Topoizomerazių savybės, funkcijos, tipai ir inhibitoriai



The topoizomerazės yra izomerazės fermentų tipas, kuris modifikuoja deoksiribonukleino rūgšties (DNR) topologiją, ir sukuria tiek jo išsukimą, tiek jo apvyniojimą ir superkilimą..

Šie fermentai atlieka specifinį vaidmenį mažinant DNR sukimo įtampą taip, kad gali įvykti svarbūs procesai, tokie kaip jo replikacija, DNR transkripcija pasiuntinio ribonukleino rūgštyje (mRNR) ir DNR rekombinacija..

Topoizomerazės fermentai yra tiek eukariotinėse, tiek prokariotinėse ląstelėse. Jo buvimą prognozavo mokslininkai Watson ir Crick, vertindami apribojimus, kuriuos pateikė DNR struktūra, kad būtų galima susipažinti su jos informacija (saugoma jo nukleotidų sekoje).

Siekiant suprasti topoizomerazių funkcijas, reikia manyti, kad DNR turi stabilią dvigubo spiralės struktūrą, o jos grandinės susuktos viena ant kitos..

Šios linijinės grandinės sudaro 2-dezoksiribozė, sujungta su fosfodiesterio jungtimis 5'-3 ', ir azoto bazės jų interjere, kaip spiralinių laiptų pakopos.

DNR molekulių topologinis tyrimas parodė, kad jie gali prisiimti keletą konformacijų, priklausomai nuo jų tempimo įtampos: nuo atsipalaiduotos būklės iki skirtingų apvijų būsenų, leidžiančių jų suspausti..

DNR molekulės su skirtingomis konformacijomis vadinamos topoizomerais. Taigi galime daryti išvadą, kad I ir II topoizomerazės gali padidinti arba sumažinti DNR molekulių sukimo įtampą, sudarant jų skirtingus topoizomerus..

Tarp galimų DNR topoizomerų labiausiai paplitusios konformacijos yra superkūšimas, kuris yra labai kompaktiškas. Tačiau daugelio molekulinių procesų metu topoizomerazės taip pat turi būti išskirtos dvigubo DNR spiralės.

Indeksas

  • 1 Charakteristikos
    • 1.1 Bendrojo veiksmo mechanizmas
    • 1.2 Topoizomerazės ir ląstelių ciklas
  • 2 Funkcijos
    • 2.1 Kompaktiškas genetinės medžiagos saugojimas
    • 2.2 Prieiga prie genetinės informacijos
    • 2.3 Genų ekspresijos reguliavimas
    • 2.4. Topoizomerazės II ypatumai
  • 3 Topoizomerazių tipai
    • 3.1-I tipo topoizomerazės
    • 3.2. II tipo Topoizomerazės
    • 3.3 - Žmogaus topoizomerazės
  • 4 Topoizomerazės inhibitoriai
    • 4.1-Topoizomerazės kaip cheminės atakos tikslas
    • 4.2. Slopinimo tipai
    • 4.3 - Topoizomerazės inhibitoriai
  • 5 Nuorodos

Savybės

Bendrojo veiksmo mechanizmas

Kai kurios topoizomerazės gali atsipalaiduoti tik neigiamus DNR superkūnius arba abu DNR superkūnius: teigiamus ir neigiamus.

Jei apvali dviguba grandinė DNR yra išjungta išilginėje ašyje ir pasireiškia kairiarankis posūkis (pagal laikrodžio rodyklę), sakoma, kad jis yra superkilęs neigiamai. Jei posūkis yra pagal laikrodžio rodyklę (prieš laikrodžio rodyklę), jis yra teigiamai suporuotas.

Iš esmės topoizomerazės gali:

-Palengvinti DNR krypties pasiskirstymą per priešingą kryptį (I tipo topoizomerazė).

-Palengvinti pilno dvigubo spiralės patekimą per save, arba per kitą skirtingą dvigubą spiralę (II tipo topoizomerazė).

Apibendrinant, topoizomerazės veikia per fosfodiesterio jungčių skilimą vienoje arba abiejose DNR sudarančiose grandyse. Tada pakeiskite dvigubo spiralės (topoizomerazės I) arba dviejų dvigubų sraigtų (topoizomerazės II) gijų susukimo būseną, kad galiausiai grįžtumėte į susietus galus..

Topoizomerazės ir ląstelių ciklas

Nors topoizomerazė I yra fermentas, pasižymintis didesniu aktyvumu S fazės metu (DNR sintezė), jis nelaikomas priklausomu nuo ląstelių ciklo fazės.

