ATP-dependent DNA ligases
ATP-dependent DNA ligases Ina V Martin, Stuart A MacNeill Genome Biology 2002 3(4): reviews3005.1-3005.7 http://genomebiology.com/2002/3/4/reviews/3005
By catalyzing the joining of breaks in the phosphodiester backbone of duplex ДНК, ДНК ligases play a vital role in the diverse processes of ДНК replication, recombination и repair. Three related classes of ATP-dependent ДНК ligase are readily apparent in eukaryotic cells. Enzymes of each class comprise catalytic и non-catalytic domains together with additional domains of varying function. ДНК ligase I is required for the ligation of Okazaki fragments during lagging-strand ДНК synthesis, as well as for several ДНК-repair pathways; these functions are mediated, at least in part, by interactions between ДНК ligase I и the sliding-clamp protein PCNA. ДНК ligase III, which is unique to vertebrates, functions both in the nucleus и in mitochondria. Two distinct isoforms of this enzyme, differing in their carboxy-terminal sequences, are produced by alternative splicing: ДНК ligase IIIα has a carboxy-terminal BRCT domain that interacts with the mammalian ДНК-repair factor XrccI, but both α и β isoforms have an amino-terminal zinc-finger motif that appears to play a role in the recognition of ДНК secondary structures that resemble intermediates in ДНК metabolism. ДНК ligase IV is required for ДНК non-homologous end joining pathways, including recombination of the V(D)J immunoglobulin gene segments in cells of the mammalian immune system. ДНК ligase IV forms a tight complex with Xrcc4 through an interaction motif located between a pair of carboxy-terminal BRCT domains in the ligase. Recent structural studies have shed light on the catalytic function of ДНК ligases, as well as illuminating protein-protein interactions involving ДНК ligases IIIα и IV. (Рис.1.) \| Domain structures of ATP-dependent ligases (Рис.2.) \| Structures of ATP-dependent ДНК ligases	ДНК ligases большое семейство эволюционно родственных белков, которое играет важную роль в широком круге ДНК трансакций, включая репликацию хромосомной ДНК, репарацию и рекомбинацию ДНК. По предпочтению кофакторов лигазы подразделяются на два подсемейства. Большинство eubacterial энзимов использует NAD⁺ в качестве кофактора. Большинство эукариотических ДНК ligases, вместе с archaeal и bacteriophage энзимами, попадают во второе подсемейство; эти энзимы используют АТФ в качестве кофактора. Gene organization и evolutionary history Клетки позвоночных кодируют 3 хорошо охарактеризованные ДНК ligases - ДНК ligases I, III и IV - которые, по-видимому, происходят от общего родоначального nucleotidyltransferase энзима. ДНК ligase I , по-видимому, законсервирована у всех эукариот: ортологи идентифицированы и охарактеризованы у таких различных организмов как дрожжи и млекопитающие, они играют важную роль с репликауии, репарации и рекомбинации ядерной ДНК. У почкующихся дрожжей форма ДНК ligase I также функционирует в репликации и репарации митохондриальной ДНК, эту роль у высших эукариот выполняет ДНК ligase III. Этот последний энзим, обнаружен только у позвоночных, присутствует в ядре, где он участвует в репарации ДНК и вообще в мейотической рекомбинации meiotic recombination. Подобно ДНК ligase I, ligase IV также, скорее всего, законсервирована у всех эукариот: ортологи ДНК ligase IV идентифицированы и охарактеризованы у дрожжей, высших растений и позвоночных. Characteristic structural features Domain structures Все эукариотические АТФ-зависимы ДНК ligases сходны по последовательностям и структуре. Рис. 1 дает схематическое представление о доменовой структуре ДНК ligases I, III и IV из эукариотических клеток по сравнению с др. членами семейства. За исключением атипически малого PBCV-1 вирусного энзима, два белковых домена общи всем членам семейства. Каталитический домен (CD) представлен 6 законсервированными мотивами (I, III, IIIa, IV, V-VI) , которые характеризуют семейство родственных nucleotidyltransferases, включая эукариотические GTP-dependent mRNA-capping энзимы и eubacterial NAD⁺-зависимые лигазы. Мотив I содержит лизиновый остаток, который аденилируется на первой ступени реакции ligation. Большинство энзимов, показанных на Рис. 1 содержит также не-каталитический домен (NCD) , который законсервирован, хотя и слабо, между разными членами семейства. Его функция неизвестна. Помимо CD и NCD доменов, ядерная ДНК ligase I от разных видов содержит N-терминальный домен варьирующей длины и низкой консервацией последовательностей, который содержит nuclear localization sequence (NLS) и, на самом N-конце законсервированный