De SSB eiwitten of eiwit-DNA-bindende enkele band (uit het Engels " s lies s trand DNA b inding eiwitten") zijn eiwitten die verantwoordelijk stabiliseren, beschermen en transiënt handhaven enkele DNA-band verkregen uit de scheiding van het duplex DNA band door werking van helicase-eiwitten.
De genetische informatie van een organisme wordt beschermd en gecodeerd in de vorm van dubbelband-DNA. Om het te kunnen vertalen en repliceren, moet het worden afgewikkeld en ongepaard, en het is aan dit proces dat de SSB-eiwitten deelnemen.
32 kDa (RPA32) fragment van een replicatie-eiwit A-subeenheid (Bron: Jawahar Swaminathan en MSD-personeel van het European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)
Deze eiwitten binden samen met andere verschillende monomeren die deelnemen aan het stabiliseren van hun met DNA en worden aangetroffen in zowel prokaryoten als eukaryoten.
Escherichia coli SSB-eiwitten (EcSSB) waren de eerste eiwitten van dit type die werden beschreven. Deze werden functioneel en structureel gekarakteriseerd en sinds hun ontdekking worden ze gebruikt als studiemodel voor deze klasse van eiwitten.
Eukaryote organismen bezitten eiwitten die lijken op de SSB-eiwitten van bacteriën, maar in eukaryoten staan deze bekend als RPA-eiwitten of replicatie-eiwitten A (Replication Protein A), die functioneel vergelijkbaar zijn met SSB's.
Sinds de ontdekking ervan is computationele biochemisch-functionele modellering gebruikt om de interacties tussen SSB-eiwitten en enkelstrengs DNA te bestuderen om hun rol in de essentiële processen van het genoom van verschillende organismen te verduidelijken.
kenmerken
Deze soorten eiwitten worden in alle levensrijken aangetroffen en hoewel ze dezelfde functionele eigenschappen delen, zijn ze structureel verschillend, vooral in termen van hun conformatieveranderingen, die specifiek lijken te zijn voor elk type SSB-eiwit.
Van al deze eiwitten is gevonden dat ze een geconserveerd domein delen dat betrokken is bij enkelband-DNA-binding en bekend staat als het oligonucleotide / oligosaccharide-bindende domein (in de literatuur gevonden als het OB-domein).
De SSB-eiwitten van thermofiele bacteriën zoals Thermus aquaticus hebben opmerkelijke eigenschappen, aangezien ze in elke subeenheid twee OB-domeinen hebben, terwijl de meeste bacteriën er slechts één in elke subeenheid hebben.
De meeste SSB-eiwitten binden niet-specifiek aan enkelband-DNA. De binding van elke SSB hangt echter af van zijn structuur, mate van coöperativiteit, oligomerisatieniveau en verschillende omgevingsomstandigheden.
De concentratie van tweewaardige magnesiumionen, de zoutconcentratie, de pH, de temperatuur, de aanwezigheid van polyaminen, spermidine en spermine, zijn enkele van de in vitro bestudeerde omgevingscondities die de meeste invloed hebben op de activiteit van SSB-eiwitten.
Structuur
Bacteriën bezitten homo-tetramere SSB-eiwitten en elke subeenheid bezit een enkel OB-bindend domein. Daarentegen zijn virale SSB-eiwitten, vooral die van veel bacteriofagen, over het algemeen mono- of dimeer.
Aan hun N-terminale uiteinde bezitten SSB-eiwitten het DNA-bindende domein, terwijl hun C-terminale uiteinde bestaat uit negen geconserveerde aminozuren die verantwoordelijk zijn voor eiwit-eiwitinteracties.
Drie tryptofaanresiduen op posities 40, 54 en 88 zijn de residuen die verantwoordelijk zijn voor de interactie met DNA in de bindingsdomeinen. Deze bemiddelen niet alleen de stabilisatie van de DNA-eiwit-interactie, maar ook de rekrutering van de andere eiwitsubeenheden.
Het SSB-eiwit van E. coli is gemodelleerd in computationele studies en er is vastgesteld dat het een tetramere structuur van 74 kDa heeft en dat het bindt aan enkelband-DNA dankzij de coöperatieve interactie van verschillende SSB-achtige subeenheden.
Archaea bezit ook SSB-eiwitten. Deze zijn monomeer en hebben een enkel DNA-bindend domein of OB-domein.
