תכונות טופואיזומאריות, פונקציות, סוגים ומעכבים

ה topoisomerases הם סוג של אנזימים איזומראז כי לשנות את הטופולוגיה של חומצה deoxyribonucleic (DNA), הפקת שני שלה כמו התפתלות שלה מתפתל supercoiling.

אנזימים אלה יש תפקיד ספציפי להקלה על הלחץ torsional ב- DNA, כך תהליכים חשובים כגון שכפול שלה, תמלול של דנ"א בחומצה ריבונוקלאית (mRNA) ו recombination של DNA יכול להתרחש..

אנזימים טופואיזומראזיים קיימים בתאים אוקריוטים ותאי פרוקריוטים. קיומו ניבא על ידי המדענים ווטסון וקריק, כאשר העריך את המגבלות שמבנה ה- DNA הציג כדי לאפשר גישה למידע שלו (מאוחסן ברצף הנוקליאוטידים שלו).

כדי להבין את הפונקציות של topoisomerases, יש לראות כי DNA יש מבנה יציב של סליל כפול, עם שרשראות שלה התגלגל אחד על השני.

שרשראות ליניאריות אלה מיוצרות על ידי 2-deoxyribose שאוגדו על ידי קשרים של phosphodiester 5'-3 ', ובסיסים ניטרוגניים בפנים שלהם, כמו מדרגות של גרם מדרגות לולייני.

המחקר הטופולוגי של מולקולות הדנ"א הוכיח כי הם יכולים להניח כמה קונפורמציות בהתאם למתח הטורציוני שלהם: ממצב רגוע, למצבים שונים של סלילה המאפשרים דחיסה שלהם.

מולקולות דנ"א עם קונפורמיות שונות נקראות טופואיזומרים. לפיכך, ניתן להסיק כי הטופואיזומראסים I ו- II, יכולים להגדיל או להקטין את המתח הטורציוני של מולקולות הדנ"א, המרכיבים את הטופואיזומרים השונים שלהם.

בין TopOisomers DNA אפשרי, הקונפורמציה הנפוצה ביותר היא supercoiling, שהוא קומפקטי מאוד. עם זאת, הסליל הכפול של ה- DNA חייב להיות גם uncoiled ידי topoisomerases במהלך מספר תהליכים מולקולריים.

אינדקס

• 1 מאפיינים
  • 1.1 מנגנון פעולה כללית
  • 1.2 טופואיזומראז ותא מחזור
• 2 פונקציות
  • 2.1 אחסון קומפקטי של חומר גנטי
  • 2.2 גישה למידע גנטי
  • 2.3 הסדרת ביטוי גנים
  • 2.4 מאפיינים של טופואיזומראז II
• 3 סוגי טופואיזומראז
  • 3.1-Topoisomerases הקלד I
  • 3.2 -Topoisomerases סוג II
  • 3.3 - טופואיזומראז אנושיים
• מעכבי טופואיזומראז
  • 4.1-Topoisomerases כיעד להתקפה כימית
  • 4.2 סוגי עיכוב
  • 4.3 - תרופות מעכבי טופואיזומראז
• 5 הפניות

תכונות

מנגנון פעולה כללית

טופואיזומראזות מסוימות יכולות להרפות רק שלילי של דנ"א שליליים, או של שני דובי-על של דנ"א: חיוביים ושליליים.

אם הדנ"א הדו-גדילי העגול מתרוקן על ציר האורך שלו ומפנה שמאלי מתרחש (בכיוון השעון), הוא אמר להיות שלילי שלילי. אם התור הוא בכיוון השעון (נגד כיוון השעון), זה חיובי מאוד מפותל.

בעיקרון, topoisomerases יכול:

-להקל על מעבר של גדיל של DNA דרך חתך בחוט ההפוך (סוג topoisomerase I).

-להקל על מעבר של סליל כפול מלא דרך פיצול בפני עצמו, או דרך פיצול סליל כפול אחר (סוג topoisomerase II).

לסיכום, טופואיזומראזים פועלים דרך המחשוף של קשרי פוספודיסטר, באחד או בשני הגדילים שמרכיבים את ה- DNA. לאחר מכן לשנות את מצב סלילה של גדילי סליל כפול (topoisomerase I) או שתי שכבות כפולות (topoisomerase II), סוף סוף לחזור לקשור או לקשור את הקצוות נכרת.

Topoisomerases ואת מחזור התא

למרות Topoisomerase אני אנזים המציג פעילות גדולה יותר במהלך שלב S (סינתזה DNA), זה לא נחשב להיות תלוי בשלב של מחזור התא.