PCNA-binding motif (PBM) типа, впервые идентифицированного у млекопитающих в ингибиторе репликации ДНК p21^Cip1 . PCNA (proliferating cell nuclear antigen) лучше известен как ДНК polymerase processivity фактор, но растет число доказательств. что он играет важную роль в координации межбелковых взаимодействий на ДНК. PBM обнаружен на N-конце ядерной ДНК ligase I дрожжей и позвоночных, как и в ряде др. факторах репликации и репарации ДНК, таких как большая субъединица 'clamp loader' replication factor C (RF-C), который загружает PCNA на ДНК, и нуклеаза FEN1 . В почкующихся дрожжах, используются различные стартовые кодоны в результате транслокации определенных ядерных и митохондриальных изо-форм ДНК ligase I белка Cdc9 . Трансляция с первого AUG дает пре-протеин с N-терминальными митохондриальными targeting sequence (MTS). Этот пре-протеин локализуется в митохондриях, после чего MTS отщепляется с помощью митохондриальной пептидазы. Ядерная форма белка, в которой отсутствует MTS, транслируется с внутреннего in-frame AUG. Ген ДНК ligase III использует сходный механизм для продукции ядернго и митохондриального белков. В дополнение, альтернативный сплайсинг пре-мРНК дает изоформы ДНК ligases IIIα и IIIβс разными С-терминальными последовательностями. ДНК ligase IIIα более длинная: на ее С-конце имеется BRCT домен (BRCA carboxy-terminal-related domain), автономно упаковывающийся белковый модуль примерно в 95 аминокислот, который впервые идентифицирован в С-терминальной области BRCA1 опухолевого супрессорного белка, но который был также обнаружен у ряда белков, участвующих в репликации ДНК , ДНК репарации и checkpoint функциях. Этот домен отсутствует в ДНК ligase IIIβ, экспрессия которой ограничена тканями зародышевой линии. Обе изоформы ДНК ligase III включают предполагаемый zinc-finger motif (ZnF), расположенный N-терминальнее доменов NCD и CD. Мотив ZnF имеет существенное сходство последовательностей с цинковыми пальчиками, присутствующими в отвечающем на ДНК-повреждения факторе poly(ADP-ribose) polymerase, и м. облегчать связывание с ДНК вторичных структурных элементов, таких, которые м. обнаруживаться в местах метаболизма повреждений ДНК. ДНК ligase IV характеризуются длинными С-терминальными расширениями, представленными двумя BRCT доменами. Домены BRCT разделены с помощью короткой линкерной последовательности примерно в 100 аминокислот, которые соеджат законсервированный сайт связывания для ДНК ligase IV связывающего белка Xrcc4. Three-dimensional structures Хотя трехмерная структура известна только одной эукариотической ДНК ligase, кодируемой вирусом PBCV-1, структура T7 ligase бактериофага также установлена. Неожиданно, структуры обнаружили высокую степень сходства несмотря на низкий уровень сходства первичных последовательностей (Рис. 2a,2b). Каждый белок представлен двумя отдельными суб-доменами: большой N-терминальный суб-домен ('domain 1') и малый С-терминальный суб-домен ('domain 2').АТФ-связывающий сайт энзима расположен в промежутке между двумя суб-доменами. Структура каталитического ядра сходна с таковой eubacterial NAD⁺-зависимых лигаз и эукариотических GTP-dependent mRNA capping энзимов, что отражает их общую эволюционную историю. Домен 1 (Рис. 2b) состоит из двух антипараллельных β листков, фланкированных спиралями, тогда как домен 2 состоит из 5-нитчатого β barrel и одиночной спирали и объясняет OB (oligonucleotide binding) складку, обнаруживаемую в широком круге белков, связывающих нуклеиновые кислоты, таких как однонитчатый ДНК связывающий фактор RPA. С-терминальный BRCT домен ДНК ligase IIIα был исследован с помощью NMR . Эта область белка участвует в связывании с фактором репарации ДНК Xrcc1. Структура (Рис. 2c) представлена листком из четырех параллельных β нитей с двумя-α-спиральными пучками и обнаруживает существенное сходство с др. BRCT доменами, такими как те. что у самого Xrcc1, хотя последний имеет дополнительную спираль, расположенную на противоположной стороне β листка (α2 Рис. 2d). Структра Xrcc4-взаимодействующей области ДНК ligase IV определна, в комплексе с Xrcc4 гомодимером. Сам белок Xrcc4 имеет глобулярную N-терминальный головной домен, сопрождаемый длинным спиральным хвостом(Рис. 2e). На кристаллической структуре, одиночный пептид, происходящий из ДНК ligase IV (соответствующий 36 аминокислотам, локализованным между С-терминальными BRCT доменами) взаимодействует одновременно со спиральными хвостами обоих мономеров, но асимметричным способом. Пептидные складки в slab-подобный мотив - представляющие β шпильку, соседствующую с короткой αспиралью (Рис. 2f) - которая лежит поперек поверхности соседних