De topoisomeraser De är en typ av isomerasenzymer som modifierar topologin för deoxiribonukleinsyra (DNA), vilket genererar både dess avlindning och dess lindning och supercoiling.
Dessa enzymer har en specifik roll för att lindra torsionsstress i DNA så att viktiga processer såsom replikering, transkription av DNA till budbärarribonukleinsyra (mRNA) och rekombination av DNA kan uppstå..
Topoisomerasenzymer finns i både eukaryota och prokaryota celler. Dess existens förutspåddes av forskarna Watson och Crick när de utvärderade de begränsningar som strukturen för DNA presenterade för att ge åtkomst till dess information (lagrad i dess nukleotidsekvens).
För att förstå funktionerna hos topoisomeraser måste DNA anses ha en stabil dubbel-helix-struktur, med dess strängar lindade varandra..
Dessa linjära kedjor består av 2-deoxiribos bundna av 5'-3 'fosfodiesterbindningar och kvävehaltiga baser inuti dem, som steget i en spiraltrappa..
Den topologiska studien av DNA-molekyler har visat att de kan anta olika konformationer beroende på deras torsionsspänning: från ett avslappnat tillstånd till olika lindningstillstånd som möjliggör komprimering..
DNA-molekyler med olika konformationer kallas topoisomerer. Således kan vi dra slutsatsen att topoisomeraser I och II kan öka eller minska torsionsstressen hos DNA-molekyler och bilda deras olika topoisomerer..
Bland de möjliga DNA-topoisomererna är den vanligaste konformationen superspolen, som är mycket kompakt. Emellertid måste DNA-dubbelhelixen också rullas upp av topoisomeraser under olika molekylära processer..
Artikelindex
Vissa topoisomeraser kan bara slappna av negativa superspolar av DNA, eller båda superspolar av DNA: positiva och negativa.
Om det cirkulära dubbelsträngade DNA lindas upp på sin längdaxel och en vänsterhänt sväng (medurs) inträffar sägs det vara negativt superlindat. Om svängen är medurs (moturs) är den positivt överrullad.
I grund och botten kan topoisomeraser:
-Underlätta passage av en DNA-sträng genom ett snitt i motsatt sträng (typ I topoisomeras).
-Underlätta passagen av en fullständig dubbel helix genom en klyvning eller genom en klyvning i en annan dubbel helix (typ II topoisomeras).
Sammanfattningsvis verkar topoisomeraser genom klyvning av fosfodiesterbindningar, i en eller båda strängarna som utgör DNA. Sedan modifierar de lindningstillståndet för trådarna i en dubbel spiral (topoisomeras I) eller av två dubbla spiraler (topoisomeras II) för att slutligen binda eller binda de klyvade ändarna igen.
Även om topoisomeras I är ett enzym som uppvisar större aktivitet under S-fas (DNA-syntes), anses det inte vara beroende av en fas av cellcykeln.
Medan topoisomeras II-aktivitet är mest aktiv under den logaritmiska fasen av celltillväxt och i celler i snabbt växande tumörer.
Förändringen av generna som kodar för topoisomeraser är dödlig för celler, vilket visar vikten av dessa enzymer. Bland de processer där topoisomeraser deltar är:
Topoisomeraser underlättar lagring av genetisk information på ett kompakt sätt på grund av att de genererar lindning och superlindning av DNA, vilket gör att en stor mängd information kan hittas i en relativt liten volym.
Utan topoisomeraser och deras unika egenskaper skulle det vara omöjligt att få tillgång till information lagrad i DNA. Detta beror på det faktum att topoisomeraser periodiskt frigör torsionsspänningen som alstras i DNA-dubbelspiralen under dess avlindning i replikations-, transkriptions- och rekombinationsprocesserna..
Om torsionsspänningen som genereras under dessa processer inte frigörs kan ett defekt genuttryck inträffa, avbrottet av det cirkulära DNA: t eller kromosomen, till och med producera celldöd.
Konformationsförändringar (i den tredimensionella strukturen) av DNA-molekylen utsätter specifika regioner för utsidan, som kan interagera med DNA-bindande proteiner. Dessa proteiner har en reglerande funktion av genuttryck (positivt eller negativt).
Således påverkar lindningstillståndet av DNA, som genereras av verkan av topoisomeraser, regleringen av genuttryck.
Topoisomeras II är nödvändigt för montering av kromatider, kondensering och dekondensering av kromosomer och segregering av dotter-DNA-molekyler under mitos..
Detta enzym är också ett strukturellt protein och en av huvudbeståndsdelarna i cellkärnmatrisen under interfasen..
Det finns två huvudtyper av topoisomeraser beroende på om de kan klyva en eller två DNA-strängar.
Typ I topoisomeraser är monomerer som lindrar negativa och positiva superspolar, som produceras genom hårnålsrörelse under transkription, och under genreplikations- och rekombinationsprocesser..
Typ I topoisomeraser kan delas in i typ 1A och typ 1B. De senare är de som finns hos människor och är ansvariga för att slappna av supercoiled DNA.
Topoisomeras 1B (Top1B) består av 765 aminosyror uppdelade i 4 specifika domäner. En av dessa domäner har ett mycket konserverat område som innehåller det tyrosinaktiva stället (Tyr7233). Alla topoisomeraser presenterar i sitt aktiva ställe en tyrosin med en grundläggande roll i hela den katalytiska processen.
Tyrosin på det aktiva stället bildar en kovalent bindning med 3'-fosfatänden av DNA-strängen, skär den och håller den bunden till enzymet medan den passerar en annan DNA-sträng genom klyvningen.
