Структура и Активность XPD

Fan, L. et al. XPD helicase structures and activities: insights into the cancer and aging phenotypes from XPD mutations. Cell 133, 789–800 (2008) Article Liu, H. et al. Structure of the DNA repair helicase XPD. Cell 133, 801–812 (2008) Article
Мутации в гене LMNA человека вызывают, по крайней мере, 11 разных наследственных заболеваний, которые обозначаются как laminopathies, от мышечных дистрофий до преждевременного старения (Broers et al.. 2006: Worman and Bonne. 2007). См статью	Мутации гена XPD helicase человека могут вызывать 3 генетических нарушения - склонную к раковому перерождению xeroderma pigmentosum (XP) или болезни старения Cockayne syndrome (CS) или trichothiodystrophy (TTD). Мутации XPD было трудно понять, т.к. фенотип у пациентов не возможно предсказать исходя из положения индивидуальной мутации вдоль линейной последовательности гена; они были в основном одноточечными мутациями, которые иногда локализовались в соседних остатках. Fan et al. и Liu et al. описали кристаллические структуры archaeal XPD, которые вместе с имеющимися биохимическими данными предоставили как молекулярную основу для механизма действия энзима, так и специфическое тестируемое объяснение широкого спектра патологий, которые возникают при мутациях этого гена. XPD является 5' to 3' DNA helicase, которая является существенным компонентом транскрипционного фактора TFIIH, который играет двойную роль в RNA polymerase II-обеспечиваемой инициации транскрипции и в nucleotide excision repair (NER). Хотя активность XPD helicase не нужна для инициации транскрипции, мутации, которые снижают активность XPD helicase вызывают дефекты пути NER. Эукариотический XPD полностью активен только находится в комплексе TFIIH; поэтому и было невозможно отличить мутации, которые нарушают активность helicase непосредственно, от тех, которые дестабилизируют межбелковые взаимодействия, которые важны для активности. Две группы исследователей использовали преимущества archaeal XPD, которая полностью функциональна в отсутствие белковых партнеров. Анализ последовательностей показал, что archaeal XPD содержит XPD-консервативную каталитическую сердцевину, которая состоит из 4-х доменов: двух Rad51/RecA-подобных доменов (HD1 и HD2) с двумя другими доменами (iron-sulphur cluster и Arch домены) , вставленные в HD1. Эти домены содержат 22 из 26 известных сайтов точечных мутаций, вызывающих болезни. Структурный анализ показал, что связывающая с субстратом борозда разделяет HD1 и HD2, а дуга образуется iron-sulphur cluster и Arch доменами. Позиции Arch домена и iron-sulphur cluster домена строго указывают на то, что однонитчатая ДНК связывается в той же самой ориентации, как и в 3' to 5' энзимах и что энзим просто транслоцируется в противоположном направлении. Итак, полярность helicase детерминируется за счет направления транслокации скорее, чем за счет ориентации связывания неуклеиновых кислот. Анализ активностей мутантного энзима показал, что XP мутации картируются вдоль АТФ-связывающего края HD1 и ДНК-связывающего канала HD2, и нарушают активность helicase, которая существенна для NER. Напротив, мутации, которые ммогут вызывать XP и CS нарушают как активность helicase, так и функциональную гибкость (flexibility) HD1-HD2, это, по-видимому,затрагивает межбелковые взаимодействия с TFIIH комплексом. Наконец, TTD мутанты или теряют или сохраняют активность helicase, но картируются в сайтах всех 4-х доменов; эти мутации скорее всего воздействуют на стабильность TFIIH. Какова же роль iron-sulphur cluster? Liu et al. полагают, что кластер является структурным свойством, который стабилизирует малый домен, который физически разделяет нити дуплексной ДНК, тогда как Fan et al. кроме того предполагают, что позиция кластера делает его идеальным кандидатом на роль эффективного сенсора повреждений ДНК.

Мутации гена XPD helicase человека могут вызывать 3 генетических нарушения - склонную к раковому перерождению xeroderma pigmentosum (XP) или болезни старения Cockayne syndrome (CS) или trichothiodystrophy (TTD). Мутации XPD было трудно понять, т.к. фенотип у пациентов не возможно предсказать исходя из положения индивидуальной мутации вдоль линейной последовательности гена; они были в основном одноточечными мутациями, которые иногда локализовались в соседних остатках. Fan et al. и Liu et al. описали кристаллические структуры archaeal XPD, которые вместе с имеющимися биохимическими данными предоставили как молекулярную основу для механизма действия энзима, так и специфическое тестируемое объяснение широкого спектра патологий, которые возникают при мутациях этого гена.

XPD является 5' to 3' DNA helicase, которая является существенным компонентом транскрипционного фактора TFIIH, который играет двойную роль в RNA polymerase II-обеспечиваемой инициации транскрипции и в nucleotide excision repair (NER). Хотя активность XPD helicase не нужна для инициации транскрипции, мутации, которые снижают активность XPD helicase вызывают дефекты пути NER. Эукариотический XPD полностью активен только находится в комплексе TFIIH; поэтому и было невозможно отличить мутации, которые нарушают активность helicase непосредственно, от тех, которые дестабилизируют межбелковые взаимодействия, которые важны для активности. Две группы исследователей использовали преимущества archaeal XPD, которая полностью функциональна в отсутствие белковых партнеров. Анализ последовательностей показал, что archaeal XPD содержит XPD-консервативную каталитическую сердцевину, которая состоит из 4-х доменов: двух Rad51/RecA-подобных доменов (HD1 и HD2) с двумя другими доменами (iron-sulphur cluster и Arch домены) , вставленные в HD1. Эти домены содержат 22 из 26 известных сайтов точечных мутаций, вызывающих болезни.

Структурный анализ показал, что связывающая с субстратом борозда разделяет HD1 и HD2, а дуга образуется iron-sulphur cluster и Arch доменами. Позиции Arch домена и iron-sulphur cluster домена строго указывают на то, что однонитчатая ДНК связывается в той же самой ориентации, как и в 3' to 5' энзимах и что энзим просто транслоцируется в противоположном направлении. Итак, полярность helicase детерминируется за счет направления транслокации скорее, чем за счет ориентации связывания неуклеиновых кислот.

Анализ активностей мутантного энзима показал, что XP мутации картируются вдоль АТФ-связывающего края HD1 и ДНК-связывающего канала HD2, и нарушают активность helicase, которая существенна для NER. Напротив, мутации, которые ммогут вызывать XP и CS нарушают как активность helicase, так и функциональную гибкость (flexibility) HD1-HD2, это, по-видимому,затрагивает межбелковые взаимодействия с TFIIH комплексом. Наконец, TTD мутанты или теряют или сохраняют активность helicase, но картируются в сайтах всех 4-х доменов; эти мутации скорее всего воздействуют на стабильность TFIIH. Какова же роль iron-sulphur cluster? Liu et al. полагают, что кластер является структурным свойством, который стабилизирует малый домен, который физически разделяет нити дуплексной ДНК, тогда как Fan et al. кроме того предполагают, что позиция кластера делает его идеальным кандидатом на роль эффективного сенсора повреждений ДНК.