Кіріспе

RecQ геликаза ферменттері класы – бастапқыда Escherichia coli бактериясында табылган геликаза ферменттері тобы. Олар геномды сақтауда маңызды рөл атқаратыны анықталды. Бұл ферменттер ATP + H2O → ADP + P реакциясын катализдеу арқылы жұмыс істейді, соның нәтижесінде жұпталған ДНК-ның оралуын қамтамасыз етеді және 3'–5' бағытта жылжуды (транслокацияны) жүзеге асырады. Бұл ферменттер ДНК немесе РНК оралуын қамтамасыз ету үшін NTP + H2O → NDP + P реакциясын да катализдеуге қабілетті.

Функция

Прокариоттарда RecQ плазмида рекомбинациясы үшін және күлдір сәулеленуден, бос радикалдардан және алкилдеуші заттардан ДНК жөндеу үшін қажет. Бұл ақуыз сондай-ақ репликация қателіктерінен туған зақымды кері қайтара алады. Эукариоттарда RecQ ақуыздары болмаған жағдайда репликация қалыпты жүрмейді, және олар қартаю, гендік үнсіздік, рекомбинация және ДНК жөндеу процестерінде де қатысады.

Клиникалық маңызы

Адамда кем дегенде бес RecQ гені бар; ал үш адам RecQ геніндегі мутациялар тұқым қуалайтын ауруларға себеп болады: Вернер синдромында WRN гені (WS), Блум синдромында BLM гені (BS) және Ротмунд-Томсон синдромында RECQL4 гені. Бұл синдромдар ерте қартаюмен сипатталады және қарт жаста жиі кездесетін қатерлі ісік, 2-типті қант диабеті, остеопороз және атеросклероз сияқты ауруларға алып келуі мүмкін. Бұл аурулар хромосомалық аномалиялардың жоғары деңгейімен байланысты, оның ішінде хромосомалық үзілістер, күрделі реттелулер, жойылулар және транслокациялар, нақты орынға тән мутациялар, және әсіресе әпке хроматидтердің алмасуы (BS-де көбірек кездеседі), бұл жоғары деңгейдегі соматикалық рекомбинация нәтижесінде туындайды деп саналады.

Механизм

RecQ геликазаларының қалыпты жұмыс істеуі үшін топоизомераза III (Top 3) ерекше өзара әрекеттесуді қажет етеді. Top 3 ДНК-ның топологиялық күйін өзгертеді, бір тізбекті ДНК-ны байланыстырып, кесіп, содан соң бір тізбекті немесе екі тізбекті ДНК сегментін уақытша жарық арқылы өткізіп, соңында жарықты қайтадан біріктіреді. RecQ геликазасының N-терминалды аймағындағы топоизомераза III-мен өзара әрекеттесуі спонтанды және зақымдануға байланысты рекомбинацияны басуға қатысады, ал осы өзара әрекеттесудің болмауы өлімге алып келетін немесе өте ауыр фенотипке әкеледі. Қалыптасқан картина RecQ геликазаларының Top 3-пен бірлесіп, рекомбинациялық оқиғаларды бақылап, жасуша циклінің G2 фазасында ДНК зақымдануын жөндеу арқылы геномдық тұрақтылықты және сақталуын қамтамасыз ететінін анық көрсетеді. RecQ геномдық сақталу үшін маңызды екенін RecQ геликазаларының мутациялары немесе дисфункциясы салдарынан туындайтын аурулар көрсетеді; сондықтан адамның дұрыс өсуі мен дамуын қамтамасыз ету үшін RecQ-ның болуы және жұмыс істеуі маңызды.

