Funktionen der DNA-Polymerase ε
- American Society of Plant Biologists
Eukaryoten enthalten mehrere DNA-Polymerasen, die die genaue und effiziente Replikation des Genoms sowie den Schutz und die Reparatur vor endogenen und ökologischen DNA-schädigenden Mitteln gewährleisten. In den meisten Eukaryoten sind die wichtigsten replikativen Enzyme DNA-Polymerasen α, δ und ε (überprüft in Garcia-Diaz und Bebenek, 2007). In Hefe initiiert DNA-Polymerase α (DNA pol α) die Synthese auf dem verzögerten Strang., Der Großteil der Kettendehnung verläuft über die Aktivitäten der DNA-Pol δ und ε, die hauptsächlich auf den verzögerten bzw. führenden Strängen zu funktionieren scheinen (Pursell et al., 2007). Einige Funktionen der DNA-Polymerasen sind wahrscheinlich über Eukaryoten konserviert, aber die Funktionen der Pflanzenenzyme wurden nicht gut charakterisiert.
Die DNA-Polymerase ε (Pol ε) in Hefe besteht aus einer einzigen katalytischen und drei regulatorischen Untereinheiten, und diese Struktur scheint in anderen Organismen konserviert zu sein., Es gibt zwei Gene, die für die katalytische Untereinheit Pol ε in Arabidopsis kodieren, Pol2a und Pol2b, und einzelne Gene, die für jede der regulatorischen Untereinheiten kodieren. Es ist bekannt, dass die katalytische Untereinheit DP2A und die regulatorische Untereinheit DPB2 in Arabidopsis für die frühe Embryogenese essentiell sind (Ronceret et al., 2005). Pol2a scheint die katalytische Hauptuntereinheit zu kodieren, die während der Embryogenese und in Meristemen aktiv ist, während Pol2b hauptsächlich unter Stressbedingungen exprimiert wird und Nullmutationen keinen merklichen Phänotyp erzeugen., Arabidopsis-Mutanten mit teilweisem Funktionsverlust von Pol2a (homozygote schwache Allele) haben längere Zellzyklen, größere Zellen und eine verzögerte Entwicklung von Embryonen, was die kritische Rolle dieser Untereinheit bei der richtigen Zellzyklusprogression und-strukturierung im Embryo unterstreicht (Jenik et al., 2005).
Jetzt, Yin et al. (seiten 386-402) haben eine nicht-ethische Mutation von Pol2a in Arabidopsis identifiziert, die einen ABA-überempfindlichen Phänotyp verursacht, was auf einen Zusammenhang zwischen Pol2a-Aktivität und ABA-Signalisierung hindeutet., Darüber hinaus zeigte die Mutante einen dramatischen 60-fachen Anstieg der Häufigkeit der somatischen homologen Rekombination (HR; siehe Abbildung), eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber DNA-schädigenden Wirkstoffen, die Aktivierung von stummgeschalteten Loci und eine frühe Blüte, was auf eine potenzielle Rolle für Pol ε in HR und die Aufrechterhaltung epigenetischer Zustände hinweist.
Das Arabidopsis Pol2a mutierte Allel abo4-1 erhöht die Häufigkeit von HR. Sämlinge wurden mit einem Marker für HR (1415) transformiert, der sichtbare Flecken auf Blättern erzeugt. (Adaptiert aus Abbildung 4 von Yin et al. .,)
Die Autoren zeigen, dass das neue Allel Pol2a, genannt abo4-1, releases transkriptionelles gen-silencing bei der getesteten loci, ohne die DNA-Methylierung. Sie zeigen weiter, dass ein frühblühender Phänotyp mit einer verringerten Expression von FLC und einer erhöhten Expression von FT verbunden ist, die gleichzeitig mit veränderten Histon-H3-Modifikationen an diesen Loci auftritt. Die Ergebnisse deuten auf eine Rolle für Pol ε in der ABA-abhängigen Effekte auf Genom-Stabilität, epigenetische Zustände des chromatins, und chromatin-vermittelten Genexpression in Pflanzen.,
Der Zusammenhang mit HR ist faszinierend, obwohl weitere Studien erforderlich sind, um zu zeigen, ob Pol2a eine direkte oder indirekte Rolle spielt. Es wurde gezeigt, dass Mutationen in Pol2a zu einer Verlängerung der S-Phase der DNA-Replikation führen (Jenik et al., 2005; Yin et al. 2009), und Yin et al. dies führt zu einer erhöhten Bildung von Doppelstrangbrüchen, Aktivierung von Zellzykluskontrollpunkten und zur Induktion von HR. Diese Arbeit erweitert unser Wissen über DNA-Polioaktivität in Pflanzen erheblich und schlägt aufregende neue Wege für zukünftige Forschungen vor.
Fußnoten
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www.plantcell.,org/cgi/doi/10.1105/tpc.109.210212