Ada regulon

Vid DNA-reparation är Ada -regulonet en uppsättning gener vars uttryck är avgörande för adaptiv respons (även känd som "Ada-respons", därav namnet), som utlöses i prokaryota celler genom exponering för sub-letala doser av alkyleringsmedel . Detta tillåter cellerna att tolerera effekterna av sådana medel, som annars är toxiska och mutagena.

Ada-svaret inkluderar uttrycket av fyra gener: ada, alkA, alkB och aidB . Produkten av ada -genen, Ada-proteinet, är en aktivator för transkription av alla fyra generna. DNA-baser som skadats av alkylering avlägsnas med distinkta strategier.

Alkyleringsmedel

Alkyleringsmedlen från en grupp mutagener och cancerframkallande ämnen som modifierar DNA genom alkylering . Alkylbasskador kan stoppa replikation, avbryta transkription eller signalera aktivering av cellcykelkontrollpunkter eller apoptos . Hos däggdjur kan de vara involverade i karcinogenes , neurodegenerativ sjukdom och åldrande. Alkyleringsmedlen kan introducera metyl- eller etylgrupper vid alla tillgängliga kväve- och syreatomer i DNA-baser, vilket ger ett antal lesioner.

Majoriteten av bevisen indikerar att bland de 11 identifierade basmodifieringarna är två, 3-metyladenin (3meA) och O ⁶ -metylguanin (O ⁶ -meG), huvudsakligen ansvariga för de biologiska effekterna av alkyleringsmedel.

Roller för ada -reglerade gener

Ada - proteinet är sammansatt av två huvuddomäner, en C-terminal domän och en N-terminal, kopplade av en gångjärnsregion som är känslig för proteolytisk klyvning. Dessa domäner kan fungera oberoende. AdaCTD överför metyladdukter från ^O6 -meG och O4 ^- meG till sin Cys-321-rest, medan AdaNTD demetylerar metylfosfotriestrar genom metylöverföring till sin Cys-38-rest.

AlkA -genen kodar för ett glykosylas som reparerar en mängd olika lesioner inklusive N-7-metylguanin och N-3-metylpuriner och O 2 ^{-metylpyrimidiner} . AlkA-proteinet tar bort en skadad bas från socker-fosfatryggraden genom att klyva den glykosyliska bindningen som fäster basen till sockret, vilket ger ett abasiskt ställe. Ytterligare bearbetning av det abasiska stället av AP-endonukleaser, polymeras I och ligas fullbordar sedan reparationen.

AlkB , ett av de adaptiva svarsproteinerna från Escherichia coli, använder en α-ketoglutarat/Fe(II)-beroende mekanism som genom kemisk oxidation tar bort en mängd olika alkyllesioner från DNA, vilket ger skydd av genomet mot alkylering .

AidB - proteinet har varit tänkt att delta i nedbrytningen av endogena alkyleringsmedel. Det visar viss homologi med acyl-CoA-oxidaser och de som innehåller flaviner . Nya observationer tyder på att AidB kan binda till dubbelsträngat DNA och delta i dess dealkylering. För att fastställa den exakta funktionen hos AidB krävs dock ytterligare undersökningar.

Reglering av transkription

Ada regulatoriska nätverk

Ada-svaret inkluderar uttrycket av fyra gener: ada , alkA , alkB och aidB . Produkten av ada -genen, Ada-proteinet är en aktivator för transkription av alla fyra generna.

Ada har två aktiva metylacceptorcysteinrester som krävs för demetylering av DNA. Båda platserna kan bli metylerade när Ada-proteinet överför metylgruppen från lämpliga DNA-lesioner till sig själv. Denna reaktion är irreversibel och metylerad Ada (me-Ada) kan fungera som en transkriptionsaktivator.

Ada-proteinet aktiverar transkriptionen av Ada- regulonet på två olika sätt. När det gäller ada - alkB - operonet och aidB- promotom är den N-terminala domänen (AdaNTD) involverad i DNA-bindning och interagerar med en enhet av RNA-polymeras, medan och den metylerade C-terminala domänen (me-AdaCTD) interagerar med σ ₇₀ -subenheten av RNA-polymeras. Även om dessa interaktioner är oberoende, är båda nödvändiga för transkriptionsaktivering.

För aktivering av alkA -genen interagerar AdaNTD med både a- och σ -subenheterna av RNA-polymeras och aktiverar transkription. I motsats till ada- och aidB- promotorerna kan den ometylerade formen av Ada- proteinet, såväl som den metylerade formen av AdaNTD, aktivera transkriptionen vid alkA .

Metylerad Ada kan aktivera transkription av σ _S såväl som σ ₇₀ vid både ada- och aidB -promotorerna. Däremot misslyckas me-Ada med att stimulera alkA- transkription med σS _, utan det påverkar negativt σS- _beroende transkription.

Intracellulära koncentrationer av σ _S ökar när cellerna når stationär fas ; detta resulterar i sin tur i en me-Ada-medierad minskning av uttrycket av AlkA . Därför förhindrar en ökning av uttrycket av de adaptiva svarsgenerna, parallellt med uttrycket av gener som producerar endogena alkylatorer under den stationära fasen, alkyleringsskador på DNA och mutagenes .

Homologer av Ada regulon hos människor

I mänskliga celler är alkyltransferasaktiviteten produkten av MGMT -genen. 21,7 kDa MGMT- proteinet är byggt av aminosyrasekvenser som mycket liknar de för E. coli- alkyltransferaser, som Ada . Till skillnad från de bakteriella enzymerna reparerar den huvudsakligen O ⁶ meG, medan avlägsnandet av alkyladdukten från O ⁴ meT är mycket långsammare och betydligt mindre effektivt. Den förmånliga reparationen av O ⁶ meG är lönsam för eukaryota celler eftersom i försöksdjur behandlade med alkylerande cancerframkallande ämnen är denna lesion involverad i tumörstimulering.

Till skillnad från Ada och de mänskliga MGMT- metyltransferaserna, omvänder AlkB och dess humana homologer hABH2 och hABH3 inte bara direkt skada på alkyleringsbasen, utan de gör det katalytiskt och med en substratspecificitet som syftar till basparningsgränssnittet mellan G:C och A: T baspar. Kristallstrukturer av AlkB och dess humana homolog hABH3 har visat liknande övergripande veck, vilket framhäver konserverade funktionella domäner.