VS рибозим
Рибозим -сателлит Варкуда (ВС) представляет собой РНК фермент , осуществляющий расщепление фосфодиэфирной связи . [1] [2]
Введение
[ редактировать ]-сателлит Варкуда (VS) Рибозим является крупнейшим известным нуклеолитическим рибозимом, который, как обнаружено, встроен в РНК VS. VS РНК представляет собой длинную некодирующую РНК, существует в виде сателлитной РНК и обнаруживается в митохондриях Варкуда-1С и некоторых других штаммов Neurospora . Рибозим VS содержит признаки как каталитических РНК, так и интронов группы 1 . [3] Рибозим VS обладает как расщепляющей, так и лигирующей активностью и может эффективно выполнять реакции как расщепления, так и лигирования в отсутствие белков. Рибозим VS подвергается горизонтальному переносу генов с другими штаммами Neurospora . [4] Рибозимы VS не имеют ничего общего с другими нуклеолитическими рибозимами.
VS РНК имеет уникальную первичную, вторичную и третичную структуру. Вторичная структура рибозима VS состоит из шести спиральных доменов (рис. 1). Стеблевая петля I образует субстратный домен, а стеблевая петля II-VI образует каталитический домен. Когда эти два домена синтезируются in vitro по отдельности, они могут осуществлять реакцию саморасщепления путем транс-действия. [5] Подложка связывается в щель, образованную двумя спиралями. Вероятным активным центром рибозима является очень важный нуклеотид А756. Петля A730 и нуклеотид A756 имеют решающее значение для его функции, поскольку они участвуют в химической активности переноса фосфора рибозима. [6]
Происхождение
[ редактировать ]РНК VS транскрибируется как мультимерный транскрипт с ДНК VS. ДНК VS содержит область, кодирующую обратную транскриптазу, необходимую для репликации РНК VS. После транскрипции VS РНК подвергается сайт-специфическому расщеплению. VS РНК саморасщепляется по специфической фосфодиэфирной связи с образованием мономерных и нескольких мультимерных транскриптов. Эти транскрипты затем подвергаются самолигированию и образуют кольцевую VS-РНК. [7] Эта кольцевая РНК VS является преобладающей формой VS, обнаруженной у Neurospora . Рибозим VS представляет собой небольшой каталитический мотив, встроенный в кольцевую РНК VS. Большая часть VS РНК состоит из 881 нуклеотида. [7]
Структура рибозима
[ редактировать ]
В естественном состоянии рибозимный мотив VS содержит 154 нуклеотида, которые сворачиваются в шесть спиралей. Его РНК содержит элемент саморасщепления, который, как полагают, участвует в обработке промежуточных продуктов, образующихся в процессе репликации . [8] H-образная структура рибозима организована двумя трехсторонними соединениями, которые определяют общую складку рибозима. Уникальной особенностью структуры рибозима является то, что даже если большая часть спирали IV и дистальный конец спирали VI будут удалены, значительной потери активности не произойдет. [9] Однако если бы длины спиралей III и V были изменены, произошла бы значительная потеря активности. Выпуклости оснований рибозима, спирали II и IV, играют очень важную структурную роль, поскольку замена их другими нуклеотидами не влияет на их активность. По сути, активность рибозима VS очень зависит от локальной последовательности двух трехсторонних соединений. Трехстороннее соединение, присутствующее в рибозиме VS, очень похоже на то, которое наблюдается в малой (23S) субъединице рРНК. [9]
Активный сайт рибозима
[ редактировать ]Активные центры рибозима можно найти в спиральных соединениях, выпуклостях и длинах критических спиралей III и V. Во внутренней петле спирали VI обнаружена одна важная область, называемая A730, одна замена оснований в эта петля приведет к уменьшению потери активности расщепления, но существенных изменений в сворачивании рибозима не происходит. Другими мутациями , которые влияют на активность рибозима, являются метилирование, подавление тиофильных ионов марганца в сайте A730. [10]
Возможный каталитический механизм
[ редактировать ]Петля А730 очень важна для каталитической активности рибозима. Рибозим действует как стыковочная станция, где он стыкует субстрат с щелью между спиралями II и VI, чтобы облегчить взаимодействие между сайтом расщепления и петлей A730. Это взаимодействие создает среду, в которой может протекать катализ, аналогично взаимодействиям, наблюдаемым в рибозиме-шпильке . Внутри петли А730 замена А756 на G, C или U приведет к 300-кратной потере активности расщепления и лигирования.
