Topoizomeraz özellikleri, fonksiyonları, tipleri ve inhibitörleri

topoizdmerazları hem deoksiribonükleik asidin (DNA) topolojisini değiştiren, hem de sarımı ve süper sargısı olarak gevşemesini yaratan bir tür izomeraz enzimidir..

Bu enzimlerin DNA'daki burulma stresini azaltmada özel bir rolü vardır, böylece replikasyonu, haberci ribonükleik asidinde DNA'nın transkripsiyonu (mRNA) ve DNA'nın rekombinasyonu gibi önemli süreçler oluşabilir..

Topoizomeraz enzimleri hem ökaryotik hem de prokaryotik hücrelerde bulunur. Varlığının, bilim adamları Watson ve Crick tarafından tahmin edilmesi, DNA yapısının bilgiye erişimini sağlamak için sunduğu sınırlamaları değerlendirirken (nükleotit sekansında saklanmıştır) öngörülmüştür..

Topoizomerazların fonksiyonlarını anlamak için, DNA'nın zincirleri birbiri üzerine yuvarlanmış şekilde sabit bir çift sarmal yapıya sahip olduğu düşünülmelidir..

Bu lineer zincirler, fosfodiester bağları 5'-3 'ile birleştirilen 2-deoksiriboz ve içlerinde bir spiral merdiven basamakları gibi azotlu bazlardan oluşur..

DNA moleküllerinin topolojik incelemesi, burkulma gerilimlerine bağlı olarak çeşitli şekillerde üstlenebileceklerini göstermiştir: rahat bir durumdan, sıkışmalarını sağlayan farklı sarım durumlarına..

Farklı şekillerde DNA moleküllerine topoizomerler denir. Böylece, I ve II topoizomerazlarının, farklı topoizomerleri oluşturan, DNA moleküllerinin burulma gerginliğini artırabileceği veya azaltabileceği sonucuna varabiliriz..

Muhtemel DNA topoizomerleri arasında, en yaygın konformasyon çok kompakt olan süper-sarmaldır. Bununla birlikte, DNA'nın çift sarmalının, birkaç moleküler işlem sırasında topoizomerazlar tarafından da çözülmesi gerekir..

indeks

• 1 özellikleri
  • 1.1 Genel eylem mekanizması
  • 1.2 Topoizomerazlar ve hücre döngüsü
• 2 İşlev
  • 2.1 Genetik malzemenin kompakt depolanması
  • 2.2 Genetik bilgiye erişim
  • 2.3 Gen ekspresyonunun düzenlenmesi
  • 2.4 Topoizomeraz II'nin özellikleri
• 3 Topoizomeraz Çeşitleri
  • 3.1-Topoizomerazlar tip I
  • 3.2 -Topoisomerases tip II
  • 3.3 - İnsan topoizomerazları
• 4 Topoizomeraz inhibitörleri
  • 4.1-Kimyasal saldırı için bir hedef olarak topoizomerazlar
  • 4.2-İnhibisyon Türleri
  • 4.3 - Topoizomeraz inhibitör ilaçları
• 5 Kaynakça

özellikleri

Genel eylem mekanizması

Bazı topoizomerazlar yalnızca negatif DNA süper bobinlerini veya her iki DNA süper bobinini rahatlatabilir: pozitif ve negatif.

Dairesel çift sarmallı DNA, uzunlamasına ekseninde çözülürse ve solak bir dönüş meydana gelir (saat yönünde), negatif sarıldığı söylenir. Dönüş saat yönünde ise (saat yönünün tersine), pozitif olarak sarılmış.

Temel olarak, topoizomerazlar şunları yapabilir:

-Bir DNA sarmalının, karşıt sarmaldaki bir kesikten geçişini kolaylaştırmak (topoizomeraz tip I).

-Komple bir çift sarmalın kendi içinde bir yarıktan veya başka bir farklı sarmaldaki bir yarıktan geçişini kolaylaştırmak (topoizomeraz tip II).

Özetle, topoizomerazlar, fosfodiester bağlarının bölünmesini, DNA'yı oluşturan bir veya iki şerit halinde hareket eder. Sonra nihayet eksize edilen uçları bağlamak veya bağlamak için bir çift sarmalın (topoizomeraz I) ya da iki çift sarmalın (topoizomeraz II) ipliklerinin sargı durumunu değiştirin..

Topoizomerazlar ve hücre döngüsü

Topoizomeraz I, S fazı sırasında daha fazla aktivite sergileyen bir enzim olmasına rağmen (DNA sentezi), hücre döngüsünün bir fazına bağlı olduğu düşünülmemektedir..

