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DNA-Ligase III

Synonym: DNA-Ligase 3
Englisch: DNA ligase 3, LIG3

1 Definition

Die DNA-Ligase III ist eine ATP-abhängige Ligase in Vertebraten. Sie verbindet DNA-Stränge als letzten Schritt der Einzelstrangbruch- und Basenexzisionsreparatur.

2 Genetik

Die DNA-Ligase III wird beim Menschen durch das Gen LIG3 codiert. Es befindet sich auf Chromosom 17 an Genlokus q12 und besteht aus 22 Exons.

Anders als DNA-Ligase I und DNA-Ligase IV, ist die DNA-Ligase III nicht in allen Eukaryoten verbreitet, sondern konnte bisher nur in Vertebraten nachgewiesen werden.

3 Struktur

Die Struktur der DNA-Ligase III ist der der DNA-Ligase I und DNA-Ligase IV sehr ähnlich. Sie besitzt die klassischen drei Domänen:

Zusätzlich besitzt sie aber am N-Terminus eine weitere Zinkfinger-Domäne, die direkt in die Lücken innerhalb der DNA binden können. Diese Domäne scheint nicht absolut erforderlich zu sein, um DNA-Stränge zu verbinden, ermöglicht der Ligase aber die Reparatur von komplexeren DNA Strukturen.[1]

Alternatives Splicing des LIG3-Gens führt zur Entstehung von vier verschiedenen Formen der DNA-Ligase III, die sich in der Zell-Lokalisation unterscheiden:

Proteinname Lokalisation Aminosäuren
DNA-Ligase IIIα Nukleus 922
DNA-Ligase IIIα Mitochondrien 1009
DNA-LigaseIIIβ Mitochondrien 949
DNA-Ligase IIIβ Nukleus 862

4 Biochemie

Die Enzymatik entspricht der der anderen Ligasen. Die Reaktion 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]

5 Funktion

5.1 DNA-Ligase IIIα (Nukleus)

Diese Form der Ligase besitzt vor allem Reparaturfunktionen in der Einzelstrangreparatur und Basenexzisionsreparatur. Durch die funktionelle Redundanz zur DNA-Ligase I, können beide die Lücken innerhalb der Nukleotidexzisionsreparatur verschließen. Ist die DNA-Ligase I defekt, ist die Reparatur komplett von der DNA-Ligase III abhängig. Diese wird durch XRCC1 gebunden und an der richtigen Stelle positioniert.

5.2 DNA-Ligase IIIα (Mitochondrien)

Dieses Protein trägt eine zusätzliche Mitochondrial Leader Sequence (MLS) um in die Mitochondrien zu gelangen. Die DNA-Ligase III ist die einzige Ligase innerhalb der Mitochondrien. Die Reaktion ist unabhängig von XRCC1, da dieses nicht in die Mitochondrien transportiert werden kann.

5.3 DNA-Ligase IIIβ (Nukleus)

Diese Splicevariante konnte bisher nur in Keimzellen identifiziert werden. Die genaue Funktion ist derzeit noch ungeklärt (2018), es wird aber vermutet, dass die Ligase an der homologen Rekombination während der Spermatogenese beteiligt ist.[3]

6 Quellen

  1. Ellenberger, T. & Tomkinson, A. E. Eukaryotic DNA ligases: structural and functional insights. Annu Rev Biochem 77, 313-338, doi:10.1146/annurev.biochem.77.061306.123941 (2008).
  2. Howes, T. R. & Tomkinson, A. E. DNA ligase I, the replicative DNA ligase. Subcell Biochem 62, 327-341, doi:10.1007/978-94-007-4572-8_17 (2012).
  3. Tomkinson, A. E. & Sallmyr, A. and function of the DNA ligases encoded by the mammalian LIG3 gene. Gene 531, 150-157, doi:10.1016/j.gene.2013.08.061 (2013).

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