| Bakterijski DNK rekombinantni protein recA | |
|---|---|
 | |
| Identifikatori | |
| Simbol | RecA |
RecA je 38kilodaltonskiprotein neophodan zapopravak i održavanjeDNK.[2] Strukturni i funkcionalni homolog je RecA pronađen u svakoj vrsti u kojoj je on bio ozbiljno tražen i služi kao arhetip za ovu klasu homologne popravke DNK-proteina. Homologni protein se zoveRAD51 kodeukariota iRadA uArchaea.[3][4]
RecA ima višestruke aktivnosti, sve povezane sapopravkom DNK. UbakterijskomSOS-odgovoru, ima koproteaznu[5] funkciju uautokatalitskom cijepanjuLexArepresora iλ represora.<.[6]
RecA-ova povezanost sapopravkom DNK zasniva se na njegovoj centralnoj ulozi uhomolognoj rekombinaciji. RecA protein se snažno i u dugim klasterima vezuje za ssDNK kako bi formiraonukleoproteinskifilament. Protein ima više od jednosmjesto vezanja DNK i stoga može držati jednolanac i dvostruki lanac zajedno. Ova karakteristika omogućavakatalizusinapsnih reakcija DNK između dvostruke spirale DNK i komplementarne regije jednolančane DNK. RecA-ssDNK filament traži sličnost sekvence duž dsDNK. Neuređena DNK petlja u RecA, petlja 2, sadrži ostatke odgovorne za DNK homolognu rekombinaciju.[7] Kod nekih bakterija,posttranslacijska modifikacija RecA putemfosforilacijeserinskog ostatka na petlji 2 može ometati homolognu rekombinaciju.[8]
Proces pretraživanja izaziva rastezanje DNK dupleksa, što poboljšava prepoznavanje komplementarnosti sekvenci (mehanizam koji se nazivakonformacijsko lektoriranje[9][10]). Reakcija pokreće razmjenu lanaca između dvije rekombinirajuće dvostruke spirale DNK. Nakon događaja sinapse, u heterodupleksnoj regiji počinje proces koji se nazivamigracija grana. U migraciji grananja, neupareni region jednog od pojedinačnih lanaca pomjera upareni region drugog pojedinačnog lanca, pomjerajući tačku grananja bez promjene ukupnog brojaparova baza. Može doći do spontane migracije grana, međutim, kako se općenito odvija jednako u oba smjera, malo je vjerovatno da će rekombinacija završiti efikasno. Protein RecA katalizira jednosmjernu migraciju grana i na taj način omogućava potpunu rekombinaciju, proizvodeći regiju heterodupleksne DNK koja je dugačka hiljade parova baza.
Pošto je DNK zavisnaATPaza, RecA sadrži dodatnomjesto vezivanja ihidrolize ATP. RecAjače se povezuje sa DNK kada je vezan za ATP nego kada je vezan zaADP.
UEscherichia coli, događajihomolognom rekombinacijom posredovanih RecA mogu se desiti tokom perioda nakonreplikacija DNK kadasestrinski lokusi ostaju blizu. RecA također može posredovati u homolognom parovanju, homolognoj rekombinaciji i popravci prekida DNK između udaljenih sestrinskih lokusa, koji su se odvojili na suprotne polovine ćelijaE. coli.[11]
SojeviE. coli sa nedostatkom RecA korisni su zakloniranje procedure umolekulskobiološkim laboratorijama. SojeviE. coli su čestogenetički modificirani da sadrže mutantnialelrecA i na taj način osiguravaju stabilnost vanhromosomskih segmenata DNK, poznatih kaoplazmidi. U procesu koji se zovetransformacija, plazmidnu DNK preuzimaju bakterije, pod različitim uslovima.Bakterije koje sadrže egzogene plazmide nazivaju se "transformanti". Transformanti zadržavaju plazmid krozćelijske diobe, tako da se može oporaviti i koristiti u drugim aplikacijama. Bez funkcionalnog RecA proteina, egzogeni plazmid DNK ostaje nepromijenjen od strane bakterija.Pročišćavanje ovog plazmida izbakterijske kulture može zatim omogućiti visokovjernoPCR amplificiranje originalne sekvence plazmida.