Topoizomeraz II aktivitesi, hücre büyümesinin logaritmik fazı sırasında ve hızla büyüyen tümörlerin hücrelerinde daha aktifken.

fonksiyonlar

Topoizomerazları kodlayan genlerin değiştirilmesi, bu enzimlerin önemini ortaya koyan hücreler için öldürücüdür. Topoizomerazların katıldığı süreçler arasında:

Genetik malzemenin kompakt depolanması

Topoizomerazlar, genetik bilginin kompakt bir şekilde depolanmasını kolaylaştırır, çünkü DNA sarma ve süper sargı üretirler, büyük miktarda bilginin nispeten küçük bir hacimde bulunmasına izin verirler..

Genetik bilgiye erişim

Topoizomerazlar ve benzersiz özellikleri olmasaydı, DNA'da depolanan bilgilere erişmek mümkün olmazdı. Bunun nedeni, topoizomerazların, DNA'nın çift sarmalında, çözülme sırasında, replikasyon, transkripsiyon ve rekombinasyon işlemlerinde ortaya çıkan bükülme yoluyla düzenli olarak gerilimi serbest bırakmasıdır.

Bu işlemler sırasında ortaya çıkan burulma nedeniyle oluşan gerilim serbest bırakılmazsa, hatalı bir gen ifadesi, dairesel DNA veya kromozomun kesilmesi, hatta hücre ölümü meydana getirebilir.

Gen ekspresyonunun düzenlenmesi

DNA molekülünün konformasyonel değişiklikleri (üç boyutlu yapıda), DNA-bağlayıcı proteinlerle etkileşime girebilen belirli bölgeleri dışarıya maruz bırakır. Bu proteinler gen ekspresyonunun düzenleyici bir fonksiyonuna sahiptir (pozitif veya negatif).

Böylece, topoizomerazların etkisiyle oluşturulan DNA sarım durumu, gen ekspresyonunun düzenlenmesini etkiler..

Topoizomeraz II'nin özellikleri

Topoizomeraz II, kromatitlerin montajı, kromozomların yoğunlaştırılması ve yoğunlaştırılması ve mitoz sırasında yeni DNA moleküllerinin ayrılması için gereklidir..

Bu enzim aynı zamanda yapısal bir proteindir ve interfaz sırasında hücre çekirdeği matrisinin ana bileşenlerinden biridir..

Topoizomeraz Çeşitleri

Bir veya iki DNA şeridini parçalayabilmelerine bağlı olarak iki ana topoizomeraz türü vardır..

-Topoizomerazlar tip I

monomerik                 

Tip I topoizomerazlar, transkripsiyon sırasında ve replikasyon ve gen rekombinasyonu işlemleri sırasında çatalın hareketi ile üretilen negatif ve pozitif süper bobinleri hafifleten monomerlerdir..

Tip I topoizomerazlar tip 1A ve tip 1B'ye alt bölümlere ayrılabilir. Sonuncusu insanlarda bulunanlardır ve süper sarılı DNA'nın gevşetilmesinden sorumludurlar..

Tirozin aktif bölgesinde

Topoizomeraz İB (Top1B), 4 spesifik alana bölünmüş 765 amino asitten oluşur. Bu alanlardan biri, tirozin içeren aktif bölgeyi içeren yüksek oranda korunan bir alana sahiptir (Tyr7233). Tüm topoizomeralar aktif bölgelerinde tüm katalitik işlemlerde temel rol oynayan bir tirozin sunar..

Etki mekanizması

Aktif bölgeden gelen tirozin, DNA zincirinin 3'-fosfat ucu ile kovalent bir bağ oluşturur, kesilir ve eksizyondan başka bir DNA zincirini geçerken enzime bağlı tutar..

Diğer DNA zincirinin eksize edilmiş iplikçikten geçişi, DNA çift sarmalının açılmasını üreten enzimin konformasyonel dönüşümü sayesinde elde edilir..

Daha sonra, topoizomeraz I ilk konformasyonuna geri döner ve eksize edilmiş uçları tekrar bağlar. Bu, enzimin katalitik bölgesinde, DNA zincirinin parçalanmasına ters bir işlemle gerçekleşir. Son olarak, topoizomeraz DNA zincirini serbest bırakır.

DNA ligasyon hızı, molekülün stabilitesini ve genomun bütünlüğünü sağlayan eksizyon oranından daha yüksektir.

