DNA Polymerase beta (hebrew)

מבנה האנזים DNA פולימראז בטא:

משקלו המולקולרי הוא 40kDa, אנזים זה הוא מונומר, אשר מהווה תת יחידה בקומפלקס של DNA פולימראז.

מבוסס על מבנים סלילניים המכונים helix - α (המופיעים בורוד), ומשטחי β הנקראים sheet – β (המופיעים בצהוב) וחיבורים מסתלסלים coiled coil (המופיעים בלבן).

האנזים נקשר לשלושה קופקטורים, יוני מגנזיום , המיוצגים כמקטעים בצבע תכלת בהדמייה . הוא נמצא לרוב בציטופלסמה של התא, אך מועבר ( טרנסלוקציה) לגרעין התא במקרה של נזק ל-DNA. ישנם מספר ואריאנטים (סוגים) לאנזים זה.
שינויים (מודיפיקציות) כימיים בחלבון:
1. על מנת שהאנזים יקשר ל-DNA ויבצע את תפקידו, הוא חייב לעבור שינוי. השינוי כרוך בהוספת קבוצת מתיל לאזור מסוים בחלבון.
2. מחזור חלבונים הוא תהליך חיוני במחזור החיים של התא. בתא ישנה מערכת מיוחדת שכל תפקידה הוא לסמן את החלבונים המיועדים לפירוק על ידי שרשרת של חלבוני יוביקוויטין. הקישור של חלבוני היוביקוינטין ל-DNA פולימראז בטא מתרחש על גבי . לאחר הסימון האנזים נשלח לפירוק באמצעות קומפלקס אנזימטי ענק שנקרא פרוטאוזום. הסרטון המצורף מסביר את תהליך הסימון והפירוק של החלבונים בפרוטאזום.

אופן פעולתו הייחודי של DNA פולימראז בטא:

תהליך תיקון שגיאות על ידי DNA פולימראז בטא

הוא אזור שבו החלבון נקשר ל-DNA. אתר זה מורכב מחומצות האמינו הבסיסיות (טעונות חיובית): ליזין וארגנין, אשר נקשרות ישירות אל גדילי ה-DNA (הטעונים שלילית).

לחלבון זה יש שתי פעולות אנזימתיות במהלך מחזור התא: הוא אחראי על הסרת בסיסים פגומים (התהליך מתרחש באזור של האנזים), אשר פוגמים במבנה האלפא הליקס של ה-DNA ועלולים לגרום למוטציות.

DNA פולימראז בטא ממלא רווחים בסינתזת ה-DNA, הסרת סוכר פוספאט בקצה '5 והוספת נוקלאוטיד אחד לקצה '3 לרווח הבודד הנוצר ב-DNA. לאנזים DNA פולימראז בטא אין פעילות הגהה,כך שהדיוק שלו נובע אך ורק מתוך בחירה סלקטיבית של נוקלאוטידים, כלומר להבדיל מאנזימי פולימראז אחרים הוא לא חוזר בכיוון הנגדי של הגדיל ובכך אינו מסוגל לבקר את עצמו.
ראה באיור:"תהליך תיקון שגיאות על ידי DNA פולימראז בטא"

הפונקציונליות של DNA פולימראז בטא, סלקטיביות נוקלאוטידים, קורית בעיקר בזמן היווצרות הקשר הפוספודיאסטרי, אנזים זה הוא בעל יכולת להעדיף את הנוקלאוטיד הנכון והמתאים בזמן החיבור.

תהליך עיבוד האנזים DNA פולימראז בטא ומעברו מהציטופלסמה אל גרעין התא ובאילו תנאים:

מעבר חלבונים דרך נקבוביות שבקרום הגרעין

תהליך מעבר החלבון מהציטופלזמה אל תוך הגרעין הוא תהליך סלקטיבי, לצורך המעבר החלבון מכיל מוטיב מסוים המצוי רק על גבי חלבונים שמיועדים למעבר לגרעין התא, מוטיב זה הוא בעצם
( nuclear localization signals, NLSs ), בדרך כלל אלו חומצות האמינו הטעונות חיובית, ליזין וארגינין, אשר מתקשרות לחלבונים אשר נמצאים בציטופלסמה וגם עם חלבונים קולטנים, רצפטורים, אשר מצויים על ממברנת גרעין התא. בחלבון DNA פולימראז בטא, המוטיב מצוי בסמיכות לקצה האמיני (N טרמינלי) של החלבון. המעבר מהציטופלזמה לגרעין התא הוא תהליך צורך אנרגיה, ATP.
ראה באיור:"מעבר החלבונים דרך נקבוביות שבקרום הגרעין"

המצבים בהם DNA פולימראז בטא בא לידי ביטוי:

DNA פולימראז בטא פועל בתיקון נזקי DNA בזמן שכפול ה - DNA וגם בתהליך המיוזה.
DNA פולימראז בטא הוא בעל תפקיד משמעותי בהגנה על תאי עצב צעירים מפני נזקי DNA , אשר עלולים לקרות בזמן התפתחותם.

