หุ้น:
ลักษณะของ Topoisomerases ฟังก์ชันประเภทและสารยับยั้ง
topoisomerases เป็นชนิดของเอนไซม์ isomerase ที่ปรับเปลี่ยนโครงสร้างของ deoxyribonucleic acid (DNA) ทำให้ทั้งคู่คลี่คลายขณะที่ขดลวดและ supercoiling.
เอนไซม์เหล่านี้มีบทบาทเฉพาะในการลดความเครียดที่เกิดจากแรงบิดใน DNA เพื่อให้กระบวนการที่สำคัญเช่นการจำลองแบบ, การถอดความของ DNA ในกรดริบบอนนิวคลีอิก (mRNA) และการรวมตัวกันของ DNA สามารถเกิดขึ้นได้.
เอนไซม์ Topoisomerase มีอยู่ในเซลล์ยูคาริโอตและโปรคาริโอต นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์การมีอยู่ของมันวัตสันและคริกเมื่อประเมินข้อ จำกัด ที่โครงสร้างดีเอ็นเอนำเสนอเพื่อให้สามารถเข้าถึงข้อมูลได้ (เก็บไว้ในลำดับนิวคลีโอไทด์).
เพื่อให้เข้าใจถึงการทำงานของ topoisomerase นั้นจะต้องพิจารณาว่า DNA นั้นมีโครงสร้างที่มีความมั่นคงของเกลียวคู่โดยที่โซ่ของมันหมุนไปหนึ่งอัน.
โซ่แบบเชิงเส้นเหล่านี้ประกอบด้วย 2-deoxyribose เข้าร่วมโดยฟอสฟอสเตอร์บอนด์ 5'-3 'และฐานไนโตรเจนในการตกแต่งภายในของพวกเขาเช่นขั้นตอนของบันไดวน.
การศึกษาโทโพโลยีของโมเลกุลดีเอ็นเอได้แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถสันนิษฐานได้ว่ามีความสอดคล้องหลายประการขึ้นอยู่กับความตึงของแรงบิด: จากสภาวะที่ผ่อนคลายไปจนถึงสภาวะต่างๆของขดลวด.
โมเลกุลของดีเอ็นเอที่มีความสอดคล้องที่แตกต่างกันเรียกว่า topoisomers ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่า topoisomerase I และ II สามารถเพิ่มหรือลดความตึงเครียดแรงบิดของโมเลกุลดีเอ็นเอทำให้เกิด topoisomeres ที่แตกต่างกัน.
ในบรรดา topoisomers DNA ที่เป็นไปได้โครงสร้างที่พบมากที่สุดคือ supercoiling ซึ่งมีขนาดเล็กมาก อย่างไรก็ตามเกลียวคู่ของ DNA จะต้องถูกคลายเกลียวโดย topoisomerase ในระหว่างกระบวนการของโมเลกุลหลายอย่าง.
ดัชนี
- 1 ลักษณะ
- 1.1 กลไกการปฏิบัติทั่วไป
- 1.2 Topoisomerases และวัฏจักรของเซลล์
- 2 ฟังก์ชั่น
- 2.1 การเก็บรักษาขนาดกะทัดรัดของสารพันธุกรรม
- 2.2 การเข้าถึงข้อมูลทางพันธุกรรม
- 2.3 การควบคุมการแสดงออกของยีน
- 2.4 ลักษณะเฉพาะของ topoisomerase II
- 3 ประเภทของ topoisomerases
- 3.1-Topoisomerases type I
- 3.2 -Topoisomerases type II
- 3.3 - มนุษย์ชั้นบนสุดของมนุษย์
- 4 สารยับยั้ง Topoisomerase
- 4.1-Topoisomerase เป็นเป้าหมายสำหรับการโจมตีทางเคมี
- 4.2- ประเภทของการยับยั้ง
- 4.3 - ยายับยั้ง Topoisomerase
- 5 อ้างอิง
คุณสมบัติ
กลไกการทำงานทั่วไป
topoisomerase บางตัวสามารถผ่อนคลาย DNA supercoils เชิงลบได้หรือทั้ง Supercoils DNA: ทั้งบวกและลบ.
หาก DNA ที่มีการตีเกลียวเป็นวงกลมหมุนอยู่บนแกนตามยาวของมันและเกิดการเลี้ยวซ้าย (ตามเข็มนาฬิกา) มันถูกกล่าวว่าเป็น supercoiled ในทางลบ หากเทิร์นนั้นตามเข็มนาฬิกา (ทวนเข็มนาฬิกา) มันจะเป็นขดที่เป็นบวกมาก.