Доказательство того, что петля А730 является активным центром рибозима VS, весьма очевидно и что А756 играет важную роль в его активности. Реакция расщепления протекает по механизму реакции S N 2 . Нуклеофильная атака 2'-кислорода на 3'-фосфат приведет к образованию циклического 2'3'-фосфата за счет ухода 5'-кислорода. Реакция лигирования происходит в обратном порядке: 5'-кислород атакует 3'-фосфат циклического фосфата. [11] Способ облегчения обеих этих реакций заключается в общем кислотно-основном катализе, который усиливает нуклеофил кислорода за счет удаления связанных белков и стабилизации уходящих оксианионных групп посредством протонирования. Также важно добавить, что если группа ведет себя как основание в реакции расщепления, то в реакции лигирования она должна действовать как кислота. Сольватированные ионы металлов действуют в общем кислотно-основном катализе, где ионы металлов могут действовать как кислота Льюиса , которая поляризует атомы кислорода фосфата. Другим важным фактором скорости реакции лигирования является зависимость от pH, которая соответствует pKa 5,6, что не является фактором реакции расщепления. Эта конкретная зависимость требует протонированного основания в положении А756 рибозима.
Другая предложенная каталитическая стратегия - стабилизация пятивалентного фосфата переходного состояния реакции . Этот механизм, вероятно, будет включать образование водородных связей, как это видно на шпильке рибозима. [12] Кроме того, близость групп активных центров друг к другу и их ориентация в пространстве будут способствовать реализации каталитического механизма. Это может сблизить переходное состояние и субстрат для возникновения реакции делегирования.
Катализаторы
[ редактировать ]Очень высокие концентрации двухвалентных и одновалентных катионов повышают эффективность реакции расщепления. Эти катионы облегчают спаривание оснований рибозима с субстратом. [3] Скорость расщепления VS можно ускорить за счет высокой концентрации катионов, а также за счет увеличения концентрации РНК. Следовательно, низкая концентрация любого из них является лимитирующей. Считается, что роль катионов заключается в нейтрализации заряда при сворачивании РНК, а не в роли катализатора.
Гипотеза эволюции VS рибозима
[ редактировать ]1. Молекулярная окаменелость мира РНК, сохранившая функции расщепления и лигирования.
2. Рибозим VS позже приобрел одну или несколько своих ферментативных активностей.
РНК-опосредованное расщепление и лигирование обнаружено в самосплайсинговых РНК группы 1 и группы 2. VS РНК содержит множество консервативных характеристик последовательности интронов группы 1. Однако сайт сплайсинга рибозима VS отличается от сайта сплайсинга интрона группы 1, а сайт саморасщепления рибозима VR находится за пределами ядра интрона группы 1. В реакции расщепления рибозим VS образует 2',3'-циклический фосфат, а интроны группы 1 образуют 3'-гидроксил. Функциональное сходство с интронами группы 1, а затем механическое отличие от интронов подтверждает гипотезу о том, что рибозим VS представляет собой химеру, образующуюся путем вставки новой каталитической РНК в интроны группы 1. [1] [2]
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Нуклеотидная последовательность и аннотация ДНК VS, которая кодирует рибозим VS (на веб-сайте Национального центра биотехнологической информации )
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Сэвилл Б.Дж., Коллинз Р.А. (1990). «Сайт-специфическая реакция саморасщепления, осуществляемая новой РНК в рибозимах Neurospora». Клетка . 61 (4): 685–696. дои : 10.1016/0092-8674(90)90480-3 . ПМИД 2160856 . S2CID 21169250 .
