Деградосома
Деградосома присутствующий представляет собой мультибелковый комплекс, у большинства бактерий , который участвует в процессинге рибосомальной РНК и деградации информационной РНК и регулируется некодирующей РНК . Он содержит белки РНК-хеликаза B , РНКаза E и полинуклеотидфосфорилаза . [ 1 ]
Запас клеточной РНК в клетках постоянно колеблется. Например, у Escherichia coli продолжительность мессенджерной РНК жизни составляет от 2 до 25 минут, у других бактерий она может длиться дольше. Даже в покоящихся клетках РНК деградирует в устойчивом состоянии, а нуклеотидные продукты этого процесса позже повторно используются для новых раундов синтеза нуклеиновых кислот . Оборот РНК очень важен для регуляции генов и контроля качества.
У всех организмов есть различные инструменты для деградации РНК, например, рибонуклеазы, геликазы, 3'-концевые нуклеотидилтрансферазы (которые добавляют хвосты к транскриптам), ферменты, кэпирующие и декэпирующие 5'-концы , а также различные РНК-связывающие белки, которые помогают моделировать РНК для представления в виде субстрат или для признания. Часто эти белки объединяются в стабильные комплексы, в которых их активность скоординирована или кооперативна. Многие из этих белков метаболизма РНК представлены в составе компонентов мультиферментной РНК-деградосомы Escherichia coli , которая состоит из четырех основных компонентов: гидролитической эндорибонуклеазы РНКазы Е , фосфоролитической экзорибонуклеазы ПНПазы , АТФ-зависимой РНК. геликаза (RhIB) и гликолитический фермент енолаза .
Деградосома РНК была обнаружена в двух разных лабораториях, когда они работали над очисткой и характеристикой E. coli , РНКазы E и факторов, которые могли влиять на активность ферментов, расщепляющих РНК, в частности, PNPазы. Он был обнаружен во время изучения двух его основных соединений.
Структура
[ редактировать ]Состав этого мультифермента может варьироваться в зависимости от организма. Мультибелковый комплекс РНК-деградосомы E. coli состоит из 4 канонических компонентов:
- РНКаза Е : большая гидролитическая эндорибонуклеаза, которую можно разделить на N-концевую половину РНКазы Е, которая содержит каталитический домен и является местом, где находится нуклеотическая активность; и С-концевая половина, которая представляет собой неструктурированный белок с большой цепью без известной функции, обеспечивающий каркас, необходимый для сборки деградосомы. Эта область очень гибкая, что облегчает взаимодействие компонентов деградосомы. У E. coli РНКаза Е расположена в цитоплазматической мембране и ее можно наблюдать с помощью флуоресцентной микроскопии. [ 2 ] Его структуру составляют 1061 аминокислота, а молекулярная масса составляет 118 кДа.
- ПНПаза : фосфоролитическая экзорибонуклеаза, разрушающая РНК. Его цепь состоит из 421 аминокислоты, а молекулярная масса составляет 47 кДа.
- Энолаза : гликолитический фермент енолаза, образованный 432 аминокислотами, поэтому его молекулярная масса составляет 46 кДа.
- РНК-хеликаза (RhlB): большое семейство ферментов, этот тип содержит 711 аминокислот и весит 77 кДа. [ 3 ] Идентификация этого белка DEAD-box (белки этого типа участвуют в различных метаболических процессах, в которых обычно участвуют РНК) в деградосоме E. coli стала одним из первых индикаторов того, что РНК-хеликазы могут принимать участие в деградации мРНК.