בעוד הפעילות טופואיזומראז II פעילה יותר בשלב הלוגריתמי של צמיחת התאים ובתאים של הגידול הגדל במהירות.

פונקציות

השינוי בגנים המקודדים את הטופואיזומראז הוא קטלני עבור התאים, מדגים את החשיבות של אנזימים אלה. בין התהליכים בהם מופיעים הטופואיזומראזים, הם:

אחסון קומפקטי של חומר גנטי

Topoisomerases להקל על אחסון של מידע גנטי בצורה קומפקטית, כי הם מייצרים DNA התפתלות supercoiling, המאפשר כמות גדולה של מידע ניתן למצוא בנפח קטן יחסית.

גישה למידע גנטי

אם לא היו טופואיזומראזים ומאפיינים ייחודיים שלהם, זה היה בלתי אפשרי לגשת למידע המאוחסן ב- DNA. הסיבה לכך היא שהטופואיזומאראטים משחררים מעת לעת את המתח על ידי פיתול שנוצר בסליל הכפול של הדנ"א, בזמן ההשתחררות שלו, בתהליכי השכפול, ההעתקה והרקומבינציה.

אם המתח עקב פיתול שנוצר במהלך תהליכים אלה אינו משוחרר, זה יכול לייצר ביטוי גנטי פגום, הפרעה של DNA עגול או כרומוזום, אפילו לייצר מוות התא.

תקנה של ביטוי גנים

השינויים הקונפורמטיביים (במבנה התלת-ממדי) של מולקולת הדנ"א חושפים אזורים ספציפיים אל החוץ, אשר יכולים לקיים אינטראקציה עם חלבונים המחייבים DNA. חלבונים אלה יש פונקציה רגולטורית של ביטוי גנטי (חיובי או שלילי).

לפיכך, מצב ה- DNA מתפתל, שנוצר על ידי פעולה של topoisomerases, משפיע על הרגולציה של ביטוי גנים.

מאפיינים של topoisomerase II

טופואיזומראז II הוא הכרחי עבור הרכבה של כרומטידים, עיבוי ו decondensation של כרומוזומים ואת ההפרדה של מולקולות דנ"א הבת במהלך מיטוזה.

אנזים זה הוא גם חלבון מבניים ואחד המרכיבים העיקריים של המטריצה ​​של גרעין התא במהלך interfase.

סוגי טופואיזומראז

ישנם שני סוגים עיקריים של topoisomerases בהתאם אם הם מסוגלים לקעקע אחד או שניים גדילי DNA.

-Topoisomerases הקלד I

מונומריק                 

סוג אני topoisomerases הם מונומרים כי להקל על שלילי וחיוביים supercoils, אשר מיוצרים על ידי התנועה של המזלג במהלך שעתוק, ובמהלך התהליכים של שכפול ו רקומבינציה גנטית.

סוג אני topoisomerases ניתן מחולק לתוך סוג 1A סוג 1B. אלה האחרונים הם אלה שנמצאו בבני אדם, והם אחראים על הרפיה של DNA supercoiled.

טירוזין באתר הפעיל שלה

Topoisomerase 1B (Top1B) מורכב 765 חומצות אמינו מחולק 4 תחומים ספציפיים. אחד התחומים האלה יש אזור משומר מאוד המכיל את האתר הפעיל עם טירוזין (Tyr7233). כל הטופואיזומאריות מופיעות באתר הפעיל שלהן טירוזין עם תפקיד בסיסי בכל התהליך הקטליטי.

מנגנון פעולה

טירוזין מהאתר הפעיל יוצר קשר קוולנטי עם קצה 3 'פוספט של גדיל ה- DNA, חותך אותו ושומר אותו מחובר לאנזים, בעודו עובר עוד קווצת DNA דרך החתך.

המעבר של החוט השני של הדנ"א דרך החוט שנכרת מושג הודות לשינוי קונפורמציה של האנזים, אשר מייצר את הפתיחה של הסליל הכפול DNA.

אז topoisomerase אני חוזר קונפורמציה הראשונית שלו נקשר שוב את הקצוות נכרת. זה קורה על ידי תהליך הפוך לשבירה של שרשרת ה- DNA, באתר קטליטי של האנזים. לבסוף, טופואיזומראז משחרר את גדיל ה- DNA.

קצב קשירת הדנ"א גבוה משיעור הניתוק, מה שמבטיח את יציבות המולקולה ואת שלמות הגנום.

