聚合酶、DNA、KAPPA; POLK

• DINB1
• POLQ

HGNC 批准的基因符号：POLK

细胞遗传学位置：5q13.3 基因组坐标（GRCh38）：5:75,510,774-75,609,991（来自 NCBI）

▼ 说明

外部和内部 DNA 损伤剂不断威胁细胞内遗传物质的完整性。尽管存在多种修复机制来消除由此产生的病变，但有些病变无法修复并阻碍复制机制。DNA 聚合酶 Y 家族的成员，例如 POLK，通过允许通过此类 DNA 损伤进行复制，从而实现复制叉的连续性。每个 Y 家族聚合酶都有独特的 DNA 损伤旁路和保真度特征。POLK 专门用于病变旁路的扩展步骤（Lone 等人总结，2007）。

▼ 克隆与表达

大肠杆菌 DinB 蛋白与酿酒酵母 Rev1 和 Rad30（POLH; 603968） 蛋白以及大肠杆菌 UmuC 蛋白同源，参与 DNA 损伤诱导的诱变。Gerlach 等人通过使用基于大肠杆菌 DinB 序列的简并引物对小鼠成纤维细胞 cDNA 进行 PCR，然后使用小鼠探针筛选 HeLa 细胞 cDNA 文库（1999）获得了编码 POLK 的 cDNA，他们将其命名为 DINB1。推导的 870 个氨基酸的 POLK 蛋白包含一个 N 端保守的核苷酸转移酶结构域、2 个与 DNA 结合有关的串联螺旋-发夹-螺旋结构域以及一个包含 2 个锌簇的非保守 C 端。Northern 印迹分析显示，在所有测试的组织中，5.0-kb 转录物均以较低但不同的水平表达。在睾丸中发现最高表达，其中也含有丰富的 3.2- 和 4。

Ogi等人通过EST数据库检索并筛选了一个人睾丸cDNA文库（1999） 孤立分离出 POLK cDNA。

Johnson等人通过EST数据库搜索酵母Rad30的同源物并筛选胎儿脑cDNA文库（2000） 还克隆了 POLK，他们将其称为 POL-theta（POLQ），因为它编码第八种已知的真核聚合酶。

▼ 基因功能

奥吉等人（1999）表明小鼠Dinb1 cDNA在经过6-硫鸟嘌呤选择的培养细胞中瞬时表达导致点突变的发生率增加10倍，其中30%是移码突变。

使用泛函分析，Johnson 等人（2000）表明纯化的 POLK 可以将所有 4 个核苷酸几乎整合到模板的末端。与 POLH 相比，POLK 缺乏校对核酸外切酶功能，无法绕过 DNA 损伤，即顺式 TT 二聚体、TT 光产物或脱碱基位点。复制保真度测定表明，POLK 错误掺入脱氧核苷酸的频率为 1/1000 至 1/10,000，比 POLH 低 10 倍。

大桥等人（2000） 还发现 POLK 无法绕过 TT 二聚体。与约翰逊等人不同。然而，（2000）他们确实观察到了无碱基位点的绕过，这是细胞内DNA中最常见的损伤，它是在修复致癌剂和电离辐射产生的碱基损伤的过程中由N糖苷键自发水解产生的。大桥等人（2000） 指出他们的发现在很大程度上取决于序列背景和酶浓度。

为了了解 DNA 错配如何影响 DNA 结合步骤、核苷酸结合步骤和核苷酸掺入步骤，Carlson 等人（2006） 使用人 POLK 的活性重组 N 末端片段进行了前稳态动力学研究。当 DNA 含有匹配的引物末端碱基对时，他们发现大多数 POLK-DNA 复合物是非生产性的，并且活性 POLK 的浓度很低；然而，当 POLK 与引物末端碱基对不匹配的 DNA 结合时，他们发现没有形成非生产性复合物，并且活性 POLK 的浓度很高。卡尔森等人（2006） 得出结论，POLK 进化为在具有异常引物末端碱基对的 DNA 底物上特异性发挥作用。

Ohashi 等人使用酵母 2 杂交测定法（2009） 表明 REV1 的 C 末端结构域（REV1L; 606134） 与 POLK 相互作用，并且他们鉴定了 POLK 中相互作用所需的 2 个连续苯丙氨酸。缺乏 REV1 结合活性的 POLK 突变体不能补充 Polk -/- 小鼠胚胎成纤维细胞的基因毒性敏感性，表明与 REV1 的相互作用对于 POLK 体内功能至关重要。

▼ 生化特征

晶体结构

隆等人（2007） 指出 POLK 具有 Y 家族聚合酶结构，具有右手形状的手掌、手指和拇指结构域以及聚合酶相关结构域（PAD） 或“小指”。他们展示了与模板引物和引入的核苷酸结合的 POLK 催化核心（氨基酸 19 至 526）的晶体结构。POLK 几乎完全包围 DNA，并具有受限的活性位点裂缝，只能容纳单个 Watson-Crick 碱基对。

▼ 测绘

Gerlach 等人使用体细胞杂交分析和 FISH（1999） 将 POLK 基因定位到染色体 5q13.1。