Wikipedia

Hollidayeva spona

(Preusmjereno sa Hollidayeva spojnica)

Hollidayeva spona ili Hollidayeva spojnica je razgranata nukleinskokiselinska struktura koja sadrži četiri spojena dvolančana kraka. Ovi krakovi mogu imati jednu od nekoliko konformacija ovisno o puferskim koncentracijama soli i sekvencama nukleobaza najbližih spoju. Struktura je dobila ime po Robini Hollidayu, molekulskom biologu koji je predložio njeno postojanje, 1964. U biologiji su Hollidayevi spojevi ključni međuprodukt u mnogim tipovima genetičkih rekombinacija, kao i u popravaku dvostrukog lanca. Ovi spojevi obično imaju simetričnu sekvencu i stoga su pokretni, što znači da četiri pojedinačna kraka mogu klizati kroz spoj u specifičnom obrascuu koji u velikoj mjeri čuva uparivanje baza. Osim toga, spojevi s četiri kraka slični Hollidayevim spojevima pojavljuju se u nekim molekulama funkcionalne RNK. Nepokretne Hollidayeve spone, s asimetričnim sekvencama koji zaključavaju lance u određenom položaju, znanstvenici su vještački kreiraili, kako bi proučavali njihovu strukturu kao model za prirodne Hollidayeve spojeve. Ovi spojevi su također kasnije našli upotrebu kao osnovni strukturni građevni blokovi u DNK nanotehnologiji, gdje se više Hollidayevih spojeva može kombinirati u specifične dizajnirane geometrijske strukture koje molekulama osiguravaju visok stupanj strukturne krutosti.

Shema Hollidayeve spojnice koja prikazuje sekvencu baza i sekundarnu, ali ne i tercijarnu strukturu. Prikazana sekvenca samo je jedna od mnogih mogućnosti. Ovo je nepomična Hollidayeva spojnica jer sekvence nisu simetrične.

Struktura

uredi
 
Molekulska struktura naslaganog Hollidayjevog spoja, u kojem se četiri kraka slažu u dva dvostruka spiralna domena. Obratiti pažnju na to kako plavi i crveni lanci ostaju otprilike spiralni, dok zeleni i žuti prelaze između dva domena.
 
Molekulska struktura nenaslaganog (otvorenog-X) Hollidayjevog spoja. Ovoj konformaciji nedostaje slaganje baza između domena s dvostrukom spiralom i stabilna je samo u rastvorima kojima nedostaju dvovalentni metalni ioni kao što je Mg2+. Prema PDB 3CRX.
 
Shematski dijagrami triju konformacijskih izomera slaganja baza Hollidayeve spojnice. Dva naslagana konformera razlikuju se po tome što su skupovi od po dva kraka vezani koaksijalno: na lijevoj strani, snopovi su crveno-plavi i cijan-magenta, dok su s desne strane crveno-cijan i plavo-magenta. Baze najbliže tački spajanja određuju koji složeni izomer dominira.

Hollidayevi spojevi mogu postojati u raznim konformacijskim izomerima s različitim obrascima koaksijalnog slaganja između četiri dvostruka spiralna kraka. Koaksijalno slaganje je sklonost tupog kraja nukleinskih kiselina da se vežu jedna na drugi, interakcijama između izloženih baza. Postoje tri moguća konformera: nenaslagani (ili otvoreni X) oblik i dva složena oblika. Nesloženi oblik dominira u nedostatku divalentnih kationa kao što je Mg2+, zbog elektrostatskog odbijanja između negativno nabijenih okosnica niti . U prisutnosti najmanje oko 0,1 m M Mg2+, suprotstavlja se elektrostatska repulzija i složene strukture prevladavaju. Od 2000. nije se sa sigurnošću znalo je li elektrostatička zaštita rezultat vezanja kationa specifičnog za mjesto na spoju ili prisutnosti difuznog skupljanja iona u rastvoru.[1]

Nenaslagani oblik je gotovo kvadratna ravna, proširena konformacija. S druge strane, složeni konformeri imaju po dva kontinuirana dvostruka spiralna domena odvojena pod uglom od oko 60° u smjeru desno. Dvije od četiri niti ostaju otprilike spiralne, ostajući unutar svakog od dvija dvostruko spiralna domena, dok druga dva prelaze između dva domena na antiparalelan način.[1]

Dva moguća složena oblika razlikuju se po tome što su parovi krakova međusobno složeni; koji od ova dva dominira jako ovisi o baznim sekvencama najbližim spoju. Neke sekvence rezultiraju ravnotežom između dva konformera, dok druge snažno preferiraju jedan konformer. Konkretno, čini se da spojevi koji sadrže sekvencu A-CC koja premošćuje spojnu tačku snažno preferiraju konformer koji omogućuje stvaranje vodikove veze između drugog citozina i jednog od fosfata na spojnoj tački. Dok se većina studija usredotočila na identitet četiri baze najbliže spoju na svakom kraku, očito je da baze koje su udaljenije također mogu uticati na opažene konformacije slaganja.[1]