хвостов Xrcc4 мономеров. Enzyme mechanism АТФ-зависимые ДНК ligases катализируют соединение однонитчатых разрывов (nicks) в phosphodiester backbone двунитчатой ДНК в трехступенчатом механизме. Первая ступень в реакции ligation - формирование ковалентногоэнзим-АМФ комплекса. Кофактор АТФ расщепляется на pyrophosphate и АМФ, при этом АМФ оказывается ковалентно связанным с высоко законсервированным лизиновым остатком в активном сайте лигазы. Активированный остаток АМФ переносится на 5' фосфат nick, прежде чем nick будут запечатаны образованием phosphodiester-связей и прежде элиминации АМФ. Реакция катализируется с помощью NAD⁺-зависимой eubacterial лигазы в основном идентична, но инициальное образование промежуточных структур энзим-AMФ вызывает разрушение NAD⁺ и высвобождение nicotinamide mononucleotide (NMN) скорее. чем pyrophosphate; хотя эти две группы энзимов относятся к одному и тому же семейству nucleotidyl transferases, они практически не обнаруживают сходства белковых последовательностей вне каталдитического ядра. Nuclear ДНК ligase function ДНК ligase I играет жизненно важную роль во время репликации ДНК а также в некоторых путях репарации ДНК. У эукариот,как и eubacteria, репликация происходит полу-discontinuous способом, с lagging нитью, синтезируемой как серии дискретных фрагментов Okazaki, которые сначала подвергаются процессингу, а затем соединяются с помощью ДНК ligase I формируя непрерывную нить ДНК. Линия клеток человке 46BR.1G1, которая дефектна по функции ДНК ligase I, обнаруживает аномальное соединеник фрагментов Okazaki во время S фазы клеточного цикла, дефект м.б. устранен добавлением экзогенного ДНК ligase I белка. Сходные фенотипы обнарживаются в дрожжевых клетках, дефектных по ДНК ligase I. Функция ДНК ligase I обспечивается с помощью ее взаимодействия с PCNA. Как показано на Рис. 1, N-конец ДНК ligase I белка имеет p21^Cip1-типа PCNA-связывающий мотив, который необходим для локализации ДНК ligase I белка в так наз. репликационной фактории внутри ядер S-phase клеток. (По этой причине PBM иногда обозначается как 'replication factory targeting sequence', RFTS.) PBM также, по-видимому, играет роль в регуляции статуса фосфорилирования ДНК ligase I в клетках людей. По крайней мере, один остаток в ДНК ligase I (Ser66) человека фосфорилируется в зависимости от клеточного цикла; дефосфорилирование энзима в ранней G1 зависит от того, направлен ли он в ядро, а также от присуствия интактного PBM. В ядре, ДНК ligase III , по-видимому, функционирует только при репарации ДНК и, возможно, рекомбинации. ДНК ligase IIIα формирует гетеромерные комплексы с Xrcc1, двумя белками, взаимодействующими посредством своих С-терминальных BRCTмодулей (Рис. 2). Этот комплекс функционирует на базе эксцизионной репарации. Функция ДНК ligase IIIβ, в которой отсутствует BRCT домен и которая, следовательно, не м. связывать Xrcc1, и чья экспрессия ограничивается только тканями зародышевой линии, неизвестна. ДНК ligase IV, которая является исключительно ядерной, функционирует в процессе ДНК non-homologous end joining (NHEJ). NHEJ является принципиальным механизмом, с помощью которого клетки млекопитающих репарируют разрывы двойной нити ДНК, вызывается воздействием ионизирующей радиации или некоторых классов химических мутагенов. У млекопитающих, NHEJ также необходим для V(D)J рекомбинации. ДНК ligase IV формирует комплекс с Xrcc4. Предполагается, что Xrcc4 функционирует для стабилизации ДНК ligase IV белка, чтобы стимулировать его активность и чтобы направлять белок к месту двойного разрыва ДНК. Мыши, не имеющие ДНК ligase IV обнаруживают эмбриональную летальность, указывающую на то, что энзим обладает важной функцией для раннего развития. Mitochondrial ДНК ligase function У позвоночных, обе изоформы ДНК ligase III, по-видимому, способны направляться в митохондрии , а также в ядро, это и обеспечивает то, что оба энзима участвуют и в репликации и репарции митохондриальной ДНК. Следует отметить, однако, что нет доказательств того, что Xrcc1, ядерный связывающий партнер ДНК лигазы IIIα, присутствует в митохондриях, возможно, что др. факторы м. взаимодействовать с ДНК ligase IIIα в этом компартменте. Как уже отмечалось ДНК ligase IIIβ ограничена тканями зародышевой линии. У почкующихся дрожжей, у которых отсутствует ДНК ligase III, их ДНК ligase I выполняет двойную роль в ядре и митохондриях. В митохондриях Cdc9 белок, по-видимому, необходим как для репликации ДНК так и для репарации поврежденной ДНК, включая репарацию двунитчатых разрывов. Как у дрожжей, так и в клетках позвоночных ДНК ligase IV, по-видимому, не играет роли в митохондриях.

