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Habilitationsschrift

Autor(en): Monika Reuter
Titel: Die Restriktionsendonuklease EcoRII: Primitives antivirales Abwehrsystem der Bakterien oder mehr? – eine Struktur-Funktions-Analyse des Enzyms
Gutachter: Alfred Pingoud; Walter Messer
Erscheinungsdatum: 20.11.2002
Volltext: html (urn:nbn:de:kobv:11-10042450)
pdf (urn:nbn:de:kobv:11-10023927)
Fachgebiet(e): Medizin
Schlagwörter (ger): Aktivierung von Restriktionsendonukleasen, Protein-DNA-Wechselwirkung, Restriktionsendonuklease EcoRII, Trunkierte Endonuklease EcoRII-C
Schlagwörter (eng): Activation of restriction endonucleases, protein-DNA interaction, Restriction endonuclease EcoRII, Truncated endonuclease EcoRII-C
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Medizinische Fakultät - Universitätsklinikum Charité
Zitationshinweis: Reuter, Monika: Die Restriktionsendonuklease EcoRII: Primitives antivirales Abwehrsystem der Bakterien oder mehr? – eine Struktur-Funktions-Analyse des Enzyms; Habilitationsschrift, Humboldt-Universität zu Berlin, Medizinische Fakultät - Universitätsklinikum Charité , publiziert am 20.11.2002, urn:nbn:de:kobv:11-10023927
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Abstract (ger):
Bakterielle Restriktions- und Modifikationssysteme (R/M-Systeme) greifen DNA endonukleolytisch an, die nicht die spezifische Markierung der eigenen Wirtszelle trägt. Zu einem R/M-System gehören eine Restriktionsendonuklease und eine DNA- Methyltransferase gleicher DNA-Spezifität. Die biologische Funktion der Restriktionsendonuklease besteht in der Abwehr von fremder, in die Zelle eindringender DNA, z. B? von Virus-Infektionen. Die korrespondierende DNA-Methyltransferase schützt die zelluläre DNA durch sequenz-spezifische DNA-Methylierung vor der endonukleolytischen Wirkung der Restriktionsendonuklease. Die dimeren TypII- Restriktionsendonukleasen erkennen kurze spezifische, unmethylierte Basensequenzen, die sie in Anwesenheit von Mg2+ Ionen an einer definierten Position endonukleolytisch spalten. Die Restriktionsendonuklease EcoRII braucht die koordinierte Wechselwirkung mit zwei Kopien der Sequenz 5‘CCWGG, um katalytisch aktiv sein zu können, wobei eine der beiden Sequenzen als allosterischer Effektor wirkt und nicht gespalten werden muß. Die zwei Kopien der 5‘CCWGG Sequenz können sowohl auf demselben als auch auf verschiedenen Molekülen lokalisiert sein. Die Interaktion von EcoRII mit verschiedenen DNA-Molekülen ist durch deren Länge und Konzentration, die Interaktion innerhalb eines DNA-Moleküls durch den Abstand zwischen beiden Sequenzen limitiert. Die durch Proteolyse nachgewiesene Zwei-Domänen-Struktur von EcoRII scheint diese besondere Form der Protein-DNA-Wechselwirkung zu ermöglichen. Die C-terminale Domäne von EcoRII stellt eine neue Restriktionsendonuklease (EcoRII-C) dar. Im Gegensatz zum Wildtyp-Enzym spaltet EcoRII-C an singulären 5‘CCWGG Sequenzen. Die trunkierte Endonuklease spaltet DNA spezifisch und unabhängig von einem zweiten EcoRII-Erkennungsort. Die Reaktion verläuft deutlich schneller als die des kompletten EcoRII-Proteins. Die N-terminale Domäne bindet spezifisch DNA, attenuiert die endonukleolytische Aktivität von EcoRII und macht das Enzym abhängig von einer zweiten Kopie der Sequenz 5‘CCWGG. EcoRII Wildtyp könnte demzufolge ein evolutionäres Intermediat zwischen einer sequenz-spezifischen Endonuklease und einem Protein sein, das spezifisch mit zwei Orten auf der DNA interagiert, wie z. B. Rekombinasen oder Transposasen. Durch die Kombination beider Funktionen könnte EcoRII selbst die Verbreitung der EcoRII-codierenden DNA-Sequenz in neue Populationen, ähnlich einem transponiblen Element, realisieren.
Abstract (eng):
Bacterial restriction and modification systems (R/M-systems) endonucleolytically attack DNA that is not host cell-specifically modified. R/M-systems comprise a restriction endonuclease and a DNA methyltransferase exhibiting the same DNA sequence specificity. The biological function of the restriction endonuclease is the protection of the cell against invading foreign DNA, e. g. virus infection. The corresponding DNA methyltransferase renders cellular DNA resistent against the endonucleolytic action of the restriction endonuclease by sequence-specific DNA methylation. Dimeric type II- restriction endonucleases recognize short, specific, and unmethylated base sequences that they cut at a defined position in the presence of Mg2+ ions. Restriction endonuclease EcoRII requires the co- ordinated interaction with two copies of the sequence 5‘CCWGG for catalytic activity. One of these sequences serves as an allosteric activator site and has not to be cleaved. The two copies of the sequence 5‘CCWGG can be located as well on the same as on different DNA molecule(s). EcoRII interaction with two sites on different DNA molecules is limited by their length and concentration, EcoRII interaction within one DNA molecule is limited by the distance between the two sites. The two- domain structure of EcoRII figured out by limited proteolysis studies probably allows this particular form of protein-DNA interaction. The C-terminal domain of EcoRII represents a new restriction endonuclease (EcoRII-C). In contrast to EcoRII wild type, EcoRII-C cleaves DNA at single 5‘CCWGG sites. The truncated endonuclease cleaves DNA specifically and independent of a second site. The enzymatic reaction passes well more rapid than that of the complete enzyme. The N-terminal domain binds DNA specifically, attenuates the endonucleolytic activity of EcoRII and makes it dependent on a second copy of the sequence 5‘CCWGG. Therefore, the current EcoRII could be an evolutionary intermediate between a site-specific endonuclease and a protein that functions specifically with two DNA sites on the DNA such as recombinases and transposases. The combination of both functions may enable EcoRII to accomplish its own propagation similarly to transposable elements.
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Generiert am 23.11.2014, 04:44:09