โดยทั่วไป topoisomerases สามารถ:
-อำนวยความสะดวกในการส่งผ่านของสาย DNA ผ่านการตัดในฝั่งตรงข้าม (topoisomerase type I).
-อำนวยความสะดวกในการผ่านของเกลียวคู่ที่สมบูรณ์ผ่านการแบ่งในตัวเองหรือผ่านการแบ่งในเกลียวคู่ที่แตกต่างกันอีก (topoisomerase ประเภท II).
โดยสรุป topoisomerases ทำหน้าที่ผ่านความแตกแยกของพันธะฟอสฟอสเตอร์ในหนึ่งหรือทั้งสองเส้นที่ประกอบกันเป็นดีเอ็นเอ จากนั้นปรับสภาพขดลวดของเกลียวคู่ (topoisomerase I) หรือสองเกลียวคู่ (topoisomerase II) เพื่อกลับไปผูกหรือผูกปลายปลายไว้.
Topoisomerase และวัฏจักรของเซลล์
ถึงแม้ว่า topoisomerase I เป็นเอนไซม์ที่แสดงกิจกรรมที่มากขึ้นในช่วง S phase (การสังเคราะห์ DNA) แต่ก็ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเฟสของวัฏจักรของเซลล์.
ในขณะที่กิจกรรม topoisomerase II มีการใช้งานมากขึ้นในช่วงลอการิทึมของการเจริญเติบโตของเซลล์และในเซลล์ของเนื้องอกที่เติบโตอย่างรวดเร็ว.
ฟังก์ชั่น
การเปลี่ยนแปลงของยีนที่เข้ารหัส topoisomerase เป็นอันตรายต่อเซลล์ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของเอนไซม์เหล่านี้ ในกระบวนการที่ topoisomerase เข้าร่วมคือ:
การจัดเก็บที่กะทัดรัดของสารพันธุกรรม
Topoisomerase ช่วยให้การจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมในลักษณะกะทัดรัดเนื่องจากพวกมันสร้าง DNA coiling และ supercoiling ทำให้สามารถพบข้อมูลจำนวนมากในปริมาณที่ค่อนข้างน้อย.
การเข้าถึงข้อมูลทางพันธุกรรม
ถ้าไม่มี topoisomerases และลักษณะเฉพาะของมันจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเข้าถึงข้อมูลที่เก็บไว้ใน DNA นี่เป็นเพราะ topoisomerases ปล่อยความตึงเครียดเป็นระยะโดยการบิดที่เกิดขึ้นในเกลียวคู่ของ DNA ในระหว่างการคลี่คลายของมันในกระบวนการของการจำลองการถอดความและการรวมตัวกันอีกครั้ง.
หากความตึงเครียดอันเกิดจากแรงบิดที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการเหล่านี้ไม่สามารถปลดปล่อยออกมาได้มันอาจทำให้เกิดการแสดงออกของยีนที่มีข้อบกพร่องการหยุดชะงักของ DNA เวียนหรือโครโมโซมแม้จะทำให้เซลล์ตาย.
ระเบียบการแสดงออกของยีน
การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง (ในโครงสร้างสามมิติ) ของโมเลกุล DNA เปิดเผยภูมิภาคเฉพาะไปสู่ภายนอกซึ่งสามารถโต้ตอบกับโปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอ โปรตีนเหล่านี้มีหน้าที่กำกับดูแลการแสดงออกของยีน (บวกหรือลบ).
ดังนั้นสถานะของ DNA ที่คดเคี้ยวซึ่งเกิดจากการกระทำของ topoisomerase มีผลต่อการควบคุมการแสดงออกของยีน.
ลักษณะเฉพาะของ topoisomerase II
Topoisomerase II เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการประกอบ chromatids การควบแน่นและการลดปริมาณของโครโมโซมและการแยกโมเลกุลของลูกสาว DNA ระหว่างเซลล์.
เอนไซม์นี้ยังเป็นโปรตีนโครงสร้างและเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักของเมทริกซ์ของนิวเคลียสของเซลล์ในระหว่างเฟส.
ประเภทของ topoisomerases
มีสองประเภทหลักของ topoisomerase ขึ้นอยู่กับว่าพวกเขาจะสามารถแยกออกเป็นหนึ่งหรือสองเส้นดีเอ็นเอ.
-Topoisomerases ประเภท 1
monomeric
Typeois topoisomerases เป็นโมโนเมอร์ที่ช่วยลด supercoils ทั้งบวกและลบซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ของ fork ระหว่างการถอดความและในระหว่างกระบวนการจำลองและการรวมตัวกันของยีน.