Nors topoizomerazės II aktyvumas aktyvesnis ląstelių augimo logaritminėje fazėje ir sparčiai augančių navikų ląstelėse.

Funkcijos

Genų, koduojančių topoizomerazes, pakeitimas ląstelėms yra mirtinas, įrodantis šių fermentų svarbą. Tarp procesų, kuriuose dalyvauja topoizomerazės, yra:

Kompaktiškas genetinės medžiagos saugojimas

Topoizomerazės palengvina genetinės informacijos saugojimą kompaktiškai, nes jos sukuria DNR rišimąsi ir superkilimą, leidžiančią palyginti mažą kiekį informacijos..

Galimybė gauti genetinę informaciją

Jei nebūtų topoizomerazių ir jų unikalių savybių, būtų neįmanoma pasiekti DNR saugomos informacijos. Taip yra todėl, kad topoizomerazės periodiškai atpalaiduoja įtampą, sukdami tai, kuri susidaro dvigubame DNR spiralėje, jo išardymo metu, replikacijos, transkripcijos ir rekombinacijos procesuose..

Jei įtampa, atsiradusi dėl šių procesų sukeltų sukimo, nėra išlaisvinta, tai gali sukelti gedę geno ekspresiją, apykaitinės DNR ar chromosomos nutraukimą, netgi gaminant ląstelių mirtį.

Genų ekspresijos reguliavimas

DNR molekulės konformaciniai pokyčiai (trimatėje struktūroje) atskleidžia specifinius regionus į išorę, kurie gali sąveikauti su DNR surišančiais proteinais. Šie baltymai turi reguliuojančią genų ekspresijos funkciją (teigiamą arba neigiamą)..

Taigi, DNR apvijos būklė, generuojama topoizomerazių veikimu, veikia geno ekspresijos reguliavimą.

Topoizomerazės II ypatumai

Topoizomerazė II yra reikalinga chromatidų surinkimui, chromosomų kondensacijai ir dekondensacijai bei dukterinių DNR molekulių segregacijai mitozės metu..

Šis fermentas taip pat yra struktūrinis baltymas ir viena iš pagrindinių ląstelių branduolio matricos sudedamųjų dalių tarpfazės metu..

Topoizomerazių tipai

Yra du pagrindiniai topoizomerazių tipai, priklausomai nuo to, ar jie gali suskaidyti vieną ar dvi DNR grandines.

-I tipo topoizomerazės

Monomerinis                 

I tipo topoizomerazės yra monomerai, palengvinantys neigiamus ir teigiamus superkūnius, kuriuos sukelia šakės judėjimas transkripcijos metu, ir replikacijos bei genų rekombinacijos procesai..

I tipo topoizomerazės gali būti suskirstytos į 1A ir 1B tipus. Pastarieji yra tie, kurie randami žmonėms, ir yra atsakingi už superkilusios DNR atpalaidavimą.

Tirozinas aktyvioje vietoje

Topoizomerazė 1B (Top1B) susideda iš 765 amino rūgščių, suskirstytų į 4 specifinius domenus. Vienoje iš šių sričių yra labai konservuota sritis, kurioje yra aktyvi vieta tirozinu (Tyr7233). Visos topoizomerazės, esančios jų aktyvioje vietoje, yra tirozinas, turintis esminį vaidmenį visame kataliziniame procese.

Veikimo mechanizmas

Tirozinas iš aktyviosios vietos sudaro kovalentinį ryšį su DNR grandinės 3'-fosfato galu, išpjauna jį ir laikydamas jį prijungus prie fermento, o per išpjovą praeina kitą DNR grandinę..

Kitos DNR krypties pasiskirstymas per pašalintą juostą pasiekiamas dėl konformacinės fermento transformacijos, kuri duoda DNR dvigubo spiralės atidarymą..

Tada topoizomerazė I sugrįžta į pradinę konformaciją ir vėl susieja iškirptus galus. Tai vyksta per procesą, nukreiptą į DNR grandinės lūžimą, katalizinėje fermento vietoje. Galiausiai, topoizomerazė išskiria DNR grandinę.

DNR ligavimo greitis yra didesnis nei išskyrimo greitis, kuris užtikrina molekulės stabilumą ir genomo vientisumą.

