ヒトDNAリガーゼIの遺伝性酵素欠陥による異常なDNA修復とDNA複製

DNAリガーゼI遺伝子の異なる対立遺伝子の2つのミスセンス変異は、免疫不全とDNA損傷剤に対する細胞過敏症の患者（46BR）で報告されています。変異体対立遺伝子の1つは非アクティブなタンパク質を生成し、もう1つは何らかの残留活性を持つ酵素をコードします。この部分的に活性な酵素をコードする変異体対立遺伝子のホモ接合（またはhemizygous）である同一の表現型のサブラインは、46BRの酵素欠陥の特性評価を促進しました。このサブラインは、正常なDNAリガーゼI活性の3〜5％のみを保持します。ライゲーション反応の中間体、DNAリガーゼI-ampおよびニックのDNA-ampは、in vitroおよびin vivoで蓄積します。46BR酵素の欠陥は、主にニックされたDNA-AMPの最終的なリゲーションDNA産物への変換にあります。46BR細胞抽出物におけるDNA修復と透磁化細胞におけるDNA複製のアッセイは、DNAリガーゼIの機能的役割を明らかにしました。長時間の間、低分子量の形にとどまります。46BR細胞抽出物によるDNA塩基切除修復では、結紮の遅延と、精製された正常なDNAリガーゼIの添加時に減少する異常に長い修復パッチサイズが示されます。

Two missense mutations in different alleles of the DNA ligase I gene have been described in a patient (46BR) with immunodeficiencies and cellular hypersensitivity to DNA-damaging agents. One of the mutant alleles produces an inactive protein, while the other encodes an enzyme with some residual activity. A subline of identical phenotype that is homozygous (or hemizygous) for the mutant allele encoding this partially active enzyme has facilitated characterization of the enzymatic defect in 46BR. This subline retains only 3 to 5% of normal DNA ligase I activity. The intermediates in the ligation reaction, DNA ligase I-AMP and nicked DNA-AMP, accumulate in vitro and in vivo. The defect of the 46BR enzyme lies primarily in conversion of nicked DNA-AMP into the final ligated DNA product. Assays of DNA repair in 46BR cell extracts and of DNA replication in permeabilized cells have clarified functional roles of DNA ligase I. The initial rate of ligation of Okazaki fragments during DNA replication is apparently normal in 46BR cells, but 25 to 30% of the fragments remain in low-molecular-weight form for prolonged times. DNA base excision repair by 46BR cell extracts shows a delay in ligation and an anomalously long repair patch size that is reduced upon addition of purified normal DNA ligase I.