WRN геликазасы

Вернер синдромының АТФ-тәуелді геликазасы (WRN геликазасы) RecQ ДНК геликазалар отбасының ішінде қосымша экзонуклеаза белсенділігімен ерекшеленеді. WRN ДНК PKcs және Ku протеин кешенімен өзара әрекеттеседі. Бұл байқау, WRN жетіспейтін жасушаларда гомолог емес ДНК ұштарының қосылу орындарында кеңінен жойылулар пайда болатынының куәлігімен бірге, WRN ақуызының гомолог емес ұштардың қосылу процесінде (NHEJ) ДНК жөндеу процесінде рөл атқаратынын көрсетеді. WRN сондай-ақ, негізгі NHEJ факторы X4L4 (XRCC4 ДНК лигаза 4 кешені) -мен физикалық өзара әрекеттеседі. X4L4 WRN экзонуклеаза белсенділігін күшейтеді, бұл X4L4 арқылы соңғы лигацияға дейін ДНК ұштарын өңдеуді жеңілдетеді. WRN метилирлеуден туындаған ДНК зақымдануын жөндеуде тікелей рөл атқаратынына қатысты дәлелдер ұсынылған. Бұл процесте, WRN геликазалық және экзонуклеазалық белсенділіктері ДНК полимераза бетамен бірге жұмыс істейтіні болжанып отыр. WRN хроникалық тотығу стресінен туындайтын ДНК зақымдануының алдын алуда немесе жөндеуде, әсіресе баяу көбейетін жасушаларда ерекше рөл атқаратыны анықталды. (ДНК зақымдану теориясына қараңыз).

BLM тікұшағы

Блум синдромы бар адам жасушалары УФ сәулелері мен метил метансульфонаты сияқты ДНК-ны зақымдайтын факторларға сезімтал, бұл ДНК жөндеу қабілетінің жеткіліксіздігін көрсетеді. Saccharomyces cerevisiae ашытқысы Блум синдромының (BLM) Sgs1 (кіші өсу тежегіші 1) деп аталатын протеінінің гомологын кодтайды. Sgs1 (BLM) – ДНК-ның екі жіпті үзілуінің гомологтық рекомбинациялық жөндеуінде қатысатын геликаза. Sgs1 (BLM) геликазасы S. cerevisiae мейозы кезінде жүретін рекомбинациялық оқиғалардың көпшілігін реттеуші болып көрінеді. Қалыпты мейоз кезінде Sgs1 (BLM) рекомбинацияны ерте кроссовер емес немесе Холлидейдтік түйіспелі молекулалардың кезекпен түзілуіне бағыттайды, ал соңғылары кейіннен кроссоверлерге айналады. Бұл геликазалар кіріп келген жіпті ығыстырып, оның екі жіптің үзілуінің екінші 3’ ұшымен бірігуіне мүмкіндік береді, нәтижесінде синтезге тәуелді жіпті біріктіру (SDSA) процесі арқылы кроссовер емес рекомбинант пайда болады (Генетикалық рекомбинация туралы Wikipedia мақаласын қараңыз). Екі жіпті үзілулердің шамамен 5% ғана кроссоверлік рекомбинация арқылы қалпына келтіріледі деп есептеледі. Sequela Arnaud және авторлар RECQL4 мутантты егеуқұйрықтары қартаюдың үдеу белгілерін де көрсетеді. RECQL4 ДНК ұштарының резекциясында маңызды рөл атқарады, бұл гомологтық рекомбинацияға (HR) тәуелді екі жіптің үзілуін жөндеу үшін қажетті алғашқы қадам. RECQL4 деңгейі төмендеген кезде, HR арқылы қалпына келтіру және 5’ ұшының резекциясы in vivo айтарлықтай төмендейді. RECQL4 басқа да ДНК жөндеу түрлері үшін де қажет болып көрінеді, соның ішінде гомолог емес ұштарды біріктіру, нуклеотидтерді экзизиялық жөндеу және базалық экзизиялық жөндеу. RECQL4 арқылы жөнделген ДНК-ның жеткіліксіздігі мен қартаюдың үдеуі арасындағы байланыс ДНК зақымдануы теориясына сәйкес келеді.