In eukaryoten zijn RPA-eiwitten structureel complexer: ze zijn opgebouwd uit een heterotrimeer (van drie verschillende subeenheden) bekend als RPA70, RPA32 en RPA14.
Ze bezitten ten minste zes oligonucleotide / oligosaccharide-bindende domeinen, hoewel momenteel slechts vier van deze sites precies bekend zijn: drie in de RPA70-subeenheid en een vierde in de RPA32-subeenheid.
Kenmerken
SSB-eiwitten hebben sleutelfuncties bij het onderhoud, de verpakking en de organisatie van het genoom door het beschermen en stabiliseren van enkelstrengs DNA-strengen op momenten dat ze worden blootgesteld door de werking van andere enzymen.
Het is belangrijk op te merken dat deze eiwitten niet de eiwitten zijn die verantwoordelijk zijn voor het afwikkelen en openen van de DNA-strengen. Zijn functie is alleen beperkt om DNA te stabiliseren wanneer het zich in de toestand van enkelband-DNA bevindt.
Deze SSB-eiwitten werken samen, aangezien de vereniging van een van hen de vereniging van andere eiwitten (SSB of niet) vergemakkelijkt. In de stofwisselingsprocessen van DNA worden deze eiwitten beschouwd als een soort pionier- of primaire eiwitten.
Naast het stabiliseren van enkelstrengs DNA-banden, heeft de binding van deze eiwitten aan DNA de primaire functie om deze moleculen te beschermen tegen afbraak door type V-endonucleasen.
Eiwitten van het SSB-type nemen actief deel aan de DNA-replicatieprocessen van vrijwel alle levende organismen. Dergelijke eiwitten gaan vooruit naarmate de replicatievork vooruitgaat, en houden de twee ouderlijke DNA-strengen gescheiden, zodat ze in de juiste staat verkeren om als sjablonen te fungeren.
Voorbeelden
In bacteriën stimuleren en stabiliseren SSB-eiwitten de RecA-eiwitfuncties. Dit eiwit is verantwoordelijk voor DNA-reparatie (SOS-reactie) en voor het recombinatieproces tussen complementaire enkelbandige DNA-moleculen.
Mutanten van E. coli die genetisch zijn gemanipuleerd om defecte SSB-eiwitten te verkrijgen, worden snel geremd en vervullen hun functies niet effectief bij DNA-replicatie, reparatie en recombinatie.
RPA-achtige eiwitten regelen de voortgang van de celcyclus in eukaryote cellen. In het bijzonder wordt aangenomen dat de cellulaire concentratie van RPA4 een indirecte invloed zou kunnen hebben op de DNA-replicatiestap, dat wil zeggen dat dit proces bij hoge concentraties RPA4 wordt geremd.
Er is gesuggereerd dat de expressie van RPA4 celproliferatie kan voorkomen door replicatie te remmen en een rol te spelen bij het handhaven en markeren van gezonde levensvatbaarheid van cellen in dierlijke organismen.
Referenties
- Anthony, E., & Lohman, TM (2019, februari). Dynamica van E. coli enkelstrengs DNA-bindende (SSB) eiwit-DNA-complexen. In Seminars in cel- en ontwikkelingsbiologie (Vol. 86, pp. 102-111). Academische pers.
- Beernink, HT en Morrical, SW (1999). RMP's: recombinatie / replicatie mediatoreiwitten. Trends in biochemische wetenschappen, 24 (10), 385-389.
- Bianco, PR (2017). Het verhaal van SSB. Vooruitgang in biofysica en moleculaire biologie, 127, 111-118.
- Byrne, BM en Oakley, GG (2018, november). Replicatieproteïne A, het laxeermiddel dat DNA regelmatig houdt: het belang van RPA-fosforylering bij het handhaven van genoomstabiliteit. In seminars in cel- en ontwikkelingsbiologie. Academische pers
- Krebs, JE, Goldstein, ES en Kilpatrick, ST (2017). Lewins genen XII. Jones & Bartlett leren.
- Lecointe, F., Serena, C., Velten, M., Costes, A., McGovern, S., Meile, JC,… & Pollard, P. (2007). Anticiperen op chromosomale replicatie fork arrest: SSB richt zich op reparatie van DNA-helicases naar actieve vorken. Het EMBO-tijdschrift, 26 (19), 4239-4251.