Typeois topoisomerase สามารถแบ่งออกเป็น Type 1A และ Type 1B หลังเป็นสิ่งที่พบในมนุษย์และมีหน้าที่ในการผ่อนคลาย DNA ที่มีการเคลือบผิว.
ไทโรซีนในไซต์ที่ใช้งานอยู่
Topoisomerase 1B (Top1B) ประกอบด้วยกรดอะมิโน 765 ชนิดแบ่งออกเป็น 4 โดเมน หนึ่งในโดเมนเหล่านี้มีพื้นที่อนุรักษ์สูงที่มีไซต์ที่มีไทโรซีน (Tyr7233) ไทโรซีนชั้นนำทั้งหมดที่มีอยู่ในไซต์ของพวกเขาคือไทโรซีนที่มีบทบาทพื้นฐานในกระบวนการเร่งปฏิกิริยาทั้งหมด.
กลไกการออกฤทธิ์
ไทโรซีนจากพื้นที่ทำงานจะสร้างพันธะโควาเลนต์ด้วยปลาย DNA 3'- ฟอสเฟตตัดมันออกและทำให้มันยึดติดกับเอนไซม์ในขณะที่ส่งดีเอ็นเออีกเส้นผ่านการตัดออก.
ทางเดินของ DNA อื่น ๆ ผ่านทางเกลียวที่ถูกทำให้สำเร็จนั้นเกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเอนไซม์ซึ่งสร้างการเปิดของ DNA double helix.
จากนั้น topoisomerase ฉันกลับไปที่โครงสร้างเริ่มต้นและผูกปลายอีกด้านไว้ สิ่งนี้เกิดขึ้นจากกระบวนการผกผันกับการทำลายของห่วงโซ่ DNA ในไซต์เร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ ในที่สุด topoisomerase จะปล่อยสายดีเอ็นเอ.
DNA ligation rate สูงกว่า excision rate ซึ่งทำให้มั่นใจเสถียรภาพของโมเลกุลและความสมบูรณ์ของจีโนม.
โดยสรุป topoisomerase ประเภทฉันเร่งปฏิกิริยา:
- การตัดตอนของสาระ.
- ทางเดินของสายอื่น ๆ ผ่านการแยก.
- ligation ของการแยกสิ้นสุด.
-Topoisomerase ประเภท II
dimeric
Typeois topoisomerase เป็นเอนไซม์ dimeric ซึ่งแยกออกเป็นสองส่วนของ DNA ดังนั้นจึงเป็นการผ่อนคลาย supercoils ที่สร้างขึ้นในระหว่างการถอดรหัสและกระบวนการเซลล์อื่น ๆ.
Mg อยู่ในความอุปการะ++ และ ATP
เอนไซม์เหล่านี้ต้องการแมกนีเซียม (Mg++) และยังต้องการพลังงานที่มาจากการสลายตัวของ ATP triphosphate link ซึ่งพวกมันใช้ประโยชน์จาก ATPase.
ไซต์ที่ใช้งานสองแห่งที่มีไทโรซีน
มนุษย์ topoisomerase II มีความคล้ายคลึงกับยีสต์ (Saccharomyces cerevisiae) ซึ่งประกอบด้วยสองโมโนเมอร์ (subfragments A และ B) โมโนเมอร์แต่ละตัวมีโดเมน ATPase และในไซต์ย่อยไทโรซีนแอกทีฟไซต์ 782 ซึ่ง DNA สามารถผูกมัดได้ ดังนั้นดีเอ็นเอสองเส้นจึงสามารถเข้าร่วมกับ topoisomerase II ได้.
กลไกการออกฤทธิ์
กลไกการออกฤทธิ์ของ topoisomerase II นั้นเหมือนกับที่อธิบายไว้สำหรับ topoisomerase I โดยพิจารณาว่าสาย DNA สองเส้นแยกออกและไม่เพียงอันเดียว.
ในบริเวณที่ใช้งานของ topoisomerase II ชิ้นส่วนของโปรตีนจะเสถียร (ผ่านการจับด้วยโควาเลนต์กับไทโรซีน) เกลียวคู่ ของ DNA ที่เรียกว่า "fragment G" ส่วนนี้จะถูกตัดออกและถูกผูกไว้กับเว็บไซต์ที่ใช้งานโดยพันธบัตรโควาเลนต์.