לסיכום, סוג topoisomerase אני מזרז:

1. כריתה של גדיל.
2. המעבר של החוט השני דרך הפיצול.
3. קשירת הקצוות המפוצלים.

-טופואיזומראז סוג II

Diméricas

סוג II topoisomerases הם אנזימים dimeric, אשר לדקוף שתי גדילי הדנ"א, ובכך מרגיע את supercoils שנוצרו במהלך שעתוק ותהליכים תאיים אחרים.

Mg תלויים⁺⁺ ו ATP

אנזימים אלה זקוקים למגנזיום (Mg⁺⁺) וגם צריך את האנרגיה שמגיע מ התמוטטות של הקישור ATP triphosphate, אשר הם לנצל את היתרון של ATPase.

שני אתרים פעילים עם טירוזין

האדם topoisomerases II דומים מאוד לאלה של שמרים (Saccharomyces cerevisiae), המורכב משני מונומרים (subfragments A ו- B). כל מונומר יש תחום ATPase, וכן subfragment האתר הפעיל טירוזין 782, אשר DNA יכול לקשור. לכן, שני גדילי דנ"א יכולים להיות מחוברים טופואיזומראז II.

מנגנון פעולה

מנגנון הפעולה של topoisomerase II זהה לזה המתואר עבור topoisomerase I, בהתחשב בכך שתי רשתות DNA הם מתוחכם ולא רק אחד.

באתר הפעיל של topoisomerase II, קטע של החלבון הוא התייצב (דרך קשירה קוולנטית עם טירוזין). סליל כפול של דנ"א, המכונה "קטע G". קטע זה נמתח ומוחזק אל האתר הפעיל באמצעות קשרים קוולנטיים.

לאחר מכן, האנזים מאפשר קטע נוסף של דנ"א, הנקרא "T שבר", לעבור דרך שבר "G", בשל שינוי קונפורמציה של האנזים, אשר תלויה הידרוליזה של ה- ATP.

Topoisomerase II נקשר בין שני הקצוות של "קטע G" ולבסוף משחזרת את המצב הראשוני שלה, משחרר את שבר "G". לאחר מכן, ה- DNA משחרר את המתח הטורציוני, ומאפשר את התהליכים של שכפול ותעתיק.

-טופואיזומראס אנושיים

לגנום האנושי יש חמש טופואיזומאריות: top1, top3α, top3β (מסוג I); ו top2α, top2β (סוג II). Topoisomerases האדם הרלוונטיים הם top1 (סוג topoisomerase IB) ו 2α (סוג topoisomerase II).

מעכבי טופואיזומראז

-Topoisomerases כמטרה להתקפה כימית

בגלל התהליכים מזוקקים על ידי topoisomerases נחוצים להישרדות של התאים, אנזימים אלה הם מטרות טובות של התקפה כדי להשפיע על התאים הממאירים. לשם כך, Topoisomerases נחשבים חשובים לטיפול במחלות רבות של האדם.

תרופות המקיימות אינטראקציה עם טופואיזומראז נלמדות כיום כחומרים כימותרפיים נגד תאים סרטניים (באיברים שונים בגוף) ומיקרואורגניזמים פתוגניים.

-סוגי עיכוב

Topoisomerase פעילות תרופות מעכבות יכול:

• צריכת לתוך DNA.
• להשפיע על האנזים topoisomerase.
• Interleave כדי מולקולה ליד האתר הפעיל של האנזים תוך מורכבות DNA-topoisomerase הוא התייצב.

הייצוב של המורכבות החולפת הנוצרת על ידי קשירת הדנ"א ל טירוזין של האתר הקטליטי של האנזים, מונע את איחוד השברים הנטויים, אשר יכול להוביל למוות של תאים.

-מעכבי טופואיזומראז

בין התרכובות המעכבות טופואיזומראזות, הן הבאות.

אנטיביוטיקה נגד גידולים

אנטיביוטיקה משמשים נגד סרטן, שכן הם למנוע את הצמיחה של תאים סרטניים, בדרך כלל על ידי הפרעה DNA שלהם. הם נקראים לעתים קרובות אנטיביוטיקה אנטי-פלסטית (נגד סרטן). Actinomycin D, למשל, משפיע על topoisomerase II והוא משמש גידולים וילס בילדים ב rhabdomyoscomas.

אנתרציקליינים

אנתרציקליינים הם, בין אנטיביוטיקה, התרופות האנטי-סרטניות היעילות ביותר והספקטרום הרחב ביותר. הם משמשים לטיפול בסרטן הריאות, השחלות, הרחם, הבטן, שלפוחית ​​השתן, השד, לוקמיה ולימפומות. זה ידוע להשפיע על topoisomerase II על ידי intercalation ב DNA.

