DNA Ligaz Nedir, Yapı, Sınıflandırma ve Fonksiyonları
DNA ligazlar, DNA zincir kırıklarının DNA replikasyonu, rekombinasyonu ve tamiri esnasında birleştirilmesinde rol alan önemli enzimlerdir (Tomkinson ve ark 1991, Mossi ve ark 1998, Doherty ve Suh 2000, Wilkinson ve ark 2003). Yüksek organizmalarda farklı tipte DNA ligazlar tespit edilmiştir (Gennery ve Jeggo 2000, Wilkinson ve ark 2003). DNA ligazlar iki iplikli DNA’da tek zincir kırıklarındaki fosfodiester bağların oluşumunu katalizlemektedir (Tomkinson ve Mackey 1998, Mossi ve ark 1998, Gennery ve Jeggo 2000, Timson ve ark 2000). Tüm organizmalarda bulunmalarına rağmen amino asit dizileri, moleküler büyüklük ve özellikleri bakımından organizmalar arasında farklılıklar göstermektedirler. Bu enzimler, kofaktör özelliklerine göre aktivasyon için NAD gerektiren ve ATP gerektiren olmak üzere iki gruba ayrılmıştır. Ökaryotik organizmalardaki DNA ligazlar ATP gerektiren enzimlerdir (Tomkinson ve Mackey 1998, Timson ve ark 2000, Liu ve ark 2004, Martin ve MacNeill 2002). NAD gerektiren DNA ligazlar ise sadece prokaryotik organizmalarda gözlenmiştir (Doherty ve Suh 2000, Martin ve MacNeill 2002, Wilkinson ve ark 2005).
Memeli doku ve hücrelerinde 5 farklı DNA ligaz enzimi bulunmuştur ve DNA ligazları kodlayan 3 farklı DNA ligaz geni (lig1, lig3, lig4) tespit edilmiştir (Tomkinson ve Mackey 1998, Timson ve ark 2000). Yapılan çalışmalarda DNA ligazların DNA metabolizmasında farklı rollere sahip olduğu gösterilmiştir (Tomkinson ve Mackey 1998, Mossi ve ark 1998, Timson ve ark 2000,). Ligazlar DNA tamir ve replikasyon yollarında farklı fonksiyonlar için özelleşmişlerdir. DNA ligazların büyüklük ve nükleotid dizilerinde geniş farklılıklar bulunmuştur. DNA ligaz enziminin merkez bölgesi nicked DNA’nın kapatılmasında katalitik fonksiyon göstermesine rağmen ek diziler ligazların farklı fonksiyonları, örneğin nükleusun farklı bölgelerini hedef almaları veya farklı proteinler ile etkileşimlere aracılık etmeleri gibi görevleri yerine getirmektedirler (Tomkinson ve Mackey 1998, Timson ve ark 2000).
DNA ligaz I
DNA ligaz I enzimi 125 kDa molekül ağırlığındadır ve replikasyon sırasında iş gören en önemli enzimlerdendir (Tomkinson ve Mackey 1998, Gennery ve Jeggo 2000, Timson ve ark 2000). DNA ligazın spesifik olarak okazaki fragmentlerinin birleştirilmesinde etkili olduğu ve replikasyon için başka proteinlerle etkileşim halinde olduğu gösterilmiştir (Tomkinson ve ark 1991, Tomkinson ve Mackey 1998).
DNA ligaz I aynı zamanda baz ekzisyon tamiri (BER) için de gerekli olup bu tamir mekanizmasında hasarlı baz DNA ikili sarmalından uzaklaştırılır ve abazik bir bölge oluşturulur. Sonra fosfodiester omurgada bir boşluk oluşturularak yaklaşık 30 bp’lık kısım
çıkarılır. Daha sonra bu bölge diğer hasar görmemiş iplik kalıp olarak kullanılarak tamir edilir. Tekrar sentezlenen ve doldurulan boşluk DNA ligaz ile iki DNA parçası arasında fosfodiester bağı oluşturulur. Ligaz I’in BER’den sorumlu polimeraz olan DNA polimeraz β ile direkt olarak etkileşim halinde olduğu gösterilmiştir (Petrini ve ark 1995, Timson ve ark 2000).
DNA ligaz II ve III
DNA ligaz I’in keşfinden sonra moleküler çalışmalar ile DNA ligaz II ve III tanımlanmıştır. Bu iki enzim oldukça büyük moleküler ağırlığa sahiptir. Ligaz II ve III 160’dan fazla rezidü ile birbirine mükemmel bir eşleşme göstermiştir ve bu durum ligaz II’nin aslında ligaz III’ün bir parçası olduğu fikrini vermiştir. Memeli ligIII geni tarafından transkribe edilen mRNA’nın alternatif splicing işlemleri ile ligaz IIIα (103 kDa) ve ligaz IIIβ (96 kDa) olmak üzere iki ürünün olduğu belirlenmiştir. Lig IIIα hemen her dokuda eşit oranda bulunurken, ligaz IIIβ sadece testislerde olduğu görülmüş ve mayotik profaz esnasındaki homolog rekombinasyonda önemli bir rolü olduğuna inanılmaktadır (Tomkinson ve ark 1991, Timson ve ark 2000).
Memeli mitokondrilerinde yeni bir DNA ligaz tespit edilmiştir. Bu enzim mtDNA tamir yollarında fonksiyon göstermektedir. Enzim ve immunoloji çalışmaları bu enzimin ligaz III’e benzediğini göstermiştir. mtDNA’da çalışan bu enzimi kodlayan genin alternatif başlama bölgesi bulunduğu bilinmekle birlikte yapı ve mekanizması tam olarak anlaşılamamıştır (Timson ve ark 2000).
DNA ligaz IV
DNA ligaz IV enzimi 96 kDa molekül ağırlığındadır. DNA ligaz IV enziminin ekzisyon tamir mekanizmaları, tek zincir kırıkları ve bazların kovalent değişimlerinin düzeltilmesi işlemlerinde görev aldığı bildirilmiştir (Timson ve ark 2000).
DNA ligaz V
DNA ligaz V yeni bulunan bir enzim olup yaklaşık 44 kDa moleküler ağırlığına sahip olduğu ve iki zincir kırıklarının kapatılmasında aktivite gösterdiği, bu enzim aktivitesinin REP1 (rejoin enhancement protein) tarafından stimule edildiği belirtilmiştir (Timson ve ark 2000).
