DファミリーDNAポリメラーゼとPCNAとの複合体におけるプロセス性の向上の構造的基盤

Structural basis for the increased processivity of D-family DNA polymerases in complex with PCNA.

• Clément Madru
• Ghislaine Henneke
• Pierre Raia
• Inès Hugonneau-Beaufet
• Gérard Pehau-Arnaudet
• Patrick England
• Erik Lindahl
• Marc Delarue
• Marta Carroni
• Ludovic Sauguet

抄録

複製型DNAポリメラーゼ（DNAP）は、ゲノムを高い処理能力と忠実度でコピーする能力を進化させてきた。真核生物や古細菌では、複製型DNAポリメラーゼは、DNAを包む増殖細胞核抗原（PCNA）と結合することで、その処理能力を大きく向上させている。我々は、Pyrococcus abyssi由来のDNA結合型PolD-PCNA複合体の低温電子顕微鏡構造を3.77Åで決定した。低温電子顕微鏡、X線結晶構造解析、タンパク質-タンパク質相互作用測定、活性測定を組み合わせた統合的な構造生物学的アプローチを用いて、複製性DNAPとPCNAの相互作用と協調性の分子基盤を明らかにした。PolDは2つの異なるPIPボックスを必要とする複雑なメカニズムを介してPCNAをリクルートする。第二のPIPボックスは真核生物のPolα複製性DNAPと共有されており、PCNAとプリマーゼのどちらかに結合する二重の役割を果たしており、複製の開始期と進行期の間のマスタースイッチである可能性が示唆された。

Replicative DNA polymerases (DNAPs) have evolved the ability to copy the genome with high processivity and fidelity. In Eukarya and Archaea, the processivity of replicative DNAPs is greatly enhanced by its binding to the proliferative cell nuclear antigen (PCNA) that encircles the DNA. We determined the cryo-EM structure of the DNA-bound PolD-PCNA complex from Pyrococcus abyssi at 3.77 Å. Using an integrative structural biology approach - combining cryo-EM, X-ray crystallography, protein-protein interaction measurements, and activity assays - we describe the molecular basis for the interaction and cooperativity between a replicative DNAP and PCNA. PolD recruits PCNA via a complex mechanism, which requires two different PIP-boxes. We infer that the second PIP-box, which is shared with the eukaryotic Polα replicative DNAP, plays a dual role in binding either PCNA or primase, and could be a master switch between an initiation and a processive phase during replication.