U spojevima sa simetričnim sekvencama, tačka grananja je pokretna i može migrirati u procesu slučajnog hoda. Brzina migracije grana dramatično varira s koncentracijom iona, pri čemu se vrijeme u jednom koraku povećava od 0,3 do 0,4 ms bez iona na 270-300 ms s 10 mM Mg2+. Promjena stope je u korelaciji s formiranjem složenih u odnosu na nenaslagane strukture.[1]

Hollidayevi spojevi s nikom ili prekidom u jednom od niti, u tački spajanja imaju okomitu orijentaciju i uvijek preferiraju konformer za slaganje koji postavlja zarez na ukrštavajući lanac umjesto spiralne niti.[1]

Hollidayevi spojevi RNK pretpostavljaju antiparalelnu naslaganu konformaciju pri visokim koncentracijama magnezija, okomitu naslaganu konformaciju pri umjerenim koncentracijama i rotiraju u paralelnu naslaganu konformaciju pri niskim koncentracijama, dok čak i male koncentracije iona kalcija pogoduju antiparalelnom konformeru.

Biološka funkcija

uredi
 
Dva puta za homolognu rekombinaciju u eukariota, pokazujući formiranje i razrješenje Hollidayjevih spojeva

Hollidayev spoj je ključni međuprodukt u homolognoj rekombinaciji, biološkom procesu koji povećava genetičku raznolikost pomicanjem gena između dva hromosoma, kao i događajima lokusno specifičnih rekombinacija koje uključuju integraze. Dodatno su uključeni u popravak dvolančanih prekida.[1] Osim toga, krstaste strukture koje uključuju Hollidayeve spojeve mogu nastati za ublažavanje spiralnog naprezanja u simetričnim sekvencama u DNK superspiralama.[2] Dok se spojevi s četiri kraka pojavljuju i u molekulama funkcionalne RNK, kao što su U1 splajsomalna RNK i ribozimska ukosnica virusa duhanske pjegavosti, oni obično sadrže nesparene nukleotide između uparenih dvostruko spiralnih domena i stoga nemaju striktno Hollidayevu strukturu.[1]

Hollidayevi spojevi u homolognoj rekombinaciji su između identičnih ili gotovo identičnih sekvenci, što dovodi do simetričnog rasporeda sekvenci oko središnjeg spoja. To omogućuje da se dogodi proces migracija grana gdje se niti pomiču kroz tačku spajanja.[1] Rascjep, ili razrješenje, Hollidayevog spoja može se dogoditi na dva načina. Cijepanje izvornog skupa lanaca dovodi do dvije molekule koje mogu pokazati gensku konverziju, ali ne i hromosomski krosongover, dok cijepanje drugog skupa od dva lanca uzrokuje da ga rezultirajuće rekombinantne molekulw ispoljavaju. Svi proizvodi, bez obzira na cijepanje, su heteroduplekani u području migracije Hollidayeve spone.[3]

Mnogi proteini su u stanju da prepoznaju ili iskrive strukturu Hollidayeve spojne. Jedna takva klasa sadrži enzime koji razlučuju spojeve koji cijepaju spojeve, ponekad na način specifičan za sekvencu. Takvi proteini iskrivljuju strukturu spoja na različite načine, često povlačeći spoj u nenaslaganu konformaciju, razbijajući centralne parove baza i/ili mijenjajući uglove između četiri kraka. Druge klase su proteini granske migracije koji povećavaju kurs razmjene za redove veličine, i recombinaze specifične za mjesto.[1] Kod prokariota, Hollidayeve sponske rezolvaze spadaju u dvije porodice , integraze i nukleaze, od kojih su svaka strukturno slične iako njihove sekvence nisu konzervirane.[3]

Kod eukariota, dva primarna modela za to kako homologna rekombinacija popravlja dvolančane prekide u DNK su put popravke dvostrukog lanca (DSBR) (ponekad se naziva „model dvostrukog Hollidayevog spoja“) i lanac ovisan o sintezi aneliranja (SDSA) put.[4] U slučaju lprekida dvostrukog lanca, 3' kraj se degradira, a duži 5' kraj invadira na susjednu sestrinsku hromatidu, formirajući mjehur za replikaciju. Kako se ovaj mjehurić približava prekidu DNK, duži 5' antismisleni lanac ponovo napada smisleni lanac ovog dijela DNK, transkribujući drugu kopiju. Kada se replikacija završi, oba repa se ponovo povezuju kako bi se formirala dva Hollidayeva spoja, koja se zatim cijepaju po različitim obrascima od strane proteina.[5] An animation of this process can be seen here.[6]

