Instability of trinucleotide repeats (TNRs) is responsible for at least 15 hereditary disorders in humans. There is substantial evidence that alterations of the number of these repeats are due to the formation of secondary structures such as hairpins or slipped intermediates during lagging-strand DNA replication.
Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) Dna2, which possesses endonuclease and helicase activities, plays a critical role in Okazaki fragment processing. The N-terminal 45-kDa domain of Dna2 binds to hairpin structures, targeting the enzyme specifically to a secondary-structured flap DNA. This Dna2-associated activity is required for the endonucleolytic removal of hairpin flaps by Dna2 with the aid of its helicase activity. Thus, the efficient removal of flaps, generated during the replication of lagging strand templates containing TNRs, requires the coordinated action of all three activities of Dna2.
Here we show in vivo that Dna2 endonuclease/helicase is required for the stable maintenance of TNRs in S. cerevisiae. Our results demonstrate that the malfunction of Dna2 during Okazaki fragment processing in eukaryotes contributes to TNR instability.
삼핵산 반복서열의 불안정성은 사람에서 나타나는 15종류 이상의 유전질환에 관여한다. 반복서열의 길이 변화는 헤어핀과 같은 이차구조의 형성과 지연가닥의 DNA 복제과정 중에 일어나는 slipped intermediate 에 의해 일어난다는 증거가 있다.
발아효모인 Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) 의 단백질 Dna2는 엔도뉴클리에이즈와 헬리케이즈 효소기능을 가지고 있으며, Okazaki 조각의 복제에 중요한 역할을 한다. Dna2의 아미노말단 45-kDa 부분은 헤어핀 구조에 결합하며, 이 효소를 이러한 2차구조를 가지는 flap DNA로 이동시킨다. 헬리케이즈 작용과 엔도뉴클리에이즈 작용에 의해 헤어핀구조를 이루는 flap이 제거된다. 따라서 삼핵산 반복서열을 가지는 지연가닥이 복제될 때 생성되는 flap을 제거하기 위해서는 Dna2의 3가지 기능이 모두 필요하다.
이 연구는 발아효모 (S. cerevisiae) 내에서 삼핵산 반복서열이 안정하게 유지되는데 Dna2 효소가 필요하다는 것을 보여주고 있다. 이 결과는 Okazaki 조각의 복제과정에서 Dna2의 기능에 이상이 있는 경우에 삼핵산 반복서열의 불안정성을 초래할 수 있음을 의미한다.