Özet olarak, topoizomeraz tip I katalizler:

1. Bir telin eksizyonu.
2. Diğer telin ayrılmadan geçmesi.
3. Bölünmüş biter ligasyonu.

-Topoizomerazlar tip II

dimerik

Tip II topoizomerazlar, DNA'nın her iki telini de bölen ve böylece transkripsiyon ve diğer hücresel işlemler sırasında üretilen süper bobinleri gevşeten dimerik enzimlerdir..

Mg Bağımlıları⁺⁺ ve ATP

Bu enzimler magnezyum gerektirir (Mg⁺⁺) ve ayrıca ATPase sayesinde avantajlarından yararlandıkları ATP trifosfat bağlantısının bozulmasından kaynaklanan enerjiye ihtiyaç duyarlar..

Tirozinli iki aktif bölge

İnsan topoizomerazları II mayakilere çok benzerdir (Saccharomyces cerevisiae), iki monomerden (A ve B altfantları) oluşur. Her monomer bir ATPase domenine ve bir alt fragmana DNA'nın bağlanabileceği tirozin aktif bölge 782'ye sahiptir. Bu nedenle, iki DNA zinciri topoizomeraz II'ye birleştirilebilir..

Etki mekanizması

Topoizomeraz II'nin etki mekanizması, iki DNA zincirinin ayrıldığını ve sadece bir tane değil, topoizomeraz I için tarif edilenle aynı olduğunu.

Topoizomeraz II'nin aktif bölgesinde, proteinin bir parçası stabilize edilir (tirozin ile kovalent bağlanma yoluyla). çift ​​sarmal DNA, "G parçası" olarak adlandırılır. Bu parça kovalent bağlarla parçalanır ve aktif bölgeye bağlı kalır.

Daha sonra, enzim, ATP'nin hidrolizine bağlı olan enzimin yapısal bir değişimi sayesinde, bölünmüş "G" parçasından geçerek "T parçası" olarak adlandırılan bir başka DNA parçasına izin verir..

Topoizomeraz II, "G" fragmanının iki ucunu bağlar ve son olarak "G" fragmanını serbest bırakarak başlangıçtaki durumunu kurtarır. Daha sonra, DNA, burulma gerilimini gevşeterek çoğaltma ve kopyalama işlemlerinin gerçekleşmesini sağlar..

-İnsan topoizomerazları

İnsan genomunun beş topoizomerazı vardır: top1, top3α, top3β (tip I); ve top2α, top2β (tip II). En alakalı insan topoizomeraları, top1 (topoizomeraz tip IB) ve 2a'dır (topoizomeraz tip II).

Topoizomeraz inhibitörleri

-Kimyasal saldırı için bir hedef olarak topoizomerazlar

Topoizomerazlar tarafından katalize edilen işlemler hücrelerin hayatta kalması için gerekli olduğundan, bu enzimler kötü huylu hücreleri etkilemek için iyi bir saldırı hedefidir. Bunun için topoizomerazlar birçok insan hastalığının tedavisinde önemli olarak kabul edilir..

Topoizomerazlarla etkileşime giren ilaçlar, kanser hücrelerine (vücudun farklı organlarında) ve patojenik mikroorganizmalara karşı kemoterapötik maddeler olarak günümüzde yaygın olarak çalışılmaktadır..

-İnhibisyon türleri

Topoizomeraz aktivitesi inhibe edici ilaçlar:

• DNA'ya giriş.
• Topoizomeraz enzimini etkiler.
• DNA-topoizomeraz kompleksi stabilize edilirken, enzimin aktif bölgesi yakınındaki bir moleküle serpiştirin.

DNA'nın enzimin katalitik bölgesinin tirozinine bağlanmasıyla oluşan geçici kompleksin stabilizasyonu, hücre ölümüne yol açabilecek eksize edilmiş fragmanların birleşmesini önler..

-Topoizomeraz inhibitörleri

Topoizomerazları inhibe eden bileşikler arasında aşağıdakiler vardır:.

Antitümör antibiyotikler

Antibiyotikler kansere karşı kullanılır, çünkü genellikle DNA'larına müdahale ederek tümör hücrelerinin büyümesini önlerler. Genellikle antineoplastik antibiyotik olarak adlandırılır (kansere karşı). Örneğin aktinomisin D, topoizomeraz II'yi etkiler ve çocuklarda ve rabdomiyosarkomlarda Wilms tümörlerinde kullanılır..

antrasiklinler

Antrasiklinler, antibiyotikler arasında en etkili antikanser ilaçları ve en geniş spektrumdur. Akciğer kanseri, yumurtalıklar, uterus, mide, mesane, meme, lösemi ve lenfomaların tedavisinde kullanılırlar. DNA'da araya girerek topoizomeraz II'yi etkilediği bilinmektedir..