Dvolančani DNK prekidi u bakterijama popravljaju se putem RecBCD homologne rekombinacije. Smatra se da se lomovi koji se javljaju samo na jednom od dva lanca DNK, poznati kao jednolančani gepovi, popravljaju RecF put. I RecBCD i RecF putevi uključuju seriju reakcija poznatih kao migracija grana, u kojoj se pojedinačni lanci DNK razmjenjuju između dvije ukrštene molekule dupleksne DNK, i rezolucija, u kojoj se ta dva međusobno ukrštena molekula DNK razdvoje i vraćaju u svoje normalno dvolančano stanje.[7] Homologna rekombinacija javlja se u nekoliko grupa virusa. Kod DNK virusa kao što je herpesvirus, rekombinacija se događa mehanizmom prekida i ponovnog spajanja kao kod bakterija i eukariota.[8] Kod bakterija, migracija grana olakšana je kompleksom RuvABC ili proteinom RecG, molekulskim motorima koji koriste energiju hidrolize ATP za pomicanje spoja. Spoj se tada mora razložiti u dva odvojena dupleksa, vraćajući ili roditeljsku ili ukrštenu konfiguraciju. Rezolucija se može dogoditi na horizontalan ili vertikalni način, tokom homologne rekombinacije, dajući proizvode zakrpa (ako su u istoj orijentaciji tokom popravka dvostrukog lanca) ili proizvode spajanja (ako su u različitim orijentacijama tokom popravka dvostrukog lanca).[9][10] RuvA i RuvB su proteini za migraciju grana, dok je RuvC enzim koji rastvara spojeve.[1]

Postoje dokazi za rekombinaciju kod nekih RNK virusa, posebno virusa pozitivnog smisla ssRNK kao što su retrovirusi, picornavirusi i koronavirusi. Postoji kontroverza oko toga da li se homologna rekombinacija javlja u RNk virusa negativnog smisla kao što je virus gripe.[11]

Reference

uredi
  1. ^ a b c d e f g h i j Lilley, David M. J. (2000). "Structures of helical junctions in nucleic acids". Quarterly Reviews of Biophysics. 33 (2): 109–159. doi:10.1017/S0033583500003590. PMID 11131562. S2CID 40501795.
  2. ^ Bloomfield, Victor A.; Crothers, Donald M.; Tinoco, Jr., Ignacio (2000). Nucleic acids: structures, properties, and functions. Sausalito, California: University Science Books. str. 468. ISBN 0935702490.
  3. ^ a b Liu Y, West S (2004). "Happy Hollidays: 40th anniversary of the Holliday junction". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 5 (11): 937–44. doi:10.1038/nrm1502. PMID 15520813. S2CID 24520723.
  4. ^ Sung, P; Klein, H (oktobar 2006). "Mechanism of homologous recombination: mediators and helicases take on regulatory functions". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 7 (10): 739–750. doi:10.1038/nrm2008. PMID 16926856. S2CID 30324005.
  5. ^ Hartel, Daniel L.; Jones, Elizabeth W. (2009). "Chapter 6: Molecular Biology of DNA Replication and Recombination". Genetics: Analysis of Genetics and Genomes. Burlington: Jones & Bartlett. ISBN 9780763758684.
  6. ^ Helleday, T. "Double-Strand Break Repair via Double Holliday Junctions (Szostak Model)". Animation. MIT.
  7. ^ Rocha, EPC; Cornet, E; Michel, B (august 2005). "Comparative and evolutionary analysis of the bacterial homologous recombination systems". PLOS Genetics. 1 (2): e15. doi:10.1371/journal.pgen.0010015. PMC 1193525. PMID 16132081.  
  8. ^ Fleischmann Jr, WR (1996). "Chapter 43". Medical Microbiology (4th izd.). University of Texas Medical Branch at Galveston. ISBN 0-9631172-1-1.
  9. ^ West SC (2003). "Molecular views of recombination proteins and their control". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 4 (6): 435–45. doi:10.1038/nrm1127. PMID 12778123. S2CID 28474965.
  10. ^ Kowalczykowski SC (2000). "Initiation of genetic recombination and recombination-dependent replication". Trends in Biochemical Sciences. 25 (4): 156–65. doi:10.1016/S0968-0004(00)01569-3. PMID 10754547.
  11. ^ Boni, MF; de Jong, MD; van Doorn, HR; Holmes, EC; Martin, Darren P. (3. 5. 2010). Martin, Darren P. (ured.). "Guidelines for identifying homologous recombination events in influenza a virus". PLOS ONE. 5 (5): e10434. Bibcode:2010PLoSO...510434B. doi:10.1371/journal.pone.0010434. PMC 2862710. PMID 20454662.  

Vanjski linkovi

uredi
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Hollidayeva_spona&oldid=3545445"