Sliding clamp proteiner , eller glidande clamp ( eng. DNA clamp ) - proteiner som fungerar som en processivitetsförstärkare vid DNA-replikation .
Glidande klämproteiner är en viktig komponent i DNA-polymeras III-holoenzymet och förhindrar dissociation av enzymet från DNA-mallen. Eftersom det hastighetsbegränsande steget i DNA- syntesreaktionen är bindningen av DNA-polymeras till mallen, ökar närvaron av det glidande klämproteinet signifikant antalet nukleotider fästa till den växande kedjan per aktivitet av enzymbindning till mallen. Detta beror på att interaktionen mellan protein och protein är starkare och mer specifik än interaktionen mellan polymeraset och DNA-mallen. Glidande klämproteiner ökar DNA-synteshastigheten upp till tusen gånger högre än icke-processivt polymeras [2] .
Glidande klämproteiner är α+β-proteiner som sätts samman till multimera strukturer som helt omger DNA-dubbelhelixen när DNA-polymeras lägger till nukleotider till den växande strängen [3] . De omger DNA:t vid replikationsgaffeln och "glider" längs DNA:t tillsammans med det framskridande polymeraset. Glidning underlättas av närvaron av ett lager av vattenmolekyler i klämmans centrala por; detta lager separerar ytan av proteinet och DNA:t och fungerar som ett smörjmedel. På grund av multimerens toroidform , kan klämman inte dissociera från DNA utan att bryta ner till monomerer .
Glidande klämproteiner har hittats i bakterier , archaea , eukaryoter och vissa virus . Hos bakterier är spännet en homodimer som består av två identiska β-subenheter av DNA-polymeras III , och kallas därför en β-klämma. I archaea [4] och eukaryoter är spännet en trimer av tre PCNA- molekyler . Phage T4 har även ett skjutfäste. Den kallas gp45 och är en trimer som i struktur liknar den arkeiska och eukaryota trimeren, men dess ingående monomerer visar inte aminosyrasekvenshomologi med både PCNA och β-subenheter [3] .
| Rike | Glidande klämproteiner | Aggregationstillstånd | Relaterat DNA-polymeras |
|---|---|---|---|
| bakterie | β-subenheter av DNA-polymeras III | dimer | DNA-polymeras III |
| Archaea | PCNA archaean | trimer | DNA-polymeras e |
| eukaryoter | PCNA | trimer | DNA-polymeras δ |
| Virus | gp43/gp45 | trimer | RB69 DNA polymeras / T4 DNA polymeras |
Som redan nämnts, i bakterier, är glidfästet en dimer av två β-subenheter av DNA-polymeras III - holoenzym (β-klämma). De två β-subenheterna är sammansatta runt DNA av y-subenheten och av energin från ATP - hydrolys . Efter sammansättningen av dimeren runt DNA ersätts affiniteten för β-subenheterna för y-subenheten med affiniteten för a- och ε-subenheterna; på så sätt bildas ett komplett holoenzym [6] [7] [8] . DNA-polymeras III är det viktigaste enzymatiska komplexet involverat i DNA-replikation i bakterier.
γ-komplexet av DNA-polymeras III, bildat av γδδ'χψ-subenheterna, katalyserar hydrolysen av ATP och riktar den resulterande energin till sammansättningen av β-dimeren runt DNA, och fungerar således som en chaperon . När den väl är bunden till DNA kan β-dimeren glida fritt längs DNA-dubbelhelixen. α-subenheten tillhandahåller polymerasaktiviteten hos DNA-polymeras, och e-subenheten spelar rollen som ett 3'-5'- exonukleas [8] .
β-subenheten av bakteriellt DNA-polymeras III består av tre topologiskt icke-ekvivalenta domäner (C-terminal, central och N-terminal). De två β-subenheterna interagerar tätt med varandra och bildar en sluten ring runt DNA-dubbelhelixen.
Hos eukaryoter består glidfästet av specifika subenheter av DNA-polymeras δ, som kallas prolifererande cellkärnantigen ( PCNA ) . De C-terminala och N-terminala domänerna av PCNA är topologiskt identiska. Tre PCNA-molekyler interagerar tätt med varandra och bildar en sluten ring runt DNA-dubbelhelixen.
Aminosyrasekvensen för PCNA är ganska bevarad bland djur och växter . Detta illustrerar trycket från naturligt urval för att bevara strukturen, och bekräftar också att denna typ av DNA-replikation är gemensam för alla eukaryoter [10] .
Proteiner homologa med PCNA har också identifierats i archaea ( Euryarchaeota och Crenarchaeota ), Paramecium bursaria Chlorella virus 1 (PBCV-1) och nukleära polyhedrosvirus .
Underenheten av det virala glidande klämproteinet, gp45, inkluderar 2 domäner. Varje domän består av två α-helixar och två β-lager. Således innehåller denna subenhet 2 topologiskt identiska veck och har intern pseudosymmetri med avseende på dem. 3 gp45-molekyler interagerar tätt med varandra och bildar en sluten ring runt DNA-dubbelhelixen [12] .
De glidande klämproteinerna levereras till motsvarande DNA-dubbelhelix av ett specifikt protein som kallas replikationsfaktor C (sliding clamp protein loader proteins [13] ), som också demonterar blixtlåskomplexet efter att replikeringen är klar. Bindningsställena för dessa initiatorproteiner (laddare) överlappar med bindningsställena för DNA-polymeras, så zipper-proteinerna kan inte bindas till både laddare och DNA-polymeras samtidigt. Därför kommer blixtlåskomplexet inte att demonteras så länge de förblir bundna till DNA-polymeraset. Glidande klämproteiner binder också till andra faktorer som är involverade i att upprätthålla DNA och genomets homeostas , såsom nukleosomsammansättningsfaktorer , Okazaki-fragmentbindande ligaser och DNA- reparationsproteiner . I alla dessa proteiner överlappar bindningsställena på klämproteinerna också loaderbindningsställen. Detta säkerställer också att fästelementet inte tas isär medan något av dessa enzymer fortfarande arbetar. Loaderproteiner kräver energin från ATP-hydrolys för att stänga dragkedjans proteiner runt DNA.
| DNA-replikation | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Initiering |
| ||||||
| Förlängning |
| ||||||
| Uppsägning | |||||||