The DNA double helix provides a simple and elegant way to store and copy genetic information. However, the processes requiring the DNA helix strands separation, such as transcription and replication, induce a topological side-effect – supercoiling of the molecule. Topoisomerases comprise a specific group of enzymes that disentangle the topological challenges associated with DNA supercoiling. They relax DNA supercoils and resolve catenanes and knots. Here, we review the catalytic cycles, evolution, diversity, and functional roles of type II topoisomerases in organisms from all domains of life, as well as viruses and other mobile genetic elements.
Двойная спираль ДНК является элегантным способом хранения информации с точки зрения механизма копирования и стабильности молекулы. Однако любые процессы матричного синтеза, такие, как транскрипция и репликация, связаны с разъединением цепей ДНК, а потому вызывают побочный топологический эффект – суперспирализацию молекулы. Как следствие, при репликации дочерние молекулы ДНК могут оказаться топологически сцепленными (образуют так называемые катенаны), а также способными образовывать узлы. Разрешением топологических проблем, а именно, релаксацией супервитков ДНК, разъединением катенанов и узлов занимаются специальные ферменты – топоизомеразы. Мы рассмотрим представителей топоизомераз типа II – механизм катализа, эволюцию, разнообразие и роль этих ферментов у организмов всех доменов жизни, в том числе вирусов и мобильных генетических элементов.