TOPO I

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DNAトポイソメラーゼは、核内に存在する酵素の一群です。これらはDNA鎖の切断と結合を触媒し、DNAのトポロジー状態を制御します。トポイソメラーゼは、スーパーカール構造テンプレートの調節に関与しています。哺乳類には主に2種類のトポイソメラーゼがあります。DNAトポイソメラーゼIは、短い一本鎖切断結合サイクルを形成することによってDNA複製のトポイソメリック状態の変化を触媒します。一方、トポイソメラーゼIIは二本鎖酵素ブリッジの瞬時の切断を引き起こし、その後それを開いて再閉鎖します。DNAのトポロジー状態を変えるためです。哺乳類のトポイソメラーゼIIは、αII型とβII型に分けることができます。トポイソメラーゼ毒素の抗腫瘍活性は、酵素-DNA切断可能複合体の安定性に関連しています。これらの薬剤は、酵素-DNA分割可能複合体を安定化させることによって、酵素を線維毒素に効果的に変換します。

図1. DNAトポイソメラーゼ。

はじめに

DNAトポイソメラーゼが触媒できる反応は多く、ここでは簡単に説明します。DNAトポイソメラーゼIは、二本鎖DNAよりも一本鎖DNAに対してはるかに高い親和性を持ち、これは負のスーパーカールDNAを認識するための分子基盤です。なぜなら、負のスーパーカールDNAはしばしば一定の一本鎖領域を持つからです。負のスーパーカールが高いほど、DNAトポイソメラーゼIの作用は速くなります。現在、動物内の負のスーパーカールは約5%で安定していることが知られており、低い場合や高い場合には機能しません。生物は、トポイソメラーゼIとIIの逆の作用を通じて負のスーパーカールを安定した状態に保ちます。コードEが見つかりました。大腸菌トポイソメラーゼIのtopA遺伝子の変異は、ジャイレース遺伝子に補償変異を引き起こします。そうでなければ、負のスーパーカールが増加し、細胞の生存能力が低下します。トポイソメラーゼIの塩基配列特異性は高くありませんが、切断点はCの4塩基下流（C自体を含む）でなければなりません。DNAの一本鎖が切断された後、トポイソメラーゼIはニックの5'末端に接続され、リン酸ジエステル結合を加水分解するためのエネルギーが蓄えられ、ニックを接続します。したがって、トポイソメラーゼIの機能はエネルギー供給を必要としません。

機能

トポイソメラーゼ阻害剤は重要な抗腫瘍薬であり、トポイソメラーゼとDNAの間に形成される共有複合体を安定化させることによって機能すると考えられており、これがDNA複製メカニズムに障害を設定します。科学者たちは、トポイソメラーゼを標的とする薬剤の効果の起源をまだ知らない。今号の表紙は、薬剤の作用による正のDNAスーパースパイラルの蓄積を示しています。このDNAの超絡みは、DNAポリメラーゼの進行を妨げ、複製フォークの防止または破壊に役立ち、細胞死を引き起こす可能性があります。

DNAトポイソメラーゼ触媒反応

多くの反応があり、その本質はまずDNAのリン酸ジエステル結合を切断し、DNA鎖の数を変え、次にそれらを接続することです。DNAエンドヌクレアーゼおよびDNAリガーゼの機能を持っています。しかし、彼らは以前に存在した切断されたDNAを接続することはできません。つまり、彼らの切断とリガーション反応は相互に結びついています。異種の変化を生じることができるDNAトポイソメラーゼの他に、隣接する塩基の間に挿入し、塩基スタッキングに影響を与える多くの試薬、特にフレーク染料分子があります。これもDNAのトポロジー状態を変えることができます。最も明白な例はエチジウムブロマイドです。挿入染料分子の数が増加するにつれて、最初の現れは負のスーパーカールの減少と消失であり、その後正のスーパーカールの増加が続きます。これは、一本鎖DNA結合タンパク質が負のスーパーカールを小胞に変換するのを促進する場合に似ています。

臨床的意義

多くの薬剤はトポイソメラーゼに干渉することによって作用します。広域スペクトルのフルオロキノロン抗生物質は、細菌型IIトポイソメラーゼの機能を妨害することによって作用します。これらの小分子阻害剤は、染色体DNAに切断を生じさせるトポイソメラーゼの自然な能力をハイジャックすることによって、効果的な抗菌剤として機能します。トポイソメラーゼ阻害剤と呼ばれるいくつかの化学療法薬は、癌細胞内の哺乳類真核生物トポイソメラーゼに干渉することによって作用します。これによりDNAの切断が誘発され、最終的にはプログラムされた細胞死（アポトーシス）につながります。潜在的な治療効果に加えて、このDNA損傷効果は、患者が二次腫瘍を発生させる原因にもなる可能性があります。