จากนั้นเอ็นไซม์จะช่วยให้ชิ้นส่วนดีเอ็นเออื่นที่เรียกว่า "T แฟรกเมนต์" สามารถผ่านส่วน "G" ที่แยกออกได้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเอนไซม์ซึ่งขึ้นอยู่กับการไฮโดรไลซิสของ ATP.
Topoisomerase II ผูกปลายทั้งสองด้านของ "แฟรกเมนต์ G" และในที่สุดก็กู้สถานะเริ่มต้นของมันออกปล่อยชิ้นส่วน "G" จากนั้น DNA จะคลายความตึงของแรงบิดซึ่งจะทำให้กระบวนการจำลองแบบและการถอดความเกิดขึ้น.
-มนุษย์ topoisomerases
จีโนมของมนุษย์นั้นมี 5 อันดับแรกของเซลล์ต่อไปนี้: top1, top3α, top3β (จากประเภท I); และtop2α, top2β (จากประเภท II) มนุษย์ topoisomerase ที่เกี่ยวข้องมากที่สุดคือ top1 (topoisomerase type IB) และ2α (topoisomerase type II).
สารยับยั้ง Topoisomerase
-Topoisomerase เป็นเป้าหมายของการโจมตีทางเคมี
เนื่องจากกระบวนการเร่งปฏิกิริยาโดย topoisomerase มีความจำเป็นต่อการอยู่รอดของเซลล์เอนไซม์เหล่านี้เป็นเป้าหมายที่ดีของการโจมตีที่จะส่งผลกระทบต่อเซลล์มะเร็ง สำหรับเรื่องนี้ topoisomerase ถือเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาโรคของมนุษย์จำนวนมาก.
ยาที่มีปฏิกิริยากับ topoisomerase ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางว่าเป็นสารเคมีบำบัดต่อเซลล์มะเร็ง (ในอวัยวะต่าง ๆ ของร่างกาย) และจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค.
-ประเภทของการยับยั้ง
ยาเสพติดยับยั้งกิจกรรม topoisomerase สามารถ:
- บริโภคเป็น DNA.
- ส่งผลต่อเอนไซม์ topoisomerase.
- สอดเข้าไปในโมเลกุลใกล้กับบริเวณที่แอคทีฟของเอนไซม์ในขณะที่ DNA-topoisomerase คอมเพล็กซ์มีความเสถียร.
ความเสถียรของความสลับซับซ้อนชั่วคราวที่เกิดขึ้นจากการรวมตัวของดีเอ็นเอกับไทโรซีนของตัวเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ช่วยป้องกันการรวมตัวของชิ้นส่วนที่ถูกตัดออกซึ่งอาจนำไปสู่การตายของเซลล์.
-สารยับยั้งของ topoisomerase
ในบรรดาสารประกอบที่ยับยั้ง topoisomerase มีดังต่อไปนี้.
ยาต้านจุลชีพ
ยาปฏิชีวนะใช้ต่อต้านมะเร็งเนื่องจากป้องกันการเติบโตของเซลล์มะเร็งโดยปกติจะรบกวนการทำงานของ DNA พวกเขามักจะเรียกว่ายาปฏิชีวนะ antineoplastic (ต่อต้านมะเร็ง) ตัวอย่างเช่น Actinomycin D มีผลต่อ topoisomerase II และใช้ในเนื้องอก Wilms ในเด็กและใน rhabdomyosarcomas.
ในกลุ่ม
Anthracyclines อยู่ในกลุ่มยาปฏิชีวนะยาต้านมะเร็งที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดและสเปกตรัมที่กว้างที่สุด พวกเขาจะใช้ในการรักษาโรคมะเร็งปอด, รังไข่, มดลูก, กระเพาะอาหาร, กระเพาะปัสสาวะ, เต้านม, โรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวและต่อมน้ำเหลือง เป็นที่ทราบกันดีว่ามีผลกระทบต่อ topoisomerase II โดยการสอดแทรกใน DNA.
anthracycline แรกที่แยกได้จาก actinobacteria (Streptomyces peucetius) คือ daunorubicin หลังจากนั้นก็มีการสังเคราะห์ doxorubicin ในห้องปฏิบัติการและตอนนี้ก็ใช้ epirubicin และ idarubicin ด้วยเช่นกัน.
แอนทราค
แอนทราควิโนนหรือแอนทราไซด์ดิออนเป็นสารประกอบที่มาจากแอนทราซีนคล้ายกับแอนทราไซคลีนซึ่งมีผลต่อการทำงานของ topoisomerase II โดยการสอดแทรกใน DNA พวกเขาจะใช้สำหรับมะเร็งเต้านมระยะแพร่กระจาย, มะเร็งต่อมน้ำเหลืองที่ไม่ใช่ Hodgkin (NHL) และมะเร็งเม็ดเลือดขาว.
