ДНК-лігаза — це фермент, який каталізує утворення фосфодіестерного зв’язку між двома сусідніми нуклеотидами, забезпечуючи зшивання розривів у молекулі ДНК. Вона відіграє критичну роль у процесах реплікації, ремонту та рекомбінації ДНК.
Функції ДНК-лігази
- Реплікація ДНК
- ДНК-лігаза необхідна для з’єднання фрагментів Оказакі на відсталій нитці (lagging strand), де ДНК-полімераза синтезує короткі ділянки ДНК між праймерами.
- Після видалення РНК-примазою РНК-примі, ДНК-полімераза заповнює проміжки, але залишається розрив між фрагментами Оказакі, який закриває ДНК-лігаза.
- Ремонт ДНК
- ДНК-лігаза виправляє однониткові розриви у ДНК, що виникають через пошкодження або в результаті ексцизійного ремонту (наприклад, при виправленні помилок після ультрафіолетового випромінювання або окисного стресу).
- Рекомбінація ДНК
- У процесах гомологічної та негомологічної рекомбінації ДНК-лігаза допомагає з’єднувати кінці різних ДНК-молекул, що є важливим для рекомбінаційної репарації та інтеграції вірусного ДНК у геном хазяїна.
Механізм дії ДНК-лігази
Процес лігування відбувається у три етапи:
- Активація ферменту
- ДНК-лігаза взаємодіє з АТФ або НАД+ (залежно від типу) для активації.
- Утворюється лігаза-аденілатний комплекс.
- Передача аденілатної групи
- Аденілатна група переноситься на 5′-фосфат кінця розриву ДНК, активуючи його для зшивання.
- Фосфодіестерне з’єднання
- ДНК-лігаза каталізує утворення ковалентного зв’язку між 3′-гідроксильною групою та 5′-фосфатом, усуваючи розрив.
Типи ДНК-лігаз
1. ДНК-лігази у прокаріотів
- ДНК-лігаза I (NAD⁺-залежна) – основна лігаза у бактерій, яка бере участь у реплікації та ремонті ДНК.
2. ДНК-лігази у еукаріотів
- ДНК-лігаза I – з’єднує фрагменти Оказакі на відсталій нитці.
- ДНК-лігаза III – бере участь у процесах ремонту ДНК (разом із білком XRCC1).
- ДНК-лігаза IV – необхідна для негомологічного з’єднання кінців (NHEJ) у дволанцюговому ремонті ДНК, що є важливим для імунного процесу V(D)J-рекомбінації.
Біологічне та медичне значення
- Генетичні мутації в генах ДНК-лігази IV можуть спричиняти синдром Лігази IV (імунодефіцит і підвищена чутливість до радіації).
- ДНК-лігази як мішені для антибіотиків та хіміотерапії:
- Бактеріальні ДНК-лігази, що використовують НАД⁺, є перспективними мішенями для нових антибіотиків.
- Інгібування ДНК-лігази IV може використовуватись у лікуванні ракових захворювань.
ДНК-лігаза – це незамінний фермент для підтримання цілісності геному. Вона бере участь у реплікації, ремонті та рекомбінації ДНК, забезпечуючи стабільність генетичного матеріалу та нормальний розвиток клітин.