ДНК ligases большое семейство эволюционно родственных белков, которое играет важную роль в широком круге ДНК трансакций, включая репликацию хромосомной ДНК, репарацию и рекомбинацию ДНК. По предпочтению кофакторов лигазы подразделяются на два подсемейства. Большинство eubacterial энзимов использует NAD⁺ в качестве кофактора. Большинство эукариотических ДНК ligases, вместе с archaeal и bacteriophage энзимами, попадают во второе подсемейство; эти энзимы используют АТФ в качестве кофактора.

Gene organization и evolutionary history

Клетки позвоночных кодируют 3 хорошо охарактеризованные ДНК ligases - ДНК ligases I, III и IV - которые, по-видимому, происходят от общего родоначального nucleotidyltransferase энзима. ДНК ligase I , по-видимому, законсервирована у всех эукариот: ортологи идентифицированы и охарактеризованы у таких различных организмов как дрожжи и млекопитающие, они играют важную роль с репликауии, репарации и рекомбинации ядерной ДНК. У почкующихся дрожжей форма ДНК ligase I также функционирует в репликации и репарации митохондриальной ДНК, эту роль у высших эукариот выполняет ДНК ligase III. Этот последний энзим, обнаружен только у позвоночных, присутствует в ядре, где он участвует в репарации ДНК и вообще в мейотической рекомбинации meiotic recombination. Подобно ДНК ligase I, ligase IV также, скорее всего, законсервирована у всех эукариот: ортологи ДНК ligase IV идентифицированы и охарактеризованы у дрожжей, высших растений и позвоночных.