о некоторых альтернативных формах деградосомы РНК с разными белками Сообщалось . Дополнительными альтернативными компонентами деградосомы являются PcnB ( полиА-полимераза ) и РНК-хеликазы RhlE и SrmB . Другие альтернативные компоненты во время холодового шока включают РНК-хеликазу CsdA . Дополнительные альтернативные компоненты деградосомы во время стационарной фазы включают Rnr ( РНКаза R ) и предполагаемую РНК-хеликазу HrpA . Ppk ( полифосфаткиназа ) — еще один компонент, который, как сообщается, является частью комплекса, так же, как РНК-шаперон Hfq, PAP ( простатическая кислая фосфатаза ), другие виды шаперонов и рибосомальные белки . Они были обнаружены в препаратах деградосом, экстрагированных из клеток E. coli . [ 4 ]
Структура РНК-деградосомы не такая жесткая, как кажется на картинке, потому что это всего лишь модель, позволяющая понять, как она работает. Структура деградосомы РНК динамична, каждый компонент взаимодействует с близкими к нему компонентами. Таким образом, структура похожа на молекулярный домен, где РНК может взаимодействовать как субстрат с каждым из компонентов, и когда это происходит, РНК действительно трудно выйти из комплекса. [ 3 ]
Функции
[ редактировать ]Деградосома РНК представляет собой огромную мультиферментную ассоциацию, которая участвует в метаболизме РНК и посттранскрипционном контроле экспрессии генов у многочисленных бактерий, таких как Escherichia coli и Pseudoalteromonas haloplanktis . Мультибелковый комплекс также служит машиной для переработки структурированных предшественников РНК в процессе их созревания. [ 5 ] [ 6 ]
Считается, что РНК-хеликаза помогает в процессе деградации развивать структуру двойной спирали в стволовых петлях РНК. Иногда отмечается совместная очистка рРНК с деградосомой, что позволяет предположить, что комплекс может принимать участие в деградации рРНК и мРНК. Четкой информации о роли деградосомы очень мало. Если рассматривать этапы деградации транскрипта в E. coli , то известно, что в первую очередь эндорибонуклеазы могут расщеплять субстраты, чтобы позже экзорибонуклеазы могли воздействовать на продукты. RhIB сам по себе обладает очень малой активностью, но взаимодействие с РНКазой E может стимулировать ее. [ 7 ] Роль енолазы в процессе деградации РНК до сих пор должным образом не описана, по-видимому, она помогает комплексу быть более специфичным в процессе деградации. [ 8 ] [ 9 ]
Одним из особенно интригующих аспектов деградосомы бактериальной РНК является наличие метаболических ферментов во многих изученных комплексах. Помимо фермента енолазы, присутствующего в деградосоме E. coli , метаболические ферменты аконитаза и фосфофруктокиназа были идентифицированы в деградосомах C. crescentus и B. subtilis соответственно. [ 10 ] [ 11 ] Причина присутствия этих ферментов в настоящее время неясна.
Активация деградосомы
[ редактировать ]Этот мультибелковый комплекс стимулируется некодирующей РНК , называемой микроРНК в эукариотических клетках и мРНК в бактериях . Небольшие последовательности аминокислот обычно используются для нацеливания мРНК на ее разрушение. Отсюда есть два способа сделать это: нацеливание на область инициации трансляции (TIR) или кодирующую последовательность ДНК (CDS). Во-первых, для присоединения мРНК к целевой мРНК Hfq ( белок- шаперон необходим ). Если после присоединения комплекс Hfq-sRna заканчивается на TIR, он блокирует сайт связывания рибосом (RBS), поэтому рибосомы не могут транслироваться, и активирует нуклеазы (РНКаза E) для устранения мРНК. Другая возможность — закончиться в другом регионе, что делает комплекс завершающим этапом перевода. Таким образом, рибосомы могут выполнять свою работу по декодированию, процесс, который останавливается, когда они достигают комплекса, где включается вся процедура разрушения. [ 5 ]
Деградация РНК
[ редактировать ]Процесс разрушения РНК очень сложен. Чтобы было легче понять, мы используем в качестве примера процедуру деградации мРНК в Escherichia coli, поскольку это наиболее известный процесс. Он опосредуется преимущественно эндо- и рибонуклеазами. Ферменты РНКаза II и ПНПаза (полинуклеотидфосфорилаза) расщепляют мРНК по пути 3'→5'. Деградосома состоит из 4 отсеков, в которых находится несколько рибонуклеаз . Первоначально синтезированная РНК представляет собой полифосфатную структуру. Вот почему необходимо дефосфорилирование для получения монофосфата под действием РНК- пирофосфогидролазы PppH. Транскрипты состоят из двух частей: фосфатного конца (P-конца) и структуры «стебель-петля» на конце. P-конец эндорибонуклеолитически расщепляется РНКазой Е, а стволовая петля расщепляется РНК-хеликазами. Если есть какие-либо вторичные структуры, необходима работа полимеразы PAP для упрощения восстановления экзорибонуклеазами, такими как PNPase. Наконец, отходы обрабатываются олигорибонуклеазами.
Этот процесс аналогичен и у других видов и меняется только в ферментативном аппарате. Например, Bacillus subtilis вместо использования РНКазы E в качестве эндорибонуклеазы использует РНКазу Y или РНКазу J, а у архей используется экзосома (везикула) . для этой работы [ 5 ]
Эволюция
[ редактировать ]Деградосома, которая является динамической по конформации, изменчивой по составу и несущественной в определенных лабораторных условиях, тем не менее, сохранялась на протяжении всей эволюции многих видов бактерий ( архей , эукариот , Escherichia coli , митохондрий и т. д.), скорее всего, благодаря его разнообразный вклад в глобальную клеточную регуляцию. Экспериментально было продемонстрировано, что наличие деградосомы является избирательным преимуществом для E. coli . [ 5 ]
Считалось, что деградосомоподобные структуры являются частью многих γ-протеобактерий и фактически были обнаружены в других отдаленных бактериальных линиях. Они построены на РНКазе Е. Однако состав этих деградосомоподобных ансамблей не всегда одинаков, а на некоторых белковых компонентах может быть разным.