אנתרציקלין הראשון מבודדים actinobacteria (סטרפטומיס פושטיוס) היה הדאונורוביצין. לאחר מכן, doxorubicin היה מסונתז במעבדה, ו epirubicin ו idarubicin משמשים גם עכשיו..

אנתרקינונים

Anthraquinones או anthracenediones הם תרכובות שמקורן באנתרקן, בדומה לאנתרציקלינים, המשפיעים על פעילות הטופואיזומראז II על ידי השתלבות בדנ"א. הם משמשים לסרטן שד גרורתי, לימפומה שאינה הודג'קין (NHL) ולוקמיה.

תרופות אלה נמצאו בפיגמנטים של חרקים מסוימים, צמחים (פראנגולה, סנה, ריבס), חזזיות ופטריות; כמו גם ב hoelita, שהוא מינרל טבעי. בהתאם למינון שלהם, הם יכולים להיות מסרטנים.

בין המרכיבים הללו, יש לנו mitoxantrone ו losoxantrone אנלוגי שלה. אלה מונעים התפשטות של תאים סרטניים ממאירים, מחייב באופן בלתי הפיך ל- DNA.

אפידופילוטוקסינים

Podophyllotoxins, כגון epidofilotoxins (VP-16) ו Teniposide (VM-26), מהווים מורכבת עם topoisomerase II. הם משמשים נגד סרטן של ריאות, אשכים, לוקמיה, לימפומות, סרטן השחלות, סרטן השד וגידולי תוך גולגולתי ממאיר, בין היתר. הם מבודדים מן הצמחים פודופילום לא ו P. peltatum.

אנלוגים Camptothecins

Campotecins הם מעכבים כי לדכא topoisomerase אני, וביניהם הם irinotecan, topotecan ו diflomotecan.

תרכובות אלו שימשו נגד סרטן המעי הגס, הריאות והשד, והן מתקבלות באופן טבעי מהקליפה והעלים של המין השטחי קמפוצ'קה אקומינטה של אפרסקים סיניים וטיבט.

עיכוב טבעי

שינויים מבניים של topoisomerases I ו- II יכולים להתרחש באופן טבעי לחלוטין. זה יכול לקרות במהלך כמה אירועים המשפיעים על תהליך קטליטי שלה.

בין השינויים הללו, אנו יכולים להזכיר את היווצרות של dimers pyrimidine, אי התאמות של בסיסים ניטרוגניים ואירועים אחרים הנגרמים על ידי מתח חמצוני.

הפניות

1. Anderson, H., & Roberge, M. (1992). DNA topoisomerase II: סקירה של מעורבותו במבנה כרומוזום, שכפול דנ"א, שעתוק ומיטוזה. Cell Biology International Reports, 16 (8): 717-724. doi: 10.1016 / s0309-1651 (05) 80016-5
2. Chhatriwala, H., Jafri, N., & Salgia, R. (2006). סקירה של עיכוב טופואיזומראז בסרטן הריאות. ביולוגיה ותרפיה של סרטן, 5 (12): 1600-1607. doi: 10.4161 / cbt.5.12.3546
3. Ho, Y.-P., Au-Yeung, S.C. F., & To, K.W.W. (2003). סוכנים אנטי-סרטניים מבוססי פלטינה: אסטרטגיות עיצוב חדשניות ופרספקטיבות ביולוגיות. מחקר רפואי ביקורות, 23 (5): 633-655. doi: 10.1002 / med.10038
4. Li, T.-K., & Liu, L. F. (2001). מוות של תאים סרטניים המושרה על ידי תרופות טופואיזומראז-מיקוד. סקירה שנתית של פרמקולוגיה וטוקסיקולוגיה, 41 (1): 53-77. doi: 10.1146 / annurev.pharmtox.41.1.53
5. Liu, L. F. (1994). DNA Topoisomerases: Topoisomerase-תרופות מכוונות. אקדמיה. עמ '307
6. אושרוף, נ 'וביורנצטי, מ' (2001). טופואיזומראז. אנזימולוגיה וסמים. כרך ב. העיתונות הומנה. עמ '329.
7. Rothenberg, M. L. (1997). TopOisomerase אני מעכבים: סקירה ועדכון. תולדות אונקולוגיה, 8 (9), 837-855. doi: 10.1023 / a: 1008270717294
8. ריאן ב '(2009, 14 בדצמבר). Topoisomerase 1 ו 2. [קובץ וידאו]. מאוחסן מ- youtube.com