Characteristic structural features
Domain structures

Все эукариотические АТФ-зависимы ДНК ligases сходны по последовательностям и структуре. Рис. 1 дает схематическое представление о доменовой структуре ДНК ligases I, III и IV из эукариотических клеток по сравнению с др. членами семейства. За исключением атипически малого PBCV-1 вирусного энзима, два белковых домена общи всем членам семейства. Каталитический домен (CD) представлен 6 законсервированными мотивами (I, III, IIIa, IV, V-VI) , которые характеризуют семейство родственных nucleotidyltransferases, включая эукариотические GTP-dependent mRNA-capping энзимы и eubacterial NAD⁺-зависимые лигазы. Мотив I содержит лизиновый остаток, который аденилируется на первой ступени реакции ligation. Большинство энзимов, показанных на Рис. 1 содержит также не-каталитический домен (NCD) , который законсервирован, хотя и слабо, между разными членами семейства. Его функция неизвестна.

Помимо CD и NCD доменов, ядерная ДНК ligase I от разных видов содержит N-терминальный домен варьирующей длины и низкой консервацией последовательностей, который содержит nuclear localization sequence (NLS) и, на самом N-конце законсервированный PCNA-binding motif (PBM) типа, впервые идентифицированного у млекопитающих в ингибиторе репликации ДНК p21^Cip1 . PCNA (proliferating cell nuclear antigen) лучше известен как ДНК polymerase processivity фактор, но растет число доказательств. что он играет важную роль в координации межбелковых взаимодействий на ДНК. PBM обнаружен на N-конце ядерной ДНК ligase I дрожжей и позвоночных, как и в ряде др. факторах репликации и репарации ДНК, таких как большая субъединица 'clamp loader' replication factor C (RF-C), который загружает PCNA на ДНК, и нуклеаза FEN1 .

В почкующихся дрожжах, используются различные стартовые кодоны в результате транслокации определенных ядерных и митохондриальных изо-форм ДНК ligase I белка Cdc9 . Трансляция с первого AUG дает пре-протеин с N-терминальными митохондриальными targeting sequence (MTS). Этот пре-протеин локализуется в митохондриях, после чего MTS отщепляется с помощью митохондриальной пептидазы. Ядерная форма белка, в которой отсутствует MTS, транслируется с внутреннего in-frame AUG.

Ген ДНК ligase III использует сходный механизм для продукции ядернго и митохондриального белков. В дополнение, альтернативный сплайсинг пре-мРНК дает изоформы ДНК ligases IIIα и IIIβс разными С-терминальными последовательностями. ДНК ligase IIIα более длинная: на ее С-конце имеется BRCT домен (BRCA carboxy-terminal-related domain), автономно упаковывающийся белковый модуль примерно в 95 аминокислот, который впервые идентифицирован в С-терминальной области BRCA1 опухолевого супрессорного белка, но который был также обнаружен у ряда белков, участвующих в репликации ДНК , ДНК репарации и checkpoint функциях. Этот домен отсутствует в ДНК ligase IIIβ, экспрессия которой ограничена тканями зародышевой линии. Обе изоформы ДНК ligase III включают предполагаемый zinc-finger motif (ZnF), расположенный N-терминальнее доменов NCD и CD. Мотив ZnF имеет существенное сходство последовательностей с цинковыми пальчиками, присутствующими в отвечающем на ДНК-повреждения факторе poly(ADP-ribose) polymerase, и м. облегчать связывание с ДНК вторичных структурных элементов, таких, которые м. обнаруживаться в местах метаболизма повреждений ДНК.

