HELICASA: KENMERKEN, STRUCTUREN EN FUNCTIES - ANATOMIE EN FYSIOLOGIE - 2026

De helicase verwijst naar een groep enzymen van het proteïne-hydrolytische type die erg belangrijk zijn voor alle levende organismen; ze worden ook wel motoreiwitten genoemd. Deze bewegen door het celcytoplasma en zetten chemische energie om in mechanisch werk door ATP-hydrolyse.

De belangrijkste functie is het verbreken van de waterstofbruggen tussen de stikstofbasen van nucleïnezuren, waardoor ze kunnen worden gerepliceerd. Het is belangrijk om te benadrukken dat helicasen praktisch alomtegenwoordig zijn, aangezien ze aanwezig zijn in virussen, bacteriën en eukaryote organismen.

Enzymen die betrokken zijn bij de replicatie van Escherichia coli. Genomen en bewerkt door César Benito Jiménez, via Wikimedia Commons.

De eerste van deze eiwitten of enzymen werd in 1976 ontdekt in de bacterie Escherichia coli; twee jaar later werd de eerste helicase ontdekt in een eukaryoot organisme, in lelieplanten.

Momenteel zijn helicase-eiwitten gekarakteriseerd in alle natuurlijke rijken, inclusief virussen, wat impliceert dat er een enorme kennis is gegenereerd over deze hydrolytische enzymen, hun functies in organismen en hun mechanistische rol.

kenmerken

Hellicases zijn biologische of natuurlijke macromoleculen die chemische reacties (enzymen) versnellen. Ze worden voornamelijk gekenmerkt door het scheiden van chemische complexen van adenosinetrifosfaat (ATP) door middel van hydrolyse.

Deze enzymen gebruiken ATP om complexen van deoxyribonucleïnezuren (DNA) en ribonucleïnezuren (RNA) te binden en te hermodelleren.

Er zijn minstens 2 soorten helicasen: DNA en RNA.

DNA-helicase

DNA-helicasen werken bij DNA-replicatie en worden gekenmerkt door het scheiden van dubbelstrengs DNA in enkele strengen.

RNA-helicase

Deze enzymen werken in de metabolische processen van ribonucleïnezuur (RNA) en in de vermenigvuldiging, reproductie of ribosomale biogenese.

RNA-helicase is ook de sleutel in het pre-splitsingsproces van boodschapper-RNA (mRNA) en de start van eiwitsynthese, na transcriptie van DNA naar RNA in de celkern.

Taxonomie

Deze enzymen kunnen worden gedifferentieerd op basis van hun aminozuursequentiehomologie met het kernaminozuur-ATPase-domein, of door gedeelde sequentiemotieven. Volgens de classificatie zijn deze gegroepeerd in 6 superfamilies (SF 1-6):

SF1

De enzymen van deze superfamilie hebben een translocatiepolariteit van 3′-5 ′ of 5′-3 ′ en vormen geen ringstructuren.

SF2

Het staat bekend als de breedste groep helicasen en bestaat voornamelijk uit RNA-helicasen. Ze hebben een translocatiepolariteit over het algemeen 3′-5 ′ op enkele uitzonderingen na.

Ze hebben negen motieven (van de Engelse motieven, wat zich vertaalt naar "terugkerende elementen") van sterk geconserveerde aminozuursequenties en vormen, net als SF1, geen ringstructuren.

SF3

Het zijn karakteristieke helicases van virussen en hebben een unieke translocatiepolariteit van 3′-5 ′. Ze bezitten slechts vier sterk geconserveerde sequentiemotieven en vormen ringstructuren of ringen.

SF4

Ze werden voor het eerst beschreven in bacteriën en bacteriofagen. Ze zijn een groep replicerende of replicatieve helicasen.

Ze hebben een unieke translocatiepolariteit van 5′-3 ′ en hebben vijf sterk geconserveerde sequentiemotieven. Deze helicases worden gekenmerkt door het vormen van ringen.

SF5

Het zijn eiwitten van het type Rho-factor. De helicasen van de SF5-superfamilie zijn kenmerkend voor prokaryote organismen en zijn afhankelijk van hexamere ATP. Aangenomen wordt dat ze nauw verwant zijn aan SF4; bovendien hebben ze ringvormige en niet-ringvormige vormen.

SF6

Het zijn eiwitten die kennelijk verwant zijn aan de SF3-superfamilie; SF6's presenteren echter een domein van ATPase-eiwitten geassocieerd met verschillende cellulaire activiteiten (AAA-eiwitten) die niet aanwezig zijn in SF3.

Structuur

Structureel hebben alle helicasen sterk geconserveerde sequentiemotieven in het voorste gedeelte van hun primaire structuur. Een deel van het molecuul heeft een bepaalde aminozuurrangschikking die afhangt van de specifieke functie van elke helicase.