Passagen av den andra DNA-strängen genom den delade strängen uppnås tack vare en konformationstransformation av enzymet, som producerar öppningen av DNA-dubbelspiralen..
Sedan återgår topoisomeras I till sin ursprungliga konformation och binder de klyvade ändarna igen. Detta inträffar genom en process som är invers mot nedbrytningen av DNA-kedjan vid enzymets katalytiska plats. Slutligen frigör topoisomeras DNA-strängen.
Graden av DNA-ligering är högre än excisionshastigheten, vilket säkerställer molekylens stabilitet och genomets integritet..
Sammanfattningsvis katalyserar typ I topoisomeras:
Typ II-topoisomeraser är dimera enzymer, som klyver båda DNA-strängarna och därmed slappnar av superspolar som genereras under transkription och andra cellulära processer.
Dessa enzymer behöver magnesium (Mg++) och behöver också den energi som kommer från nedbrytningen av ATP-trifosfatbindningen, som de utnyttjar tack vare ett ATPas.
Humana topoisomeraser II liknar mycket jäst (Saccharomyces cerevisiae), som består av två monomerer (underfragment A och B). Varje monomer har en ATPas-domän och i ett underfragment det aktiva stället tyrosin 782, till vilket DNA kan binda. Således kan två DNA-strängar bindas till topoisomeras II..
Verkningsmekanismen för topoisomeras II är densamma som den som beskrivs för topoisomeras I, med tanke på att två DNA-strängar är delade och inte bara en..
Vid det aktiva stället för topoisomeras II, ett fragment av dubbel helix av DNA, kallat "fragment G". Detta fragment skärs ut och hålls samman till det aktiva stället genom kovalenta bindningar..
Därefter låter enzymet ett annat DNA-fragment, kallat "T-fragment", passera genom det klyvda fragmentet "G", tack vare en konformationsförändring av enzymet, som är beroende av hydrolysen av ATP.
Topoisomeras II binder de båda ändarna av "G-fragmentet" och återhämtar slutligen sitt ursprungliga tillstånd och frigör "G" -fragmentet. DNA slappnar sedan av torsionsspänningen, vilket gör att replikerings- och transkriptionsprocesser kan inträffa..
Det humana genomet har fem topoisomeraser: top1, top3α, top3β (av typ I); och top2a, top2p (av typ II). De mest relevanta humana topoisomeraserna är top1 (typ IB topoisomeras) och 2α (typ II topoisomeras).
Eftersom de processer som katalyseras av topoisomeraser är nödvändiga för cellernas överlevnad, är dessa enzymer ett bra attackmål för att påverka maligna celler. Av denna anledning anses topoisomeraser vara viktiga vid behandling av många humana sjukdomar..
Läkemedel som interagerar med topoisomeraser studeras för närvarande allmänt som kemoterapeutiska substanser mot cancerceller (i olika organ i kroppen) och patogena mikroorganismer..
Läkemedel som hämmar topoisomerasaktivitet kan:
Stabilisering av det övergående komplexet som bildas genom bindning av DNA till tyrosinet på enzymets katalytiska plats förhindrar bindningen av de klyvda fragmenten, vilket kan leda till celldöd.
Föreningar som inhiberar topoisomeraser inkluderar följande.
Antibiotika används mot cancer, eftersom de hindrar tumörceller från att växa, vanligtvis genom att störa deras DNA. Dessa kallas ofta antineoplastiska (cancer) antibiotika. Actinomycin D, till exempel, påverkar topoisomeras II och används i Wilms-tumörer hos barn och rabdomyosarkom.
Antracykliner är bland antibiotika ett av de mest effektiva cancerläkemedlen och med det bredaste spektrumet. De används för att behandla lungcancer, äggstockar, livmoder, mage, urinblåsa, bröst, leukemi och lymfom. Det är känt att påverka topoisomeras II genom interkalering i DNA.
Den första antracyklin som isolerats från en aktinobakterie (Streptomyces peucetius) var daunorubicin. Senare syntetiserades doxorubicin i laboratoriet och för närvarande används också epirubicin och idarubicin.
Antrakinoner eller antracendioner är antracen-härledda föreningar, liknande antracykliner, som påverkar topoisomeras II-aktivitet genom interkalering i DNA. De används för metastaserande bröstcancer, icke-Hodgkins lymfom (NHL) och leukemi..
Dessa läkemedel hittades i pigmenten hos vissa insekter, växter (frangula, senna, rabarber), lavar och svampar; liksom hoelit, som är ett naturligt mineral. Beroende på din dos kan de vara cancerframkallande.
Bland dessa föreningar har vi mitoxantron och dess analog, losoxantron. Dessa förhindrar spridning av maligna tumörceller och bindas till DNA irreversibelt.
Podofyllotoxiner, såsom epidophyllotoxins (VP-16) och teniposide (VM-26), bildar ett komplex med topoisomeras II. De används bland annat mot lungcancer, testiklar, leukemi, lymfom, äggstockscancer, bröstkarcinom och maligna intrakraniella tumörer. De är isolerade från växter Podophyllum notatum Y P. peltatum.
Kampoteciner är föreningar som hämmar topoisomeras I, inklusive irinotekan, topotekan och diflomotekan..
Dessa föreningar har använts mot kolon-, lung- och bröstcancer och erhålls naturligt från barken och bladen från den arboreala arten. Camptotheca acuminata av de kinesiska corniceasna och Tibet.
Strukturella förändringar av topoisomeraser I och II kan också inträffa helt naturligt. Detta kan hända under vissa händelser som påverkar din katalytiska process.
Dessa förändringar innefattar bildandet av pyrimidindimerer, kvävebasfel och andra händelser orsakade av oxidativ stress..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.