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인체 DNA polymerase κ의 6가지 자연적 genetic variant들에 대한 생화학적 기능 연구

Title
인체 DNA polymerase κ의 6가지 자연적 genetic variant들에 대한 생화학적 기능 연구
Other Titles
Biochemical studies on functions of six natural genetic variants of human DNA polymerase κ
Authors
김은진
Issue Date
2012
Department/Major
대학원 의과학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
박은미
Abstract
DNA polymerase (pol) k is one of the human Y-family polymerases, which is involved in error-free translesion DNA synthesis (TLS) through minor-groove DNA lesions such as N2-benzo[a]pyrene diolepxide(BPDE)-G and thus can accurately and efficiently synthesize DNA against N2-BPDE-G. The genetic polymorphisms of pol k in individuals can be a genetic factor for determining the mutation or cancer susceptibility for minor-groove-DNA adduct-forming carcinogens such as polycyclic aromatic hydrocarbons (e.g. benzo[a]pyrene) and heterocyclic amines, but their roles are not well understood. To assess the effect of genetic variations in pol k on TLS, we analyzed the kinetic properties of six natural polymorphic variants, Leu21Phe, Asp189Gly, Arg219X, Arg219Ile, Ser423Arg, and Tyr432Arg variants to copy past G and a minor-groove adduct N2-CH2-9-anthracenyl(Anth)G, using the corresponding catalytic core enzymes purified after heterologous expression in Escherichia coli. The truncating R219X variant was devoid of polymerase activity. In steady-state kinetic analyses, E189G displayed ~4-fold decrease in kcat/Km for dCTP insertion opposite N2-AnthG compared to wild-type enzyme, while S423R exhibited ~6-fold increase in kcat/Km for that. L21F, D189G, and Y432S may reduce their TLS abilities, and S423R may rather increase its TLS ability of pol κ upon carcinogen-bound minor-groove DNA lesions, which emphasizes the necessity of further evaluation for functional consequences of these genetic variations of pol κ in vivo, for example, the increase or decrease of individual cancer susceptibility to carcinogen exposure such as polycyclic aromatic hydrocarbons and heterocyclic amines;인체의 Y-family DNA polymerase들 중 하나인 DNA polymerase (pol) κ는 N2-benzo[a]pyrene diolepxide(BPDE)-G와 같은 minor-groove DNA lesion들을 통과하는 error-free translesion DNA synthesis (TLS)에 관여하며, N2-B[a]P-G및 N2-IQ-G에 대하여 정확하고 효율적인 DNA 합성을 한다고 알려져 있다. 따라서 인체에서 pol κ의 유전적 변이가 minor-groove DNA adduct를 형성하는 발암원들에 의한 돌연변이 또는 암 발생 감수성에 영향을 미치는 인자의 하나로 작용할 가능성을 예측하고 본 연구를 진행하였다. Pol κ의 유전적 변이가 pol κ의 TLS 기능에 미치는 효과를 알아보고자, wild-type 효소와 Leu21Phe(L21F), Asp189Gly(D189G), Arg219X(R219X), Arg219Ile(R219I), Ser423Arg(S423R) 및 Tyr432Arg(Y432S)의 6종의 genetic variant의 catalytic core를 각각 Escherichia coli 에서 발현 후 분리한 다음 이들의 정상 G과 minor-groove adduct인 N2-CH2-anthracenyl(Anth)-G에 대한 DNA합성 시 효율성과 정확성을 측정하는 kinetic 분석 실험을 수행하였다. 그 중 절단된 형태의 R219X variant는 polymerase 활성이 전혀 없었고, steady-state kinetic 분석 결과 D189G는 N2-AnthG 에 대해 dCTP를 삽입할 시의 kcat/Km 값이 wild-type에 비하여 약 4배 정도 감소한 것을 보였으며, S423R은 약 6배 정도 증가한 것을 보였다. Pol κ의 L21F, D189G및 Y432S 변이체들의 경우 각종 발암물질에 의해 형성되는 minor-groove DNA 손상들에 대한 TLS 기능이 감소하며, S423R변이체의 경우는 반대로 그 TLS 기능이 증가할 것으로 예측된다. 앞으로 이들 결과들을 바탕으로 pol κ의 유전적 변화들이 초래하는 in vivo 기능 변화 - 예를 들어 polycyclic aromatic hydrocarbon과 heterocyclic amines등의 발암물질 노출에 대한 개개인에서의 발암 감수성의 증감 관련성 평가 - 에 대해서도 보다 심층적으로 연구할 필요가 있을 것으로 기대된다.
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