Terminale Desoxyribonukleotidyltransferase
Synonyme: Terminale Transferase, TdT
Englisch: Terminal deoxynucleotidyl transferase, TdT, DNA nucleotidylexotransferase, DNTD, Terminal Addition Enzyme
Definition
Die terminale Desoxyribonukleotidyltransferase, kurz TdT, ist eine Nukleotidyltransferase der Wirbeltiere. Während der V(D)J-Rekombination kann sie ohne DNA-Matrize neue Nukleotide an die 3'-OH Enden der einzelnen Segmente anhängen. Dies ermöglicht die Neuverknüpfung dieser Segmente.
Hintergrund
Die V(D)J-Rekombination ist ein einzigartiger zellulärer Mechanismus, da er Doppelstrangbrüche in die DNA einführt. Dies geschieht kontrolliert an den Genen der Immunglobuline. Dieser regulierte Strangbruch mit anschließender Neuverknüpfung ist die Grundlage für die enorme Vielfalt der Antikörper.
Genetik
Die TdT wird beim Menschen durch das Gen TDT codiert. Dieses befindet sich auf Chromosom 10 an Genlokus q24.1. Es besteht aus 10 Exons.
Struktur
TdT gehört zur X-Familie der DNA-Polymerasen. Dieser gehören unter anderem auch die DNA-Polymerasen λ und μ an, die ebenfalls Aufgaben innerhalb der V(D)J-Rekombination besitzen.
Der Mensch besitzt drei Splicevarianten, die als TdTS (short), TdTL1 (long) und TdTL2 (long) bezeichnet werden. Die langen Varianten besitzen eine zusätzliche 3'-5'-Exonuklease-Aktivität wodurch sie Nukleotide entfernen können. Die kurze Variante katalysiert die Verlängerung der Nukleotidkette. Es gilt als wahrscheinlich, dass dadurch die Länge der synthetisierten Einzelstränge reguliert wird. Alle Splicevarianten müssen präsent sein, um eine effiziente V(D)J-Rekombination durchzuführen.
Biochemie
Die TdT ist die einzige DNA-Polymerase, die ohne Matrize Nukleotide an einen einzelsträngigen DNA-Primer anhängen kann. Der Einbau von Nukleotiden erfolgt zufällig, jedoch existiert eine deutliche Bevorzugung von dGMP und dCMP. Dies führt auch dazu, dass die meisten Immunglobulingene in diesen Regionen einen hohen GC-Gehalt aufweisen.
Funktion
Während der V(D)J-Rekombination werden die DNA-Stränge an definierten Stellen durch die Enzyme RAG1/2 geschnitten. Die Enden liegen nicht komplett frei, sondern bilden eine Haarnadelstruktur mit dem eigenen komplementären Strang aus.
Es werden daraufhin die Proteine der nicht-homologen Endverknüpfung rekrutiert, welche die Stränge wieder miteinander verknüpfen können. Ein Komplex aus DNA-PKcs und Artemis öffnet dazu die Haarnadelstruktur. TdT hängt nun zufällig 2-5 Nukleotide an das 3'-OH Ende jedes Segmentes. Diese können sich nun über Mikrohomologien aneinander anlagern. Ungepaarte Nukleotide werden abgebaut und Lücken durch andere Polymerasen aufgefüllt. Das DNA-Rückgrat wird über XRCC4 und DNA-Ligase IV verschlossen.[1]
Klinische Bedeutung
TdT ist in leukämischen Erkrankungen wie der akuten lymphatischen Leukämie und akuten myeloischen Leukämie überexprimiert. Hohe Proteinlevel korrelieren hier mit einer schlechten Prognose. Dies hat zur Erforschung von TdT-Inhibitoren geführt. Beispielsweise wurden zytotoxische Nukleosidanaloga entwickelt, welche die Einzelstrangsynthese inhibieren. Diese führen jedoch zu starken Nebenwirkungen, weswegen sich die Forschung auf nicht-nukleosidische Inhibitoren fokussiert.[1][2]
Quellen
- ↑ 1,0 1,1 Motea EA, Berdis AJ. Terminal Deoxynucleotidyl Transferase: The Story of a Misguided DNA Polymerase. Biochimica et biophysica acta. 2010;1804(5):1151-1166. doi:10.1016/j.bbapap.2009.06.030.
- ↑ Locatelli, G. A. et al. Diketo hexenoic acid derivatives are novel selective non-nucleoside inhibitors of mammalian terminal deoxynucleotidyl transferases, with potent cytotoxic effect against leukemic cells. Mol Pharmacol 68, 538-550, doi:10.1124/mol.105.013326 (2005)