Деградосома РНК E. coli
[ редактировать ]У людей и других животных кишечная палочка является комменсалом в кишечном тракте. Это один из наиболее изучаемых организмов в лабораториях, и он стал полезной моделью для понимания генетической регуляции бактерий и других сфер жизни. Деградосома РНК E. coli представляет собой структуру, которая играет разнообразную роль в метаболизме РНК. Он имеет гомологичные компоненты и функциональную аналогию с аналогичными узлами, встречающимися во всех сферах жизни. Одним из его компонентов является АТФ -зависимый мотор, который активируется посредством белок-белковых взаимодействий и взаимодействует с рибонуклеазами в энергозависимом режиме деградации РНК. [ 5 ]
У E. coli нет пути деградации 5'→3'. Его мРНК не имеет 5'-концев, закрытых кэпами, и не известны какие-либо 5'→3'-экзонуклеазы. То же самое происходит и с другими эубактериями, следовательно, путь деградации 5'→3' может быть исключительной чертой эукариотических клеток. [ 7 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Карпусис А.Дж. (апрель 2002 г.). «Деградосома РНК Escherichia coli: структура, функции и взаимоотношения в других рибонуклеолитических мультиферментных комплексах». Труды Биохимического общества . 30 (2): 150–5. дои : 10.1042/BST0300150 . ПМИД 12035760 .
- ^ Бандира К.Дж., Бувье М., Карпусис А.Дж., Луизи Б.Ф. (июнь 2013 г.). «Социальная ткань деградосомы РНК» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1829 (6–7): 514–22. дои : 10.1016/j.bbagrm.2013.02.011 . ПМЦ 3991390 . ПМИД 23459248 .
- ^ Jump up to: а б Карпусис Эй Джей (26 сентября 2007 г.). «Деградосома РНК Escherichia coli: машина, расщепляющая мРНК, собранная на РНКазе Е». Ежегодный обзор микробиологии . 61 (1): 71–87. дои : 10.1146/annurev.micro.61.080706.093440 . ПМИД 17447862 .
- ^ ЭкоГин. «ЭкоГен» . www.ecogene.org . Архивировано из оригинала 20 октября 2016 г. Проверено 19 октября 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Горна М.В., Карпусис А.Ю., Луизи Б.Ф. (май 2012 г.). «От конформационного хаоса к надежной регуляции: структура и функция мультиферментной деградосомы РНК». Ежеквартальные обзоры биофизики . 45 (2): 105–45. дои : 10.1017/S003358351100014X . ПМИД 22169164 . S2CID 25761069 .
- ^ Айт-Бара С., Карпусис А.Дж. (октябрь 2010 г.). «Характеристика деградосомы РНК Pseudoalteromonas haloplanktis: сохранение взаимодействия РНКазы E-RhlB в гаммапротеобактериях» . Журнал бактериологии . 192 (20): 5413–23. дои : 10.1128/JB.00592-10 . ПМК 2950506 . ПМИД 20729366 .
- ^ Jump up to: а б Карпузис, Эй Джей (2002). «Деградосома РНК Escherichia coli: структура, функции и связь с другими рибонуклеолитическими мультиэнзимными комплексами». Труды Биохимического общества . 30 (2): 150–155. дои : 10.1042/0300-5127:0300150 .
- ^ Браун Т (30 июня 2008 г.). Геномы/Геном (на испанском языке). Эд. Медика Панамерикана. ISBN 9789500614481 .
- ^ Гарсиа-Мена Дж. «Полинуклеотидфосфорилаза: радость рибонуклеаз» . Исследовательские ворота . Проверено 18 октября 2016 г.
- ^ Хардвик С.В., Чан В.С., Бродхерст Р.В., Луизи Б.Ф. (март 2011 г.). «Сборка деградосом РНК у Caulobacter crescentus» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (4): 1449–59. дои : 10.1093/nar/gkq928 . ПМК 3045602 . ПМИД 20952404 .
- ^ Чо К.Х. (2017). «Структура и функция деградосомы РНК грамположительных бактерий» . Границы микробиологии . 8 : 154. дои : 10.3389/fmicb.2017.00154 . ПМК 5289998 . ПМИД 28217125 .