DNA-Glykosylase
Englisch: DNA glycosylase
1. Definition
DNA-Glykosylasen sind Enzyme, die bei der Basen-Exzisionsreparatur zum Einsatz kommen. Sie erkennen zahlreiche Modifikationen von Nukleinbasen und entfernen die gesamte Base durch hydrolytische Spaltung.
2. Mechanismus
2.1. Genereller Mechanismus
Trotz der strukturellen Vielfalt der identifizierten DNA-Glykosylasen zeigen alle den gleichen Reparaturmechanismus. Nach Bindung an den beschädigten Strang wird die betreffende Base in eine Bindungstasche herausgedreht, die das aktive Zentrum enthält. Die spezifische Struktur dieser Taschen erlaubt auch die Detektion kleiner Basenveränderungen. Eine erfolgreiche Bindung führt zur Spaltung der N-glykosidischen Bindung.[1]
2.2. Monofunktionale und bifunktionale Glykosylasen
DNA-Glykosylasen können monofunktional oder bifunktional sein. Monofunktionale Glykosylasen katalysieren die hydrolytische Spaltung der N-glykosidischen Bindung in einem Schritt. Bifunktionale Glykosylasen bilden ein kovalent gebundenes Zwischenprodukt und führen zusätzlich zum 3’- Einschnitt der DNA.
2.3. Identifikation der Basenmodifikationen
Jede menschliche Zelle wird täglich mit durchschnittlich 10.000 Basenmodifikationen konfrontiert. Die Basen-Exzisionsreparatur kann diese mit hoher Effizienz beseitigen. Die meisten dieser Basen-Derivate sorgen jedoch nicht für eine Strukturveränderung der Doppelhelix. Der Mechanismus, wie Glykosylasen eine einzelne Veränderung identifizieren, ist weitgehend ungeklärt. Einige Studienergebnisse unterstützen jedoch einen scannenden Mechanismus: Glykosylasen sind unspezifisch mit der DNA verbunden und bewegen sich auf ihr entlang, bis sie auf eine veränderte Base treffen.[2]
3. Klassifikation
Glykosylasen gehören zur Enzymklasse der Hydrolasen. Sie spalten die N-glykosydische Bindung zwischen Nukleinbase und Desoxyribose, was zur Bildung einer Apyrimidin/Apurin-Stelle (Englisch "Ap-Site") führt.
3.1. Klassifikation aufgrund struktureller Ähnlichkeiten
DNA-Glykosylasen werden aufgrund ihrer strukturellen Ähnlichkeiten in folgende Superfamilien eingeteilt:
- UDG (Uracil-DNA-Glykosylasen)
- AAG (Alkyladenin-DNA-Glykosylasen)
- MutM/Fpg (Orthologe der bakteriellen 8-Oxoguanin-DNA-Glykosylase)
- HhH-GPD (Besitz eines Helix-Hairpin-Helix-Motivs, gefolgt von einem Glycin/Prolin-Loop)
3.2. Liste aller DNA-Glykosylasen des Menschen
| Genname (Homo sapiens) | Abkürzung | Synonyme | Entrez ID | Substrat |
|---|---|---|---|---|
| Uracil-N-Glycosylase | hUNG1 | UDG | 7374 | Uracil in ssDNA und dsDNA |
| Uracil-N-Glycosylase 2 | hUNG2 | - | 7374 | Uracil in ssDNA und dsDNA |
| Single-strand-selective monofunctional uracil-DNA-Glycosylase 1 | hSMUG1 | FDG, UNG3, hMUDG | 23583 | Uracil in ssDNA und dsDNA |
| Thymin-DNA-Glycosylase | hTDG | - | 6996 | Pyrimidin Derivate in Fehlpaarungen |
| Methyl-CpG binding domain 4, DNA glycosylase | hMBD4 | MED1 | 8930 | Pyrimidine Derivate in Fehlpaarungen |
| N-Methylpurin-DNA-Glycosylase | hMPG | hAAG | 4350 | Alkylierte Purine |
| 8-Oxoguanin-DNA-Glycosylase | hOGG1 | HMMH, MUTM, OGH1, HOGG1 | 4968 | Oxidativer Basenschaden durch 8-OxoG |
| MutY-DNA-Glycosylase | hMYH | - | 4595 | Entfernt Adenin aus Fehlpaarungen mit Guanin, Cytosin, 8-OxoG |
| Nth like DNA glycosylase 1 | hNTHL1 | FAP3, NTH1, OCTS3, hNTH1 | 4913 | Fragmentierte Purine, oxidierte Pyrimidine |
| Nei like DNA glycosylase 1 | NEIL1 | FPG1, NEI1, hFPG1 | 79661 | Oxidierte Pyrimidine |
| Nei like DNA glycosylase 2 | NEIL2 | NEH2, NEI2 | 252969 | Oxidierte Pyrimidine |
| Nei like DNA glycosylase 3 | NEIL3 | NEI3, ZGRF3, hFPG2; hNEI3 | 55247 | Pyrimidine |
4. Quellen
- ↑ Jacobs, Angelika L., and Primo Schär. DNA Glycosylases: In DNA Repair and beyond. Chromosoma 121.1 (2012): 1–20. PMC. Web. 29 Jan. 2018.
- ↑ J Christopher Fromme, Anirban Banerjee, Gregory L Verdine: DNA glycosylase recognition and catalysis. Current Opinion in Structural Biology, Volume 14, Issue 1, 2004, Pages 43-49.