Введение

Ku представляет собой двумерный белковый комплекс, который связывается с двустворчатыми концами разрыва ДНК и необходим для негомологичного окончания слияния (NHEJ) пути восстановления ДНК. Ку эволюционно сохранился от бактерий к людям. Предшественник бактерии Ku является гомодимером (две копии одного и того же белка, связанные друг с другом). Евкариотический Ku является гетеродимером двух полипептидов, Ku70 (XRCC6) и Ku80 (XRCC5), так названный потому, что молекулярная масса человеческих белков Ku составляет около 70 и 80 кДа. Две подединицы Ku образуют структуру в форме корзины, которая соединяется с концом ДНК. Считается, что Ku функционирует как молекулярный скелет, к которому могут связываться другие белки, участвующие в NHEJ, ориентируя разрыв двойной нити для лигации. Белки Ku70 и Ku80 состоят из трех структурных доменов. Терминальный домен N - это домен альфа/бета. Этот домен вносит лишь небольшой вклад в димерный интерфейс. Домен включает в себя шестицепочечный бета-лист складки Россмана. Центральный домен Ku70 и Ku80 является бета-доменом ствола, связывающим ДНК. Ку имеет лишь несколько контактов с сахарно-фосфатным основанием, и ни одного с основами ДНК, но он стерично вписывается в контуры основных и второстепенных канавок, образуя кольцо, окружающее дуплексную ДНК, удерживая два полных поворота молекулы ДНК. Формируя мост между разорванными концами ДНК, Ku действует для структурной поддержки и выравнивания концов ДНК, для защиты их от деградации и предотвращения беспорядочного связывания с неразорванной ДНК. Ку эффективно выравнивает ДНК, в то же время позволяя полимеразам, нуклеазам и лигазам получить доступ к разломанным концам ДНК для содействия соединению концов. Крайняя рука C представляет собой альфа-спиральную область, которая охватывает центральную домену бета-барреля противоположной подединицы. Обе подединицы Ку были экспериментально выбиты у мышей. У этих мышей наблюдается хромосомная нестабильность, что указывает на то, что NHEJ важен для поддержания генома. У многих организмов Ku выполняет дополнительные функции в теломерах в дополнение к своей роли в восстановлении ДНК. Обилие Ku80 похоже, связано с долголетием видов.

Старение

Мутантные мыши с дефектом Ku70 или Ku80 или двойные мутантные мыши с дефицитом как Ku70 так и Ku80 демонстрируют раннее старение. Средняя продолжительность жизни трех штаммов мутантных мышей была похожа друг на друга, около 37 недель, по сравнению с 108 неделями для дикого типа контроля. Было изучено шесть специфических признаков старения, и у трех мутантных мышей были обнаружены те же признаки старения, что и у контрольных мышей, но в гораздо более раннем возрасте. У мышей- мутантов заболеваемость раком не увеличивалась. Эти результаты показывают, что функция Ku важна для обеспечения долголетия и что путь восстановления ДНК NHEJ (посредничаемый Ku) играет ключевую роль в восстановлении двойных нитей ДНК, которые в противном случае вызвали бы преждевременное старение. (См. также теорию повреждения ДНК в процессе старения.)

Растения

Ku70 и Ku80 также были экспериментально охарактеризованы у растений, где они, по-видимому, играют аналогичную роль, как и у других эукариотов. У риса было показано, что подавление любого из белков способствует гомологичной рекомбинации (HR). Этот эффект использовался для повышения эффективности таргетирования генов (GT) в Arabidopsis thaliana. В исследовании частота HR- основанной ГТ с использованием нуклеазы цинкового пальца (ZFN) была увеличена до шестнадцати раз у мутантов ku70. Существенное различие заключается в том, что у растений Ku также участвует в поддержании альтернативной морфологии теломер, характеризующейся тупыми концами или короткими (≤ 3 нт) 3 выступами. Эта функция не зависит от роли Ku в восстановлении DSB, поскольку было показано, что удаление способности комплекса Ku к транслокации вдоль ДНК сохраняет тупые теломеры, препятствуя восстановлению ДНК.

и археи

У бактерий обычно есть только один ген Ku (если он вообще есть). Необычно, у Mesorhizobium loti есть два, mlr9624 и mlr9623. Археи обычно имеют только один ген Ку (для ~ 4% видов, которые имеют его вообще). Эволюционная история размыта обширной горизонтальной передачей генов с бактериями. Бактериальные и археальные белки Ку отличаются от своих эукариотических аналогов тем, что они имеют только центральный бета-баррельный домен.

Имя

Название "Ku" происходит от фамилии японского пациента, у которого он был обнаружен.