Aktinobakterilerden izole edilen ilk antrasiklin (Streptomyces peucetius) daunorubisin idi. Daha sonra, laboratuarda doksorubisin sentezlendi ve şimdi epirubisin ve idarubisin de kullanıldı..

antrakinon

Antrakinonlar veya antrasantiller, antrasiklinlere benzer şekilde antrasikinden türetilen, topoizomeraz II'nin aktivitesini DNA'da araya sokarak etkileyen bileşiklerdir. Metastatik meme kanseri, Hodgkin olmayan lenfoma (NHL) ve lösemi tedavisinde kullanılırlar.

Bu ilaçlar bazı böceklerin, bitkilerin (frángula, senna, ravent), likenlerin ve mantarların pigmentlerinde; doğal bir mineral olan hoelita'da olduğu gibi. Dozlarına bağlı olarak kanserojen olabilirler.

Bu bileşikler arasında, mitoksantron ve analog losoksantron bulunur. Bunlar malign tümör hücrelerinin çoğalmasını önleyerek geri dönüşümsüz olarak DNA'ya bağlanır.

epipodofıllotoksınleır

Epidofilotoksinler (VP-16) ve teniposid (VM-26) gibi podofilotoksinler, topoizomeraz II ile bir kompleks oluşturur. Diğerlerinin yanı sıra akciğer kanseri, testis, lösemi, lenfoma, yumurtalık kanseri, meme kanseri ve malign intrakranial tümörlere karşı kullanılırlar. Bitkilerden izole edilirler Podophyllum notatum ve P. peltatum.

Camptothecins analogları

Kampotinler, topoizomeraz I'i inhibe eden bileşiklerdir ve aralarında irinotekan, topotekan ve diflomotekan bulunur..

Bu bileşikler kolon, akciğer ve meme kanserine karşı kullanılmıştır ve doğal olarak arboreal türlerinin kabuğu ve yapraklarından elde edilmiştir. Camptotheca acuminata Çin şeftali ve Tibet.

Doğal inhibisyon

Topoizomeraz I ve II'nin yapısal değişiklikleri de tamamen doğal olarak gerçekleşebilir. Bu, katalitik sürecini etkileyen bazı olaylar sırasında olabilir..

Bu değişiklikler arasında, pirimidin dimerlerinin oluşumunu, azotlu bazların uyumsuzluklarını ve oksidatif stresin neden olduğu diğer olayları anlatabiliriz..

referanslar

1. Anderson, H. ve Roberge, M. (1992). DNA topoizomeraz II: Kromozom yapısı, DNA replikasyonu, transkripsiyon ve mitozla ilişkisinin gözden geçirilmesi. Hücre Biyolojisi Uluslararası Raporları, 16 (8): 717-724. doi: 10.1016 / s0309-1651 (05) 80016-5
2. Chhatriwala, H., Jafri, N., & Salgia, R. (2006). Akciğer kanserinde topoizomeraz inhibisyonunun gözden geçirilmesi. Kanser Biyolojisi ve Tedavisi, 5 (12): 1600-1607. doi: 10.4161 / cbt.5.12.3546
3. Ho, Y.-P., Au-Yeung, S.C.F., & To, K. K.W. (2003). Platin bazlı antikanser ajanları: Yenilikçi tasarım stratejileri ve biyolojik bakış açıları. Tıbbi Araştırma İncelemeleri, 23 (5): 633-655. doi: 10.1002 / med.10038
4. Li, T.-K., ve Liu, L.F. (2001). Topoizomeraz Hedefleme ilaçlarının neden olduğu tümör hücresi ölümü. Farmakoloji ve Toksikoloji Yıllık Değerlendirmesi, 41 (1): 53-77. doi: 10.1146 / annurev.pharmtox.41.1.53
5. Liu, L.F. (1994). DNA Topoizomerazları: Topoizomeraz Hedefleme İlaçları. Akademik Basın. pp 307
6. Osheroff, N. ve Bjornsti, M. (2001). DNA Topoizomerazı. Enzimoloji ve İlaçlar. Cilt II. Humana Press. pp 329.
7. Rothenberg, M.L. (1997). Topoizomeraz I inhibitörleri: Gözden geçirin ve güncelleyin. Onkoloji Annals, 8 (9), 837-855. doi: 10.1023 / a: 1008270717294
8. Ryan B. (2009, 14 Aralık). Topoizomeraz 1 ve 2. [Video dosyası]. Youtube.com'dan alındı