De meest structureel bestudeerde helicasen zijn die van de SF1-superfamilie. Het is bekend dat deze eiwitten clusteren in 2 domeinen die sterk lijken op de multifunctionele RecA-eiwitten, en deze domeinen vormen een ATP-bindingspocket tussen hen.

Niet-geconserveerde regio's kunnen specifieke domeinen hebben, zoals DNA-herkenningstype, cellokalisatiedomein en proteïne-eiwit.

Kristalstructuur van het eIF4A-PDCD4-complex. EIF4A1-dimeer van de Helicase-subeenheid, gebonden aan PDCD4 (cyaan). Genomen en bewerkt vanuit: AyacopPlease flattr this, van Wikimedia Commons.

Kenmerken

DNA-helicase

De functies van deze eiwitten zijn afhankelijk van een aantal belangrijke factoren, waaronder omgevingsstress, cellijn, genetische achtergrond en stadia van de celcyclus.

Van de SF1-DNA-helicasen is bekend dat ze een specifieke rol vervullen bij DNA-reparatie, replicatie, overdracht en recombinatie.

Ze scheiden strengen van een dubbele DNA-helix en nemen deel aan het onderhoud van telomeren, het herstel van dubbelstrengs breuken en het verwijderen van nucleïnezuur-geassocieerde eiwitten.

RNA-helicase

Zoals eerder vermeld, zijn RNA-helicasen van vitaal belang in de overgrote meerderheid van RNA-metabolische processen, en van deze eiwitten is ook bekend dat ze deelnemen aan de detectie van viraal RNA.

Bovendien werken ze in de antivirale immuunrespons, omdat ze vreemd of vreemd RNA (bij gewervelde dieren) detecteren.

Medische betekenis

Hellicases helpen cellen om endogene en exogene stress te overwinnen, chromosomale instabiliteit te voorkomen en het cellulaire evenwicht te behouden.

Het falen van dit systeem of homeostatisch evenwicht houdt verband met genetische mutaties waarbij genen betrokken zijn die coderen voor eiwitten van het helicase-type; om deze reden zijn ze het onderwerp van biomedische en genetische studies.

Hieronder zullen we enkele van de ziekten noemen die verband houden met mutaties in genen die voor DNA coderen als helicase-type eiwitten:

Werner-syndroom

Het is een genetische ziekte die wordt veroorzaakt door een mutatie in een gen genaamd WRN, dat codeert voor een helicase. De mutante helicase werkt niet goed en veroorzaakt een aantal ziekten die samen het Werner-syndroom vormen.

Het belangrijkste kenmerk van degenen die aan deze pathologie lijden, is hun vroegtijdige veroudering. Om de ziekte tot uiting te laten komen, moet het mutante gen van beide ouders worden geërfd; de incidentie is erg laag en er is geen behandeling voor de genezing ervan.

Bloom-syndroom

Bloom-syndroom is een genetische ziekte die het gevolg is van de mutatie van een autosomaal gen genaamd BLM dat codeert voor een helicase-eiwit. Het komt alleen voor bij individuen die homozygoot zijn voor dat karakter (recessief).

Het belangrijkste kenmerk van deze zeldzame ziekte is overgevoeligheid voor zonlicht, wat huidlaesies van de erytromateuze uitslag veroorzaakt. Er is nog geen remedie.

Rothmund-Thomson-syndroom

Het is ook bekend als aangeboren atrofische poikilodermie. Het is een pathologie van zeer zeldzame genetische oorsprong: tot op heden zijn er in de wereld minder dan 300 gevallen beschreven.

Het wordt veroorzaakt door een mutatie in het RECQ4-gen, een autosomaal recessief gen dat zich op chromosoom 8 bevindt.

Symptomen of aandoeningen van dit syndroom zijn onder meer juveniele cataracten, afwijkingen in het skeletstelsel, depigmentatie, capillaire verwijding en atrofie van de huid (poikilodermie). In sommige gevallen kunnen hyperthyreoïdie en een tekort aan testosteronproductie optreden.

Referenties

1. RM Brosh (2013). DNA-helicases die betrokken zijn bij DNA-herstel en hun rol bij kanker. Nature beoordelingen Cancer.
2. Helicase. Opgehaald van nature.com.
3. Helicase. Opgehaald van en.wikipedia.org.
4. A. Juárez, LP Islas, AM Rivera, SE Tellez, MA Duran (2011). Rothmund-Thompson-syndroom (aangeboren atrofische poikilodermie) bij een zwangere vrouw. Kliniek en onderzoek in gynaecologie en verloskunde.
5. KD Raney, AK Byrd, S. Aarattuthodiyil (2013). Structuur en mechanismen van SF1 DNA-helicases. Vooruitgang in experimentele geneeskunde en biologie.
6. Bloom-syndroom. Opgehaald van Medicina.ufm.edu.
7. M.Singleton, MS Dillingham, DB Wigley (2007). Structuur en mechanisme van helicasen en nucleïnezuurtranslocasen. Jaaroverzicht van biochemie.