Ku je dimerni proteinski kompleks koji se vezuje za DNK dvolančani prekid krajeva i potreban je za nehomologno spajanje kraja (NHEJ) puta popravka DNK . Ku je evolucijski konzererviranvan od bakterija do ljudi. Bakterijski predački Ku je homodimer (dvije međusobno vezane kopije istog proteina).[2] Eukariotski Ku je heterodimer dva polipeptida, Ku70 (XRCC6) i Ku80 (XRCC5); nazvan je tako zbog molekulske težine ljudskih Ku proteina je oko 70 kDa i 80 kDa. Dvije podjedinice Ku formiraju strukturu u obliku korpe koja se navlači na DNK-kraj.[1] Jednom vezan, Ku može kliziti niz DNK lanac, omogućavajući više Ku molekula da se navuče na kraj . Kod viših eukariota, Ku formira kompleks sa DNK-zavisnom protein kinaznom katalitskom podjedinicom (DNA-PKcs), kako bi formirao punu DNK-ovisnu protein-kinazu, DNK-PK.[3] Smatra se da Ku funkcionira kao molekulska skela za koju se mogu vezati drugi proteini uključeni u NHEJ, usmjeravajući prekid dvostrukog lanca za ligaciju.

Ku (protein)
Identifikatori
Aliasi
Vanjski ID-jeviGeneCards: [1]
Ortolozi
VrsteČovjekMiš
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNK)

n/a

n/a

RefSeq (bjelančevina)

n/a

n/a

Lokacija (UCSC)n/an/a
PubMed pretragan/an/a
Wikipodaci
Pogledaj/uredi – čovjek
Popravak rendgenskim zracima
unakrsna komplementarnost 5
Kristalna struktura ljudskog Ku-a vezanog za DNK. Ku70 je prikazan ljubičastom, Ku80 plavom, a lanac DNK zelenom bojom.[1]
Identifikatori
SimbolXRCC5
Alt. simboliKu80
NCBI gen7520
HGNC12833
OMIM194364
PDB1JEY
RefSeqNM_021141
UniProtP13010
Ostali podaci
LokusHrom. 2 q35
Pretraga za
StruktureSwiss-model
DomeneInterPro
Popravak X-zracima
unakrsna komplementarnost 6
Identifikatori
SimbolXRCC6
Alt. simboliKu70, G22P1
NCBI gen2547
HGNC4055
OMIM152690
PDB1JEY
RefSeqNM_001469
UniProtP12956
Ostali podaci
LokusHrom. 22 q11-q13
Pretraga za
StruktureSwiss-model
DomeneInterPro
N-terminalni alfa/beta domen Ku70/Ku80
Kristalna struktura ku heterodimera
Identifikatori
SimbolKu_N
Domen beta-barela Ku70/Ku80
Kristalna struktura ku heterodimera vezanog za DNK
Identifikatori
SimbolKu
C-terminalni krak Ku70/Ku80
Kristalna struktura ku-heterodimera vezanog za DNK
Identifikatori
SimbolKu-C
C-terminaloliki domen Ku-a
3D struktura rastvora C-terminalnog područja ku86
Identifikatori
SimbolKu-PK-bind

Proteini Ku70 i Ku80 sastoje se od po tri strukturna domena. N-krajev domen je alfa/beta domen. Ovaj domen daje samo mali doprinos interfejsu dimera. Domen se sastoji od šestolančanog beta-lista Rossmannovog nabora.[4] Centralni domen Ku70 i Ku80 je DNK-vezujući beta-barelski domen. Ku ostvaruje samo nekoliko kontakata sa šećerno-fosfatnom okosnicom, a nijedan sa DNK-bazama, ali se sterno uklapa u glavni i mali žljeb, formirajući prsten koji okružuje dupleks DNK, držeći dva puna okreta DNK molekula. Formiranjem mosta između slomljenih krajeva DNK, Ku djeluje tako da strukturno podupire i poravnava krajeve DNK, da ih zaštiti od degradacije i da spriječi promiskuitetno vezivanje za neprekinuti DNK. Ku efikasno poravnava DNK, dok i dalje dozvoljava pristup polimerazama, nukleazama i ligazama slomljenim krajevima DNK kako bi promovirao spajanje krajeva.[5] C-terminalni krak je alfa spiralni region koji obuhvata centralni beta-barelski domen suprotne podjedinice.[1] U nekim slučajevima je četvrti domen prisutan na C-terminalu, koji se vezuje za DNK zavisnu protein kinaznu katalitsku podjedinicu.[6]

Obje podjedinice Ku-a su eksperimentalno nokautirane kod miševa. Ovi miševi pokazuju hromosomsku nestabilnost, što ukazuje da je NHEJ važan za održavanje genoma.[7][8]

U mnogim organizmima, Ku ima dodatne funkcije na telomerama, pored svoje uloge u popravci DNK.[9]

Čini se da je obilnost Ku80 povezana sa dugovječnošću vrste.[10]