Wigle i Singleton sa Univerziteta Sjeverne Karoline su pokazali da mala molekule koje ometaju funkciju RecA u ćeliji mogu biti korisne u stvaranju novihantibiotskih lijekova.[12] Budući da mnogiantibiotici dovode dooštećenja DNK, a sve bakterije se oslanjaju na RecA da popravi ovo oštećenje, inhibitori RecA mogu se koristiti za povećanje toksičnosti antibiotika. Osim toga, aktivnosti RecA su sinonim za razvoj rezistencije na antibiotike, a inhibitori RecA također mogu poslužiti za odlaganje ili sprječavanje pojave bakterijske rezistencije na lijekove.
Na osnovu analize molekulskih svojstava RecA sistema, Cox[13] zaključio je da podaci "pružaju uvjerljive dokaze da je primarna misija RecA proteinapopravka DNK". U daljem eseju o funkciji RecA proteina, Cox[14] sumirizira podatke koji pokazuju da je "RecA protein evoluirao kao centralna komponenta rekombinacijskog sistemapopravka DNK, sa stvaranjem genetičke raznolikosti kao ponekad korisnim nusproizvodom."
Prirodna bakterijskatransformacija uključuje prijenosDNK s jedne bakterije na drugu (obično istevrste) i integraciju DNK donora uhromosom primatelja, pomoćuhomologne rekombinacije, procesa posredovanog RecA proteinom (pogledajteTransformacija (genetika). Transformacija, u kojoj RecA ima centralnu ulogu, ovisi o ekspresiji brojnih dodatnih genskih proizvoda (npr. oko 40 genskih proizvoda uBacillus subtilis koji specifično djeluju kako bi izvršili ovaj proces, što ukazuje da se radi o evoluiraniadaptacijama za transfer DNK. UB. subtilis dužina prenesene DNK može biti čak trećina i do veličine cijeloghromosoma.[15][16] Da bi se bakterija vezala, preuzela i rekombinovala egzogenu DNK u svoj hromosom, prvo mora ući u posebno fiziološko stanje koje se naziva "kompetencija" (vidiPrirodna kompetencija). Transformacija je uobičajena uprokariotskom svijetu, a do sada je poznato da je 67 vrsta kompetentno za transformaciju.[17]
Jedan od najbolje proučavanih sistema transformacije je sistemB. subtilis. U ovoj bakteriji, protein RecA stupa u interakciju s dolaznom jednolančanom DNK (ssDNK), kako bi formirao upečatljive filamentne strukture.[18] Ovi filamenti RecA/ssDNA izlaze iz ćelijskog pola koji sadrži kompetentnu mašineriju i prostiru se ucitosol. filamentne niti RecA/ssDNK smatraju se dinamičkim nukleofilamentima koji skeniraju rezidentni hromosom u potrazi za regionima homologije. Ovaj proces dovodi dolaznu DNK na odgovarajuće mjesto u hromosomuB. subtilis na kojem dolazi do razmjene informacija.
Michod et al.[19] pregledali su dokaze da je transformacija posredovana adaptacijama RecA za homolognu rekombinaciju oštećenja DNK uB. subtilis, kao i kod nekoliko drugihvrsta bakterija (tj.Neisseria gonorrhoeae,Hemophilus influenzae,Streptococcus pneumoniae,Streptococcus mutans iHelicobacter pylori). U slučaju patogenih vrsta koje inficiraju ljude, predloženo je da RecA posredovana popravkaoštećenja DNK može biti od značajne koristi kada su ove bakterije izazvane oksidativnom odbranom njihovog domaćina.