Helikase

Zu Beginn der Replikation muss die Helikase die Replikationsstelle(n) erkennen. Dies geschieht bei Prokaryoten, indem das Initiationsprotein DnaA an die DNA-Sequenz des Replikationsursprungs (ori, "origin of replication") bindet. Bei Eukaryoten lagert sich der heterohexamere origin recognition complex (ORC) an. Anschließend wird die Doppelhelix durch die ATP-abhängige Helikase DnaB bzw. bei Eukaryoten durch den MCM-Komplex entwunden und die DNA-Stränge aufgetrennt. Dies geschieht, indem es an einem Strang entlangwandert und dabei den Komplementärstrang verdrängt. Es entsteht die sogenannte Replikationsgabel.

Eine sofortige Reassoziation der Einzelstränge und die Ausbildung intramolekularer Haarnadelschleifen werden durch eine Anlagerung von Einzelstrangbindeproteinen (SSBs) verhindert.

Damit sich die Doppelhelix entwinden kann, rotiert der vor der Replikationsgabel liegende Abschnitt. Die dazu notwendige Umdrehungsgeschwindigkeit hängt von der Syntheserate ab. Spezifische Enzyme, sog. Topoisomerasen, verhindern dabei, dass das gesamte Chromosom rotiert.

• ...nach Substrat: Man unterscheidet zwischen DNA- und RNA-Helikasen.
• ...nach Strangart: Einzelstrang-bindende Typen werden alpha-Helikasen, Doppelstrang-bindende beta-Helikasen genannt.
• ...nach Translokationspolarität: Läuft die Translokation in 3'-5'-Richtung, handelt es sich um Typ A, bei 5'-3'-Richtung um Typ B Helikasen.
• ...nach Sequenzmotiv: Je nach Sequenzmotiv werden Helikasen einer von sechs Superfamilien (Superfamily, SF) zugeordnet. SP1 und 2 enthalten nicht-ringförmige, SP3-6 ringförmige Helikasen. Innerhalb einiger Superfamilien werden die einzelnen Helikasen zusätzlich anhand der oben genannten Eigenschaften eingeteilt.
  • Superfamilie 1 (SF1): Es existieren SF1A und B, wobei alpha-Helikasen zur Untergruppe der SF1A und beta-Helikasen der Untergruppe SF1B zugehören
  • Superfamilie 2 (SF2): Stellt die größte Superfamilie mit der größten Bandbreite zellulärer Prozesse dar
  • Superfamilie 3 (SF3): Ausschließlich alpha-Helikasen (und damit vom Typ A), die vor allem bei verschiedenen DNA-Viren vorkommen
  • Superfamilie 4 (SF4): Ausschließlich beta-Helikasen (Typ B), die des T7-Bakteriophagen ist am besten erforscht
  • Superfamilie 5 (SF5): Diese Gruppe besteht nur aus Rho-Proteinen.
  • Superfamilie 6 (SF6): Zu dieser Gruppe gehören vor allem minichromosome-maintenance-proteins (MCM)

Dem Werner-Syndrom liegt ein Helikase-Defekt zugrunde, der bei Betroffenen im Erwachsenenalter zu einer Progerie (Progeria adultorum) führt. Ursächlich ist ein Defekt des Gens der WRN-Helikase, die an der Erhaltung der genomischen Integrität, Telomerstabilität und der DNA-Reparatur beteiligt ist. Der Defekt äußert sich in einer erhöhten Mutationsrate und Chromosomeninstabilität.

• "Duale Reihe Biochemie" - Joachim Rassow et. al., Thieme-Verlag, 3. Auflage
• Enemark EJ, Joshua-Tor L: On helicases and other motor proteins Curr Opin Struct Biol. 2008
• Singleton MR, Dillingham MS, Wigley DB: Structure and mechanism of helicases and nucleic acid translocases Annu Rev Biochem. 2007