Apibendrinant, I tipo topoizomerazė katalizuoja:

  1. Sriegio iškirpimas.
  2. Kitų krypčių perėjimas per skaidymą.
  3. Skaldytų galų jungimas.

-II tipo topoizomerazės

Diméricas

II tipo topoizomerazės yra dimeriniai fermentai, kurie skaldo abi DNR kryptis ir taip atpalaiduoja transkripcijos ir kitų ląstelių procesų metu susidariusius superkūnius..

Mg priklausantys++ ir ATP

Šiems fermentams reikia magnio (Mg++) ir taip pat reikalinga energija, gaunama iš ATP trifosfato jungties, kurią jie naudoja naudodamiesi ATPase.

Dvi aktyvios vietos su tirozinu

Žmogaus topoizomerazės II yra labai panašios į mielių \ tSaccharomyces cerevisiae), kurį sudaro du monomerai (A ir B daliai). Kiekvienas monomeras turi ATPazės domeną ir subfragmente tirozino aktyviąją vietą 782, prie kurios DNR gali prisijungti. Todėl prie topoizomerazės II galima prijungti dvi DNR kryptis.

Veikimo mechanizmas

Topoizomerazės II veikimo mechanizmas yra toks pat, kaip aprašyta topoizomerazei I, atsižvelgiant į tai, kad dvi DNR grandinės yra atskirtos ir ne tik viena.

Aktyvioje topoizomerazės II vietoje baltymo fragmentas stabilizuojamas (kovalentiniu rišimu su tirozinu). dviguba spiralė DNR, vadinamas "fragmentu G". Šis fragmentas yra atskirtas ir kovalentiniais ryšiais laikomas prijungtas prie aktyviosios vietos.

Tuomet fermentas leidžia kitam DNR fragmentui, vadinamam "T fragmentu", prasiskverbti pro fragmentą "G", dėl fermentinio konformacinio pokyčio, kuris priklauso nuo ATP hidrolizės..

Topoizomerazė II susieja du „fragmento G“ galus ir pagaliau atgauna pradinę būseną, atleidžiant fragmentą „G“. Tada DNR atpalaiduoja sukimo įtampą, leidžiančią atsirasti replikacijos ir transkripcijos procesams.

-Žmogaus topoizomerazės

Žmogaus genomas turi penkis topoizomerazes: top1, top3α, top3β (I tipo); ir top2α, top2β (II tipo). Svarbiausios žmogaus topoizomerazės yra top1 (IB tipo topoizomerazė) ir 2α (II tipo topoizomerazė)..

Topoizomerazės inhibitoriai

-Topoizomerazės kaip cheminės atakos tikslas

Kadangi procesai, kuriuos katalizuoja topoizomerazės, yra būtini ląstelių išlikimui, šie fermentai yra geri atakos tikslai, turintys įtakos piktybinėms ląstelėms. Tam laikoma, kad topoizomerazės yra svarbios daugelio žmonių ligų gydymui.

Vaistai, kurie sąveikauja su topoizomerazėmis, šiuo metu plačiai tiriami kaip chemoterapinės medžiagos nuo vėžio ląstelių (skirtinguose kūno organuose) ir patogeninių mikroorganizmų..

-Slopinimo tipai

Topoizomerazės aktyvumą slopinantys vaistai gali:

  • Įsiurbimas į DNR.
  • Poveikis topoizomerazės fermentui.
  • Lygiuoti prie molekulės, esančios netoli aktyvios fermento vietos, tuo tarpu, kai DNR-topoizomerazės kompleksas stabilizuojamas.

Pereinamojo komplekso, susidariusio prisijungus prie DNR prie katalizinės fermento vietos tirozino, stabilizavimas neleidžia suskaidyti fragmentų, kurie gali sukelti ląstelių mirtį.

-Topoizomerazių inhibitoriai

Tarp junginių, kurie slopina topoizomerazes, yra šie.

Anti-tumoriniai antibiotikai

Antibiotikai naudojami prieš vėžį, nes jie užkerta kelią naviko ląstelių augimui, paprastai trukdydami jų DNR. Jie dažnai vadinami antineoplastiniais antibiotikais (prieš vėžį). Pavyzdžiui, aktinomicinas D veikia II topoizomerazę ir yra naudojamas Wilms navikams vaikams ir rabdomiozaromoms..

Antraciklinai

Antraciklinai tarp antibiotikų yra veiksmingiausi vaistai nuo vėžio ir plačiausias spektras. Jie naudojami plaučių vėžio, kiaušidžių, gimdos, skrandžio, šlapimo pūslės, krūties, leukemijos ir limfomų gydymui. Yra žinoma, kad ji paveikia topoizomerazę II, skirdama DNR.

