헬리케이스

3. DNA 헬리케이스의 역사

DNA 헬리케이스는 1976년 대장균에서 처음 발견되었으며, 'DNA 풀림 효소'로 기록되었다.^[82] 1978년에는 백합에서 최초의 진핵생물 DNA 헬리케이스가 발견되었다.^[83] 이후 DNA 헬리케이스는 다른 세균, 바이러스, 효모, 파리 및 고등 진핵생물에서 발견되어 분리되었다.^[84]

다음은 헬리케이스 발견의 역사이다.

4. 구조적 특징

헬리케이스는 아미노산 서열의 상동성을 보이는데, 이는 헬리케이스의 공통 기능에서 기인한다. 헬리케이스는 핵산 기질을 따라 ATP 결합, ATP 가수분해, 그리고 전위에 관여하는 서열 모티프를 갖는다. 아미노산 서열의 가변적인 부분은 각 헬리케이스의 특징과 관련이 있다.^[74] 보존된 모티프는 효소들 사이에서 진화적 상동성을 뒷받침한다.^[95]

헬리케이스는 공유 서열 모티프에 기초하여 6개의 그룹(슈퍼 패밀리)으로 분류된다.^[95] 반지 구조를 형성하지 않는 헬리케이스는 수퍼 패밀리 1, 2에 있고, 반지 구조 형성 헬리케이스는 수퍼 패밀리 3~6에 존재한다.^[96] 또한 헬리케이스는 단일 또는 이중 가닥 DNA와 함께 작동하는지에 따라 α 또는 β로 분류된다. α 헬리케이스는 단일 가닥 DNA와 함께 작동하고, β 헬리케이스는 이중 가닥 DNA와 함께 작동한다. 또한 방향성에 따라 분류된다. 방향성이 3' 말단→5' 말단이면 A형이고, 방향성 5' 말단→3' 말단이면 B형이다.

각 헬리케이스가 취하는 구조와 회합 수는 다양하다. DnaB형 헬리케이스는 도넛 모양의 6량체로 DNA를 푸는 반면, 단량체나 2량체로 활성을 갖는 것도 있다.

5. 헬리케이스 슈퍼패밀리

헬리케이스는 공유 서열 모티프에 기초하여 6개의 그룹(슈퍼 패밀리)으로 분류된다.^[95] 반지 구조를 형성하지 않는 헬리케이스는 수퍼 패밀리 1, 2에 있고, 반지 구조를 형성하는 헬리케이스는 수퍼 패밀리 3~6에 존재한다.^[96] 또한 헬리케이스는 단일 또는 이중 가닥 DNA와 함께 작동하는지에 따라 α 또는 β로 분류된다. α 헬리케이스는 단일 가닥 DNA와 함께 작동하고, β 헬리케이스는 이중 가닥 DNA와 함께 작동한다. 헬리케이스는 작동 방향성에 따라 분류되는데, 3' 말단→5' 말단 방향성이면 A형, 5' 말단→3' 말단 방향성이면 B형이다.

6. 헬리케이스 관련 질병

• ATRX 헬리케이스 돌연변이: 알파 지중해빈혈-X 염색체 연관 정신지체 증후군(ATR-X 증후군)
• XPD 헬리케이스 점 돌연변이: 코카인 증후군(CS), 털유황이상증(TTD), 색소성 건피증(XP)
• RecQ 헬리케이스 돌연변이: 블룸 증후군(BS), 로트문드-톰슨 증후군(RTS), 베르너 증후군(WS)

6. 1. ATRX 헬리케이스 돌연변이

• 소두증
• 골격 및 얼굴 이상
• 정신 지체
• 생식기 이상
• 발작
• 언어 사용 및 능력 제한

6. 2. XPD 헬리케이스 점 돌연변이

6. 3. RecQ 패밀리 돌연변이

7. RNA 헬리케이스

RNA 헬리케이스는 리보솜 생합성, pre-mRNA 스플라이싱 및 번역 개시와 같은 대부분의 RNA 대사 과정에 필수적이다.^[123] 또한 바이러스 RNA를 감지하는 데 중요한 역할을 한다.^[123] RNA 헬리케이스는 척추동물에서 외래 RNA를 확인할 수 있기 때문에 항바이러스 면역 반응의 중재에 관여한다. 모든 바이러스의 약 80%는 RNA 바이러스이며 자체 RNA 헬리케이스를 포함한다.^[124] 결함이 있는 RNA 헬리케이스는 암, 감염성 질환 및 신경 변성 장애와 관련이 있다. 결함이 있는 RNA 헬리케이스와 관련된 신경계 장애는 근위축성 측색 경화증, 척추성 근위축증, 척수 소뇌성 실조증 2형, 알츠하이머병이 있다.