Mutantni miševi defektni u Ku70 i Ku80, ili dvostruki mutantni miševi s nedostatkom i Ku70 i Ku80 pokazuju rano starenje.[11] Srednji životni vijek tri mutantna soja miševa bio je sličan jedan drugom, oko 37 sedmica, u poređenju sa 108 sedmica za kontrolu divljeg tipa. Ispitano je šest specifičnih znakova starenja, a utvrđeno je da tri mutantna miša pokazuju iste znakove starenja kao kontrolni miševi, ali u mnogo ranijoj dobi. Incidencija raka nije povećana kod mutantnih miševa. Ovi rezultati sugeriraju da je funkcija Ku važna za osiguranje dugovječnosti i da NHEJ put popravke DNK (posredovan Ku-om) ima ključnu ulogu u popravljanju dvolančanih prekida DNK koji bi inače uzrokovao rano starenje.[12]

Biljke

uredi

Ku70 i Ku80 su također eksperimentalno okarakterizirani u biljkama, gdje se čini da imaju sličnu ulogu kao kod drugih eukariota. U riži se pokazalo da supresija bilo kojeg proteina potiče homolognu rekombinaciju (HR)[13] Ovaj efekt je iskorišćen da se poboljša efikasnost genskog ciljanja (GT) u Arabidopsis thaliana. U studiji je učestalost GT-a zasnovanog na HR uz korištenje nukleaze cinkovog prsta (ZFN) povećana do šesnaest puta kod mutanata ku70.[14] Ovaj rezultat ima obećavajuće implikacije za uređivanje genoma kod eukariota jer su DSB mehanizmi popravka visoko konzervirani. Značajna razlika je u tome što kod biljaka Ku također učestvuje u održavanju alternativne morfologije telomera koju karakteriziraju tupi krajevi ili kratki (≤ 3-nt) 3’ prevjesi.[15] Ova funkcija je nezavisna od uloge Ku-a u popravljanju DSB-a, jer se pokazalo da uklanjanje sposobnosti kompleksa Ku da se translocira duž DNK konzr+ervira telomere sa tupim krajevima dok ometa popravak DNK.[16]

Bacteria i Archaea

uredi

Bakterije obično imaju samo jedan Ku gen (ako ga uopće imaju). Neobično, Mesorhizobium loti ima dva, mlr9624 i mlr9623.[17]

Arheje obično takođe imaju samo jedan Ku gen (za ~4% vrsta koje ga uopće imaju). Evolucijska povijest je zamagljena opsežnim horizontalnim prijenosom gena s bakterijama.[18]

Bakterijski i arhejski Ku proteini se razlikuju od svojih eukariotskih parnjaka po tome što imaju samo centralni domen beta-barela.

Ime 'Ku' je izvedeno od prezimena japanskog pacijenta kod kojeg je otkriven.[19]