Pirmasis antraciklinas, išskirtas iš aktinobakterijų (\ tStreptomyces peucetius) buvo daunorubicinas. Vėliau laboratorijoje buvo susintetintas doksorubicinas, o dabar taip pat naudojamas epirubicinas ir idarubicinas..

Antrakinonai

Antrakinonai arba antracendionai yra junginiai, gauti iš antraceno, panašiai kaip antraciklinai, kurie įtakoja II topoizomerazės aktyvumą, interkaluojant DNR. Jie naudojami metastazavusiam krūties vėžiui, ne Hodžkino limfomai (NHL) ir leukemijai.

Šie vaistai buvo aptikti kai kurių vabzdžių, augalų (frángula, senna, rabarbarų), kerpių ir grybų pigmentuose; taip pat hoelitoje, kuri yra natūralus mineralas. Priklausomai nuo jų dozės, jie gali būti kancerogeniniai.

Tarp šių junginių yra mitoksantronas ir jo analoginis losoksantronas. Tai užkerta kelią piktybinių navikų ląstelių proliferacijai, negrįžtamai jungiasi prie DNR.

Epidofilotoksinai

Podofilotoksinai, tokie kaip epidofilotoksinai (VP-16) ir tenipozidas (VM-26), sudaro kompleksą su topoizomeraze II. Jie naudojami prieš plaučių, sėklidžių, leukemijos, limfomų, kiaušidžių vėžio, krūties karcinomos ir piktybinių intrakranijinių navikų vėžį. Jie yra izoliuoti nuo augalų Podophyllum notatum ir P. peltatum.

Kamptotecinų analogai

Kampotecinai yra junginiai, slopinantys I topoizomerazę, ir tarp jų yra irinotekanas, topotekanas ir diflomotekanas..

Šie junginiai buvo naudojami prieš gaubtinės žarnos, plaučių ir krūties vėžį ir natūraliai gaunami iš medžių rūšių žievės ir lapų. Camptotheca acuminata kinų persikų ir Tibeto.

Natūralus slopinimas

Struktūriniai I ir II topoizomerazių pokyčiai taip pat gali atsirasti visiškai natūraliai. Tai gali įvykti kai kuriais įvykiais, kurie turi įtakos jo kataliziniam procesui.

Tarp šių pakeitimų galime paminėti pirimidino dimerių susidarymą, azoto bazių neatitikimus ir kitus oksidacinio streso sukeltus reiškinius..

Nuorodos

  1. Anderson, H., ir Roberge, M. (1992). DNR topoizomerazė II: jos dalyvavimo chromosomų struktūroje, DNR replikacijoje, transkripcijoje ir mitozėje apžvalga. Cell Biology International Reports, 16 (8): 717-724. doi: 10.1016 / s0309-1651 (05) 80016-5
  2. Chhatriwala, H., Jafri, N. ir Salgia, R. (2006). Topoizomerazės slopinimo plaučių vėžiu apžvalga. Cancer Biology & Therapy, 5 (12): 1600-1607. doi: 10,4161 / cbt.5.12.3546
  3. Ho, Y.-P., Au-Yeung, S.C. F., ir To, K. K. W. (2003). Platinos pagrindu veikiantys vaistai nuo vėžio: naujoviškos projektavimo strategijos ir biologinės perspektyvos. Medicinal Research Reviews, 23 (5): 633-655. doi: 10.1002 / med.10038
  4. Li, T.-K., & Liu, L. F. (2001). Topoizomerazės taikinių sukeltų navikų ląstelių mirtis. Metinė farmakologijos ir toksikologijos apžvalga, 41 (1): 53-77. doi: 10.1146 / annurev.pharmtox.41.1.53
  5. Liu, L. F. (1994). DNR topoizomerazės: Topoizomerazės taikiniai. „Academic Press“. pp 307
  6. Osheroff, N. ir Bjornsti, M. (2001). DNR topoizomerazė. Enzimologija ir vaistai. II tomas. „Humana Press“. 329 psl.
  7. Rothenberg, M. L. (1997). Topoizomerazės I inhibitoriai: peržiūrėkite ir atnaujinkite. Annals of Oncology, 8 (9), 837-855. doi: 10.1023 / a: 1008270717294
  8. Ryan B. (2009 m. Gruodžio 14 d.). Topoizomerazė 1 ir 2. [Vaizdo failas]. Gauta iš „youtube.com“