RNA 헬리케이스와 DNA 헬리케이스는 SF6을 제외한 모든 헬리케이스 수퍼 패밀리에서 함께 발견되었다.^[125][126] 현재까지 확인된 모든 진핵 생물의 RNA 헬리케이스는 비 고리 형태이고 SF1 및 SF2의 일부이다. 한편 고리 형태 RNA 헬리케이스는 세균 및 바이러스에서 발견되었다.^[123] 그러나 모든 RNA 헬리케이스가 효소 기능, 즉 Swi / Snf 패밀리의 단백질에 의해 정의 된 바와 같은 헬리케이스의 활성을 나타내는 것은 아니다. 이들 단백질은 전형적인 헬리케이스 모티프를 보유하지만, ATP를 핵산 의존적 방식으로 가수 분해하고, 헬리케이스 코어 주위에 구축되며, 일반적으로 풀림 활성이 관찰되지 않는다.^[127]

풀림 활성을 나타내는 RNA 헬리케이스는 적어도 2가지의 다른 메커니즘, 즉 표준 이중 풀림 및 국소 가닥 분리에 의해 특성화된다. 표준 이중 풀림은 DNA 풀림을 위해 이중가닥을 단계적으로 분리하는 것이다. 그러나 국소 가닥 분리는 헬리케이스가 이중체를 따라 임의의 위치에 로딩되는 공정에 의해 발생한다. 이것은 일반적으로 RNA의 단일 가닥 영역에 의해 도움이 되며, 효소의 로딩에는 ATP 결합이 필요하다.^[128] 헬리케이스 및 ATP가 결합되면, 국소 가닥 분리가 발생하는데, 이는 ATP의 결합을 필요로 하지만 ATP 가수 분해의 실제 과정은 아니다.^[129] 더 적은 염기쌍이 존재하면 이중 체는 효소의 도움없이 해리된다. 이 풀림은 DEAD/DEAH 상자 헬리케이스에 의해 사용된다.^[130]

8. 헬리케이스 활성 측정 도구

헬리케이스 활성은 ''생체 외''에서 다양한 방법을 사용하여 측정할 수 있다. 1982~1983년에 헬리케이스 활성을 측정하기 위한 최초의 직접적인 생화학적 분석법이 개발되었는데, 이는 "가닥 치환 분석"이라고 불린다.^[15][64] 이 방법은 DNA 이중 가닥의 방사성 동위원소 표지를 포함하며, 헬리케이스 처리 후 단일 가닥 DNA를 비변성 PAGE 전기영동으로 이중 가닥 DNA와 분리하여 시각적으로 감지한다. 이 방법은 정성적 분석에는 적합하지만, 실시간 모니터링이 어렵고 방사성 화합물에 의존해야 한다는 단점이 있다.

이후, 고처리량 역학, 비방사성 뉴클레오티드 표지 사용, 빠른 반응 시간, 헬리케이스 활성의 실시간 모니터링 등의 특징을 가진 다른 방법들이 개발되었다.^[65] 이러한 방법에는 급속 퀜치 플로우 방법, 형광 기반 분석, 여과 분석, 신틸레이션 근접 분석, 시간 분해 형광 공명 에너지 전달 분석 등이 포함된다. 이러한 분석법 중 일부는 헬리케이스가 1 ATP 분자의 가수분해당 몇 개의 염기쌍 뉴클레오티드를 파괴할 수 있는지 결정하는 데 활용될 수 있다.^[66]

PerkinElmer 사의 "Trupoint" 진단 분석과 같은 상업적으로 이용 가능한 진단 키트도 있다. 이 분석은 시간 분해 형광 퀜칭 분석으로, DNA 이중 가닥이 풀리면 형광이 증가하는 원리를 이용하여 헬리케이스 활성을 정량적으로 측정한다.

단일 분자 형광 이미징 기술도 헬리케이스 활성 측정에 사용되며, 광학 트래핑과 전반사 형광 시각화 방법을 통해 단일 분자 해상도에서 DNA 풀림 및 전위 측정을 제공한다.^[67]

헬리케이스 극성은 헬리케이스가 이동하는 DNA/RNA 단일 가닥에서 헬리케이스의 이동 방향(5'→3' 또는 3'→5')으로 정의된다. 부분적으로 이중 가닥 DNA 기질을 사용하여 헬리케이스 극성을 결정할 수 있다.^[68]

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