ยาเหล่านี้ถูกพบในเม็ดสีของแมลงพืช (frángula, มะขามแขก, รูบาร์บ), ไลเคนและเชื้อรา; เช่นเดียวกับใน hoelita ซึ่งเป็นแร่ธาตุจากธรรมชาติ ขึ้นอยู่กับปริมาณของพวกเขาพวกเขาสามารถก่อมะเร็ง.
ในบรรดาสารประกอบเหล่านี้เรามีไมโทแซนโทน สิ่งเหล่านี้ช่วยป้องกันการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งร้ายซึ่งมีผลผูกพันกับดีเอ็นเออย่างถาวร.
epipodophyllotoxins
Podophyllotoxins เช่น epidofilotoxins (VP-16) และ teniposide (VM-26) กลายเป็นคอมเพล็กซ์ที่มี topoisomerase II พวกเขาจะใช้กับโรคมะเร็งปอด, ลูกอัณฑะ, โรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว, มะเร็งต่อมน้ำเหลือง, มะเร็งรังไข่, มะเร็งเต้านมและเนื้องอกในสมองมะเร็งอื่น ๆ พวกเขาถูกแยกออกจากพืช Podophyllum notatum และ P. peltatum.
analogues Camptothecins
Campotecins เป็นสารประกอบที่ยับยั้ง topoisomerase I และในหมู่พวกมันคือ irinotecan, topotecan และ diflomotecan.
สารประกอบเหล่านี้ถูกใช้ต่อต้านมะเร็งของลำไส้ใหญ่ปอดและเต้านมและได้รับตามธรรมชาติจากเปลือกและใบของสายพันธุ์ต้นไม้ Camptotheca acuminata ของลูกพีชจีนและทิเบต.
ยับยั้งธรรมชาติ
การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของ topoisomerases I และ II สามารถเกิดขึ้นได้อย่างสมบูรณ์ตามธรรมชาติ สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในบางเหตุการณ์ที่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการเร่งปฏิกิริยา.
ในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เราสามารถพูดถึงการก่อตัวของ pyrimidine dimers, ไม่ตรงกันของฐานไนโตรเจนและเหตุการณ์อื่น ๆ ที่เกิดจากความเครียดออกซิเดชัน.
การอ้างอิง
- แอนเดอร์สัน, H. , & Roberge, M. (1992) DNA topoisomerase II: การทบทวนการมีส่วนร่วมในโครงสร้างของโครโมโซมการจำลองแบบของดีเอ็นเอการถอดความและไมโทซิส รายงานเซลล์ชีววิทยาสากล, 16 (8): 717-724 ดอย: 10.1016 / s0309-1651 (05) 80016-5
- Chhatriwala, H. , Jafri, N. , & Salgia, R. (2006) การทบทวนการยับยั้ง topoisomerase ในมะเร็งปอด ชีววิทยาและการบำบัดโรคมะเร็ง, 5 (12): 1600-1607 doi: 10.4161 / cbt.5.12.3546
- Ho, Y.-P. , Au-Yeung, S.C. F. , & To, K. K.W. (2003) ตัวแทนต้านมะเร็งที่ใช้แพลตตินัม: กลยุทธ์การออกแบบที่สร้างสรรค์และมุมมองทางชีวภาพ รีวิวการวิจัยยา, 23 (5): 633-655 ดอย: 10.1002 / med.10038
- Li, T.-K. , & Liu, L. F. (2001) การตายของเซลล์เนื้องอกเกิดจากยา topoisomerase-Targeting ทบทวนประจำปีของเภสัชวิทยาและพิษวิทยา, 41 (1): 53-77 ดอย: 10.1146 / annurev.pharmtox.41.1.53
- Liu, L. F. (1994) DNA Topoisomerase: ยาที่มีกลุ่มเป้าหมาย Topoisomerase สื่อวิชาการ หน้า 307
- Osheroff, N. และ Bjornsti, M. (2001) DNA Topoisomerase วิทยาและยาเสพติด ปีที่ II กด Humana หน้า 329.
- Rothenberg, M. L. (1997) Topoisomerase I inhibitors: ตรวจสอบและอัปเดต พงศาวดารของมะเร็ง, 8 (9), 837-855 ดอย: 10.1023 / a: 1008270717294
- Ryan B. (2009, 14 ธันวาคม) Topoisomerase 1 และ 2 [ไฟล์วิดีโอ] ดึงมาจาก youtube.com