- ^ Перейти обратно: а б Лилли Д.М. (февраль 2004 г.). «Сателлитный рибозим Варкуда» . РНК . 10 (2): 151–158. дои : 10.1261/rna.5217104 . ПМК 1370526 . ПМИД 14730013 .
- ^ Перейти обратно: а б Вальтер, Нильс Г; Беркер, Джон М. (1998). «Шпилька-рибозим: строение, сборка и катализ». Современное мнение в области химической биологии . 2 (1): 24–30. дои : 10.1016/S1367-5931(98)80032-X . ПМИД 9667918 .
- ^ Сэвилл, Барри Дж.; Коллинз, Ричард А. (май 1990 г.). «Сайт-специфическая реакция саморасщепления, осуществляемая новой РНК в митохондриях нейроспоры». Клетка . 61 (4): 685–696. дои : 10.1016/0092-8674(90)90480-3 . ПМИД 2160856 . S2CID 21169250 .
- ^ Хоффманн, Б; Митчелл, GT; Гендрон, П; Майор, Ф; Андерсен, А.А.; Коллинз, РА; Лего, П. (10 июня 2003 г.). «ЯМР-структура активной конформации сайта расщепления сателлитного рибозима Варкуд» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (12): 7003–7008. Бибкод : 2003PNAS..100.7003H . дои : 10.1073/pnas.0832440100 . ПМК 165820 . ПМИД 12782785 .
- ^ Джонс, Фатима Д.; Стробель, Скотт А. (2003). «Ионизация критического остатка аденозина в активном сайте рибозима-сателлита Варкуд». Биохимия . 42 (14): 4265–4276. дои : 10.1021/bi020707t . ПМИД 12680781 .
- ^ Перейти обратно: а б Холленберг, доктор медицины (1979). Эпидермальный фактор роста-урогастрон, полипептид, приобретающий гормональный статус . Витамины и гормоны. Том. 37. Нью-Йорк. стр. 69–110. дои : 10.1016/s0083-6729(08)61068-7 . ISBN 978-0-12-709837-1 . ПМИД 398091 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Кеннелл, Дж. К. (1 февраля 1995 г.). «Каталитическая РНК VS реплицируется путем обратной транскрипции как сателлит ретроплазмиды» . Генс Дев . 9 (3): 294–303. дои : 10.1101/gad.9.3.294 . ПМИД 7532606 .
- ^ Перейти обратно: а б Лафонтен, Д.А. (15 мая 2002 г.). «Глобальная структура рибозима VS» . Журнал ЭМБО . 21 (10): 2461–2471. дои : 10.1093/emboj/21.10.2461 . ПМК 126006 . ПМИД 12006498 .
- ^ Суд, В.Д. (2 октября 1998 г.). «Идентификация фосфатных групп, участвующих в связывании металлов и третичных взаимодействиях в ядре рибозима Neurospora VS». Журнал молекулярной биологии . 282 (4): 741–750. дои : 10.1006/jmbi.1998.2049 . ПМИД 9743623 .
- ^ Маклеод, Эйлин С.; Лилли, Дэвид MJ (2004). «Эффективное рН-зависимое лигирование РНК с помощью VS-рибозима в транс» . Биохимия . 43 (4): 1118–1125. дои : 10.1021/bi035790e . ПМИД 14744158 . Проверено 15 октября 2014 г.
- ^ Руперт, Питер; Мэсси, Арчна; Сигурдссон, Снорри; Ферре-Д'Амаре, Адриан (10 октября 2002 г.). «Стабилизация переходного состояния каталитической РНК». Наука . 298 (5597): 1421–1424. Бибкод : 2002Sci...298.1421R . дои : 10.1126/science.1076093 . ПМИД 12376595 . S2CID 23783258 .