. Nature . 163 (4155): 949–950. Bibcode :1949Natur.163..949D. doi :10.1038/163949b0. PMID 18229246.
- ^ Dulbecco R (1950 年 3 月). 「紫外線照射により不活性化したバクテリオファージの光再活性化に関する実験」. J Bacteriol . 59 (3): 329–47. doi :10.1128/jb.59.3.329-347.1950. PMC 385765. PMID 15436402 .
- ^ Friedberg EC (2015 年 9 月). 「DNA 修復および変異誘発分野の歴史: I. 酵素による光再活性化の発見」. DNA 修復 (Amst) . 33 : 35–42. doi :10.1016/j.dnarep.2015.06.007. PMID 26151545.
- ^ Garrett RH、Grisham CM (2010)。生化学。Brooks /Cole、Cengage Learning。ISBN 978-0-495-10935-8. OCLC 984382855.
- ^ Maestre-Reyna M、Wang PH、Nango E、Hosokawa Y、Saft M、Furrer A、Yang CH、Gusti Ngurah Putu EP、Wu WJ、Emmerrich HJ、Caramello N、Franz-Badur S、Yang C、Engilberge S、Wranik M、グローバー HL、ワイナート T、ウー HY、リー CC、ファン WC、ファン KF、チャン YK、リャオJH、ウェン JH、ガッド W、チャン CW、パン AH、ヤン KC、リン WT、チャン YC、ガシ D、ビール E、オゼロフ D、ナス K、クノップ G、ジョンソン PJ、シレッリ C、ミルン C、バセラー C、菅原 M、大和田 S、Joti Y、山下 A、田中 R、田中 T、Luo F、Tono K、Zarzycka W、ミュラーP、アラハマド MA、ベゾルド F、フックス V、グナウ P、キオンケ S、コルフ L、ライトホーファー V、ロズナー CJ、ザイラー EM、ワタド M、ヴェレル L、スパダッチーニ R、山本 J、岩田 S、ゾン D、スタンドファス J、ロイアントA、別所Y、エッセンLO、ツァイMD（2023年12月）。 「光リアーゼによる DNA 修復プロセスを原子分解能で可視化」。科学。382 (6674): eadd7795。Bibcode :2023Sci...382d7795M。土井：10.1126/science.add7795。PMID 38033054。
- ^ eranishi M, Nakamura K, Morioka H, Yamamoto K, Hidema J (2008). 「イネの天然シクロブタンピリミジン二量体光回復酵素はリン酸化される」.植物生理学. 146 (4): 1941–51. doi :10.1104/pp.107.110189. PMC 2287361. PMID 18235036 .
- ^ ab Selby CP, Sancar A (2006 年 11 月). 「一本鎖 DNA 特異的光リアーゼ活性を持つクリプトクロム/光リアーゼクラスの酵素」Proc Natl Acad Sci USA . 103 (47): 17696–700. Bibcode :2006PNAS..10317696S. doi : 10.1073/pnas.0607993103 . PMC 1621107 . PMID 17062752.
- ^ Lucas-Lledó JI、Lynch M (2009 年5月)。「突然変異率の進化：フォトリアーゼ/クリプトクロムファミリーの系統ゲノム解析」。分子生物学と進化。26 (5): 1143–53。doi : 10.1093 /molbev/msp029。PMC 2668831。PMID 19228922。
- ^ Jaikumar NS、Dorn KM、Baas D、Wilke B、Kapp C、Snapp SS（2020年12月）。「核酸損傷とDNA修復は、一年生小麦（Triticum aestivum）の凍結ストレスと、その多年生近縁種（Thinopyrum intermedium）の植物年齢と凍結の影響を受ける」。Am J Bot。107（12 ）：1693–1709。doi ：10.1002/ajb2.1584。PMID 33340368 。
- ^ Sancar A (2003年6月). 「DNAフォトリアーゼとクリプトクロム青色光受容体の構造と機能」.化学レビュー. 103 (6): 2203–37. doi :10.1021/cr0204348. PMID 12797829.
- ^ abcd Scheerer P, Zhang F, Kalms J, von Stetten D, Krauß N, Oberpichler I, Lamparter T (2015 年 5 月). 「クラス III シクロブタンピリミジン二量体光回復酵素の構造により、新しいアンテナ発色団結合部位と代替光還元経路が明らかになった」. The Journal of Biological Chemistry . 290 (18): 11504–14. doi : 10.1074/jbc.M115.637868 . PMC 4416854. PMID 25784552 .
- ^ abcd Rivera AS、Ozturk N、Fahey B、Plachetzki DC、Degnan BM、Sancar A、Oakley TH (2012 年 4 月)。「青色光受容性クリプトクロムは、ニューロンとオプシンを欠くスポンジ眼で発現している」。実験生物学ジャーナル。215 ( パート8 ) : 1278–86。doi :10.1242/ jeb.067140。PMC 3309880。PMID 22442365。
- ^ McCready S、Marcello L (2003 年 6 月)。「 Halobacterium salinarumの UV損傷の修復」。Biochem Soc Trans . 31 (Pt 3): 694–8。doi :10.1042/bst0310694。PMID 12773185 。
- ^ Kulms D, Pöppelmann B, Yarosh D, Luger TA, Krutmann J, Schwarz T (1999年7月). 「核と細胞膜の作用は、UVB照射を受けたヒト細胞におけるアポトーシスの誘導に独立して寄与する」Proc Natl Acad Sci USA . 96 (14): 7974–9. Bibcode :1999PNAS...96.7974K. doi : 10.1073/pnas.96.14.7974 . PMC 22172 . PMID 10393932.
さらに読む
- Eker AP、Fichtinger-Schepman AM (1975)。「Streptomyces griseus 由来の DNA 光再活性化酵素に関する研究 II. 酵素の精製」。Biochim . Biophys. Acta . 378 (1): 54–63. doi :10.1016/0005-2787(75)90136-7. PMID 804322。
- Sancar GB、Smith FW、Reid R、Payne G、Levy M、Sancar A (1987)。「大腸菌DNAフォトリアーゼの作用メカニズム。I.酵素基質複合体の形成」。J . Biol. Chem . 262 (1): 478–85. doi : 10.1016/S0021-9258(19)75952-3 . PMID 3539939。
- Setlow JK、Bollum FJ (1968)。「酵母光再活性化酵素の基質の最小サイズ」。Biochim . Biophys. Acta . 157 (2): 233–7. doi :10.1016/0005-2787(68)90077-4. PMID 5649902。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズのフォトリアーゼに関連するメディア