Reference

uredi
  1. ^ a b c PDB 1JEY; Walker JR, Corpina RA, Goldberg J (august 2001). "Structure of the Ku heterodimer bound to DNA and its implications for double-strand break repair". Nature. 412 (6847): 607–14. Bibcode:2001Natur.412..607W. doi:10.1038/35088000. PMID 11493912. S2CID 4371575.
  2. ^ Doherty AJ, Jackson SP, Weller GR (juli 2001). "Identification of bacterial homologues of the Ku DNA repair proteins". FEBS Lett. 500 (3): 186–8. doi:10.1016/S0014-5793(01)02589-3. PMID 11445083. S2CID 43588474.
  3. ^ Carter T, Vancurová I, Sun I, Lou W, DeLeon S (decembar 1990). "A DNA-activated protein kinase from HeLa cell nuclei". Mol. Cell. Biol. 10 (12): 6460–71. doi:10.1128/MCB.10.12.6460. PMC 362923. PMID 2247066.
  4. ^ Sugihara T, Wadhwa R, Kaul SC, Mitsui Y (april 1999). "A novel testis-specific metallothionein-like protein, tesmin, is an early marker of male germ cell differentiation". Genomics. 57 (1): 130–6. doi:10.1006/geno.1999.5756. PMID 10191092.
  5. ^ Aravind L, Koonin EV (august 2001). "Prokaryotic homologs of the eukaryotic DNA-end-binding protein Ku, novel domains in the Ku protein and prediction of a prokaryotic double-strand break repair system". Genome Res. 11 (8): 1365–74. doi:10.1101/gr.181001. PMC 311082. PMID 11483577.
  6. ^ Harris R, Esposito D, Sankar A, Maman JD, Hinks JA, Pearl LH, Driscoll PC (januar 2004). "The 3D solution structure of the C-terminal region of Ku86 (Ku86CTR)". J. Mol. Biol. 335 (2): 573–82. doi:10.1016/j.jmb.2003.10.047. PMID 14672664.
  7. ^ Difilippantonio MJ, Zhu J, Chen HT, Meffre E, Nussenzweig MC, Max EE, Ried T, Nussenzweig A (mart 2000). "DNA repair protein Ku80 suppresses chromosomal aberrations and malignant transformation". Nature. 404 (6777): 510–4. Bibcode:2000Natur.404..510D. doi:10.1038/35006670. PMC 4721590. PMID 10761921.
  8. ^ Ferguson DO, Sekiguchi JM, Chang S, Frank KM, Gao Y, DePinho RA, Alt FW (juni 2000). "The nonhomologous end-joining pathway of DNA repair is required for genomic stability and the suppression of translocations". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97 (12): 6630–3. Bibcode:2000PNAS...97.6630F. doi:10.1073/pnas.110152897. PMC 18682. PMID 10823907.
  9. ^ Boulton SJ, Jackson SP (mart 1998). "Components of the Ku-dependent non-homologous end-joining pathway are involved in telomeric length maintenance and telomeric silencing". EMBO J. 17 (6): 1819–28. doi:10.1093/emboj/17.6.1819. PMC 1170529. PMID 9501103.
  10. ^ Lorenzini A, Johnson FB, Oliver A, Tresini M, Smith JS, Hdeib M, Sell C, Cristofalo VJ, Stamato TD (Nov–Dec 2009). "Significant Correlation of Species Longevity with DNA Double Strand Break-Recognition but not with Telomere Length". Mech Ageing Dev. 130 (11–12): 784–92. doi:10.1016/j.mad.2009.10.004. PMC 2799038. PMID 19896964.
  11. ^ Li H, Vogel H, Holcomb VB, Gu Y, Hasty P (2007). "Deletion of Ku70, Ku80, or both causes early aging without substantially increased cancer". Mol. Cell. Biol. 27 (23): 8205–14. doi:10.1128/MCB.00785-07. PMC 2169178. PMID 17875923.
  12. ^ Bernstein H, Payne CM, Bernstein C, Garewal H, Dvorak K (2008). "Cancer and aging as consequences of un-repaired DNA damage". In: New Research on DNA Damages (Editors: Honoka Kimura and Aoi Suzuki) Nova Science Publishers, New York, Chapter 1, pp. 1-47. open access, but read only https://www.novapublishers.com/catalog/product_info.php?products_id=43247 Arhivirano 25. 10. 2014. na Wayback Machine ISBN 978-1604565812
  13. ^ Nishizawa-Yokoi A, Nonaka S, Saika H, Kwon YI, Osakabe K, Toki S (decembar 2012). "Suppression of Ku70/80 or Lig4 leads to decreased stable transformation and enhanced homologous recombination in rice". The New Phytologist. 196 (4): 1048–59. doi:10.1111/j.1469-8137.2012.04350.x. PMC 3532656. PMID 23050791.
  14. ^ Qi Y, Zhang Y, Zhang F, Baller JA, Cleland SC, Ryu Y, Starker CG, Voytas DF (mart 2013). "Increasing frequencies of site-specific mutagenesis and gene targeting in Arabidopsis by manipulating DNA repair pathways". Genome Research. 23 (3): 547–54. doi:10.1101/gr.145557.112. PMC 3589543. PMID 23282329.
  15. ^ Kazda A, Zellinger B, Rössler M, Derboven E, Kusenda B, Riha K (august 2012). "Chromosome end protection by blunt-ended telomeres". Genes & Development. 26 (15): 1703–13. doi:10.1101/gad.194944.112. PMC 3418588. PMID 22810623.
  16. ^ Valuchova S, Fulnecek J, Prokop Z, Stolt-Bergner P, Janouskova E, Hofr C, Riha K (juni 2017). "Protection of Arabidopsis Blunt-Ended Telomeres Is Mediated by a Physical Association with the Ku Heterodimer". The Plant Cell. 29 (6): 1533–1545. doi:10.1105/tpc.17.00064. PMC 5502450. PMID 28584163.
  17. ^ Pitcher RS, Brissett NC, Doherty AJ (2007). "Nonhomologous end-joining in bacteria: a microbial perspective". Annual Review of Microbiology. Annual Reviews. 61 (1): 259–82. doi:10.1146/annurev.micro.61.080706.093354. PMID 17506672.
  18. ^ Sharda M, Badrinarayanan A, Seshasayee AS (decembar 2020). "Evolutionary and Comparative Analysis of Bacterial Nonhomologous End Joining Repair". Genome Biology and Evolution. 12 (12): 2450–2466. doi:10.1093/gbe/evaa223. PMC 7719229. PMID 33078828.
  19. ^ Dynan WS, Yoo S (april 1998). "Interaction of Ku protein and DNA-dependent protein kinase catalytic subunit with nucleic acids". Nucleic Acids Research. 26 (7): 1551–9. doi:10.1093/nar/26.7.1551. PMC 147477. PMID 9512523.

Vanjski linkovi

uredi
Ovaj članak uključuje tekst iz javnog domena Pfam i InterPro: IPR005161
Ovaj članak uključuje tekst iz javnog domena Pfam i InterPro: IPR006164
Ovaj članak uključuje tekst iz javnog domena Pfam i InterPro: IPR005160
Ovaj članak uključuje tekst iz javnog domena Pfam i InterPro: IPR014893