האבולוציה של החלבון DNA פולימראז בטא

DNA פולימראז בטא הוא אנזים בעל תפקיד חיוני ביותר לאורגניזם. ניתן לזהות את האנזים באורגניזמים שונים, בעץ הפילוגנטי של העולם החי. במהלך ההתפתחות האבולוציונית של המינים, החלבון הזה נשמר, כך שניתן לזהות במהלך ההתפתחות האבולוציונית. האזורים הזהים, הם חומצות אמינו מסוימות אשר נשארו באותו מיקום בחלבון במהלך האבולוציה באורגניזמים השונים.

משמעות הצבעים בהדמיית זהות חומצות האמינו

מכך ניתן להסיק שלאזורים האלה תפקיד קריטי בתפקוד החלבון השלם. בשיטות השונות של ביואינפורמטיקה, ניתן לזהות את אותם האזורים השונים ולאפיינם. ההשוואה בוצעה במינים שונים של בעלי חיים המשתייכים למערכות ומחלקות שונות (מספר חד תאים, רכיכות, חרקים, דגים, עכברים ואדם). באיור:"משמעות הצבעים בהדמיית זהות חומצות האמינו" ניתן לראות את משמעות הצבעים בהדמייה המציגה את שמירות (זהות) חומצות האמינו לאורך האבולוציה בחלבון זה.

השוואה של רצפי חומצות אמינו של החלבון באורגניזמים שונים. חומצות אמינו המסומנות בירוק, הן אלה שנשארו זהות לאורך התפתחות אבולוציונית

ניתן לזהות בעימוד (השוואה) המצורף את כל אותם האזורים שנשארו זהים במהלך ההתפתחות האבולוציונית. באיור:"השוואה של רצפי חומצות אמינו של החלבון באורגניזמים שונים" ניתן לראות עימוד (השוואה) של האנזים DNA פולימראז בטא באורגניזמים רחוקים פילוגנטית. כל חומצה אמינית מיוצגת באות אחת באנגלית. החומצות האמיניות המודגשות בירוק, הן אלה שנשארו שמורות במהלך ההתפתחות האבולוציונית.

דף עזר להבנת תמונת העימוד (השוואה).

חשיבות האנזים בהקטנת מספר המוטציות הנקודתיות בתא

למנגנון תיקון DNA חשיבות רבה במניעת מוטציות גנטיות נקודתיות. תיקון הבסיסים השגויים והחלפתם בבסיסים תקינים נעשית ע"י האנזים DNA פולימראז בטא ובכך מצמצם את הסיכוי למחלות גנטיות שונות, אנמיה חרמשית למשל.

כ -30% מהגידולים האנושיים שנבדקו עבור מוטציות ב-DNA פולימראז בטא (pol β) מופיעים כמבטאים חלבונים שונים, ואריאנטים, של פולימראז β. החלפת בסיס שגוי בבסיס הנכון ע"י DNA פולימראז בטא הוא קריטי לשמירה על יציבות הגנום ולכן יכול להיות מנגנון מדכא הגידול.
במחקרים שונים על גידולים סרטניים שונים, למשל בסרטן השד, הוכיחו ,כי בתאים אלו DNA פולימראז בטא מצוי בביטוי יתר. מוטנטים של DNA פולימראז בטא בתא גורמים לפנוטיפ מוטנטי של התא.

זוהה קשר בין פעילות האנזים לבין תהליך האפופטוזיס. תגובה אפופטוטית גבוהה יותר נצפתה, במחקרים שונים, כאשר דנ"א פולימראז β קיים בעודף בתא.
עליה בכמות התאים אשר עוברים אפופטוזיס ניתן לראות כמנגנון של חיסול תאים אשר בהם קיימים יותר מידי נזקי DNA ו / או מוטציות.
במקרה זה, אפופטוזיס יכול להיחשב כאחראי על קיומו של ההומאוסטזיס התאי ע"י חיסול של תאים אשר עלולים להכיל מוטציות פוטנציאליות, אשר יכולות להשפיע על גידול התא ולבסוף לגרום לסרטן.
אפופטוזיס לא יכול לחסל את כל התאים המכילים מוטציות. תגובה תאית חריגה לנזקי DNA יכולה להוביל לבחירת תאים עם נטייה גדולה יותר להיווצרות של גידול סרטני.
מחסור ב- Polβ יוביל לרמות מוגברות של נזק ל- DNA ולהפעלה של החלבון p53, ובסופו של דבר יוביל לאפופטוזיס.

דף עבודה לתלמיד