ДНК ligase IV характеризуются длинными С-терминальными расширениями, представленными двумя BRCT доменами. Домены BRCT разделены с помощью короткой линкерной последовательности примерно в 100 аминокислот, которые соеджат законсервированный сайт связывания для ДНК ligase IV связывающего белка Xrcc4.

Three-dimensional structures

Хотя трехмерная структура известна только одной эукариотической ДНК ligase, кодируемой вирусом PBCV-1, структура T7 ligase бактериофага также установлена. Неожиданно, структуры обнаружили высокую степень сходства несмотря на низкий уровень сходства первичных последовательностей (Рис. 2a,2b). Каждый белок представлен двумя отдельными суб-доменами: большой N-терминальный суб-домен ('domain 1') и малый С-терминальный суб-домен ('domain 2').АТФ-связывающий сайт энзима расположен в промежутке между двумя суб-доменами. Структура каталитического ядра сходна с таковой eubacterial NAD⁺-зависимых лигаз и эукариотических GTP-dependent mRNA capping энзимов, что отражает их общую эволюционную историю. Домен 1 (Рис. 2b) состоит из двух антипараллельных β листков, фланкированных спиралями, тогда как домен 2 состоит из 5-нитчатого β barrel и одиночной спирали и объясняет OB (oligonucleotide binding) складку, обнаруживаемую в широком круге белков, связывающих нуклеиновые кислоты, таких как однонитчатый ДНК связывающий фактор RPA.

С-терминальный BRCT домен ДНК ligase IIIα был исследован с помощью NMR . Эта область белка участвует в связывании с фактором репарации ДНК Xrcc1. Структура (Рис. 2c) представлена листком из четырех параллельных β нитей с двумя-α-спиральными пучками и обнаруживает существенное сходство с др. BRCT доменами, такими как те. что у самого Xrcc1, хотя последний имеет дополнительную спираль, расположенную на противоположной стороне β листка (α2 Рис. 2d).

Структра Xrcc4-взаимодействующей области ДНК ligase IV определна, в комплексе с Xrcc4 гомодимером. Сам белок Xrcc4 имеет глобулярную N-терминальный головной домен, сопрождаемый длинным спиральным хвостом(Рис. 2e). На кристаллической структуре, одиночный пептид, происходящий из ДНК ligase IV (соответствующий 36 аминокислотам, локализованным между С-терминальными BRCT доменами) взаимодействует одновременно со спиральными хвостами обоих мономеров, но асимметричным способом. Пептидные складки в slab-подобный мотив - представляющие β шпильку, соседствующую с короткой αспиралью (Рис. 2f) - которая лежит поперек поверхности соседних хвостов Xrcc4 мономеров.

Enzyme mechanism

АТФ-зависимые ДНК ligases катализируют соединение однонитчатых разрывов (nicks) в phosphodiester backbone двунитчатой ДНК в трехступенчатом механизме. Первая ступень в реакции ligation - формирование ковалентногоэнзим-АМФ комплекса. Кофактор АТФ расщепляется на pyrophosphate и АМФ, при этом АМФ оказывается ковалентно связанным с высоко законсервированным лизиновым остатком в активном сайте лигазы. Активированный остаток АМФ переносится на 5' фосфат nick, прежде чем nick будут запечатаны образованием phosphodiester-связей и прежде элиминации АМФ. Реакция катализируется с помощью NAD⁺-зависимой eubacterial лигазы в основном идентична, но инициальное образование промежуточных структур энзим-AMФ вызывает разрушение NAD⁺ и высвобождение nicotinamide mononucleotide (NMN) скорее. чем pyrophosphate; хотя эти две группы энзимов относятся к одному и тому же семейству nucleotidyl transferases, они практически не обнаруживают сходства белковых последовательностей вне каталдитического ядра.

