Семейства ДНК-полимераз

Долгое время в номенклатуре ДНК-полимераз существовала путаница. Случалось, что несколько разных имен давалось для одной полимеразы или для близкородственных полимераз. В 2001 году номенклатура была стандартизирована [ Burgers, 2001 ]. За основу в обозначении различных полимераз эукариот был взят греческий алфавит, а для прокариот и E. coli - римская нумерация. Последовательность букв и цифр отображает порядок открытия ферментов. Согласно гомологии и филогенетическому родству ДНК-полимеразы были объединены в 6 основных семейств ( табл.1 ).

К настоящему моменту охарактеризовано 16 эукариотических ДНК- полимераз. Три ДНК-полимеразы ( Pol альфа , Pol эпсилон , Pol дельта ) необходимы для репликации хромосом и являются членами В-семейства полимераз. Pol гамма , член A-семейства полимераз, участвует в митохондриальной репликации и репарации . Оставшиеся 12 ДНК-полимераз выполняют специализированные функции, такие как репарация, обеспечение геномной стабильности или соматический гипермутагенез ( Rattray, 2003 ).

Основные биохимические свойства и возможные функции некоторых эукариотических ДНК-полимераз представлены в таблице 2 .

Высокоошибочные ДНК-полимеразы были найдены в Х-семействе и В-семействе полимераз, однако Y-семейство является лидером по количеству этих ферментов. Все известные члены этого семейства демонстрируют высокую склонность к ошибкам. Частота ошибок Y-ДНК-полимераз на неповрежденной матрице на 1-2 порядка выше, чем у ДНК-полимераз A и В- семейств, даже при удалении у последних 3'-5' корректорной экзонуклеазной активности ( Bebenek, 2004 ).

Как правило, организмы содержат более одной ДНК-полимеразы Y-семейства. Например, у E. coli и S. сerevisiae имеется по две Y-полимеразы ( Pol IV , Pol V и Pol эта , Rev1 , соответственно), у человека найдено четыре ДНК-полимеразы Y-cемейства ( Pol эта , Pol йота , Pol каппа , и Rev1 ) ( Ohmori, 2001 ; Goodman, 2002 ). Часто в организме разные Y-полимеразы специализируются на разных повреждениях ДНК.

Все ферменты Y-семейства содержат пять N-концевых консервативных мотивов I-V ( рис.1 ). В образовании активного центра участвуют три высоко консервативных последовательности I-III, еще два консервативных домена образуют характерную структуру спираль-поворот-спираль, участвующую во взаимодействии с ДНК [ Goodman, 2002 ; Prakash, 2005 ]. С-конец менее консервативен, варьирует в размере и участвует в белок- белковых взаимодействиях, выполняя регулятоную функцию ( Goodman, 2002 ).

Для структуры активного центра ДНК-полимераз Y-семейства характерен ряд особенностей: домен "thumb" и домен "finger" значительно меньше по размеру по сравнению с соответствующими доменами ДНК-полимераз других семейств, а на С-конце каталитического кора Y-полимераз находится уникальный для этого семейства консервативный домен "little finger" . При этом во взамодействии с нуклеотидной парой принимает участие не "finger"-домен, как это происходит у высокоточных репликативных ДНК- полимераз, а домены "thumb" и "little finger". Такое строение активного центра делает его более открытым и широким, создавая предрасположенность к взаимодействию с поврежденными основаниями ДНК и склонность к совершению ошибок при спаривании нуклеотидов на неповрежденной матрице.

В пределах Y-семейства ДНК-полимеразы различаются геометрией домена "little finger" , что создает отличия в субстратной специфичности по отношению к различным повреждениям ДНК и определяет уникальный для каждого фермента спектр мутаций на поврежденной и неповрежденной матрицах.

Ссылки: