DNA-Ligase I

Die DNA-Ligase I wird beim Menschen durch das Gen LIG1 codiert. Es befindet sich auf Chromosom 19 am Genlokus q13.33 und besteht aus 29 Exons.

Da DNA-Polymerasen ausschließlich in 5' zu 3' arbeiten, wird bei der DNA-Synthese nur ein DNA-Strang (Leitstrang) kontinuierlich synthetisiert. Am Folgestrang werden nur kurze Abschnitte produziert, die als Okazaki-Fragmente bezeichnet werden. Zwischen diesen Abschnitten liegen immer Lücken, die durch die DNA-Ligase I verschlossen werden.

Die katalytische Region der DNA-Ligase I besteht aus drei Domänen: Eine DNA-bindende Domäne, eine Adenylierungsdomäne und eine OB-Faltungsdomäne. Die nichtkatalytische N-terminale Domäne interagiert mit mehreren Proteinen. Diese Region kann auch an PCNA binden, wodurch die Ligase an die richtige Position während der Replikation gebracht wird. Das gesamte Protein bildet eine ringförmige Struktur aus.^[1]

Während der DNA-Replikation verbindet die DNA-Ligase I die Okazaki-Fragmente am Folgestrang. Dazu bindet sie an PCNA, wodurch ein doppelter Ring um die DNA gebildet und die Ligase korrekt positioniert wird. Ein weiterer wichtiger Faktor ist das PCNA-Beladungsprotein RFC. Die Interaktion wird durch eine Phosphorylierung am N-Terminus der Ligase reguliert.

Die Reaktion der DNA-Ligase I ist ATP-abhängig. Es kommt zur Ausbildung eines kovalent verbundenen AMP-Ligase-Komplexes. Sobald sich die Ligase genau zwischen einem 3'-OH und einem 5'-Phosphat befindet, überträgt sie das AMP auf das 5'-Ende. Schließlich katalysiert die Ligase die Verbindung der beiden Enden, indem das 3'-OH das adenylierte 5'-Ende nukleophil angreift. AMP wird dadurch wieder abgespalten und es kommt zur Ausbildung einer Phosphodiesterbindung.^[2]