Nuclear ДНК ligase function

ДНК ligase I играет жизненно важную роль во время репликации ДНК а также в некоторых путях репарации ДНК. У эукариот,как и eubacteria, репликация происходит полу-discontinuous способом, с lagging нитью, синтезируемой как серии дискретных фрагментов Okazaki, которые сначала подвергаются процессингу, а затем соединяются с помощью ДНК ligase I формируя непрерывную нить ДНК. Линия клеток человке 46BR.1G1, которая дефектна по функции ДНК ligase I, обнаруживает аномальное соединеник фрагментов Okazaki во время S фазы клеточного цикла, дефект м.б. устранен добавлением экзогенного ДНК ligase I белка. Сходные фенотипы обнарживаются в дрожжевых клетках, дефектных по ДНК ligase I. Функция ДНК ligase I обспечивается с помощью ее взаимодействия с PCNA. Как показано на Рис. 1, N-конец ДНК ligase I белка имеет p21^Cip1-типа PCNA-связывающий мотив, который необходим для локализации ДНК ligase I белка в так наз. репликационной фактории внутри ядер S-phase клеток. (По этой причине PBM иногда обозначается как 'replication factory targeting sequence', RFTS.) PBM также, по-видимому, играет роль в регуляции статуса фосфорилирования ДНК ligase I в клетках людей. По крайней мере, один остаток в ДНК ligase I (Ser66) человека фосфорилируется в зависимости от клеточного цикла; дефосфорилирование энзима в ранней G1 зависит от того, направлен ли он в ядро, а также от присуствия интактного PBM.

В ядре, ДНК ligase III , по-видимому, функционирует только при репарации ДНК и, возможно, рекомбинации. ДНК ligase IIIα формирует гетеромерные комплексы с Xrcc1, двумя белками, взаимодействующими посредством своих С-терминальных BRCTмодулей (Рис. 2). Этот комплекс функционирует на базе эксцизионной репарации. Функция ДНК ligase IIIβ, в которой отсутствует BRCT домен и которая, следовательно, не м. связывать Xrcc1, и чья экспрессия ограничивается только тканями зародышевой линии, неизвестна.

ДНК ligase IV, которая является исключительно ядерной, функционирует в процессе ДНК non-homologous end joining (NHEJ). NHEJ является принципиальным механизмом, с помощью которого клетки млекопитающих репарируют разрывы двойной нити ДНК, вызывается воздействием ионизирующей радиации или некоторых классов химических мутагенов. У млекопитающих, NHEJ также необходим для V(D)J рекомбинации. ДНК ligase IV формирует комплекс с Xrcc4. Предполагается, что Xrcc4 функционирует для стабилизации ДНК ligase IV белка, чтобы стимулировать его активность и чтобы направлять белок к месту двойного разрыва ДНК. Мыши, не имеющие ДНК ligase IV обнаруживают эмбриональную летальность, указывающую на то, что энзим обладает важной функцией для раннего развития.

Mitochondrial ДНК ligase function

У позвоночных, обе изоформы ДНК ligase III, по-видимому, способны направляться в митохондрии , а также в ядро, это и обеспечивает то, что оба энзима участвуют и в репликации и репарции митохондриальной ДНК. Следует отметить, однако, что нет доказательств того, что Xrcc1, ядерный связывающий партнер ДНК лигазы IIIα, присутствует в митохондриях, возможно, что др. факторы м. взаимодействовать с ДНК ligase IIIα в этом компартменте. Как уже отмечалось ДНК ligase IIIβ ограничена тканями зародышевой линии.

У почкующихся дрожжей, у которых отсутствует ДНК ligase III, их ДНК ligase I выполняет двойную роль в ядре и митохондриях. В митохондриях Cdc9 белок, по-видимому, необходим как для репликации ДНК так и для репарации поврежденной ДНК, включая репарацию двунитчатых разрывов. Как у дрожжей, так и в клетках позвоночных ДНК ligase IV, по-видимому, не играет роли в митохондриях.