Разветвляющийся рибозим GIR1

GIR1 разветвляющийся рибозим
GIR1 разветвляющийся рибозим
	Консервативная вторичная структура GIR1
Идентификаторы
Символ	ГИР1
Рфам	RF01807
Другие данные
РНК Тип	Интрон
Домен(ы)	Неглерия
PDB Структуры	ПДБе

Рибозим , закрывающий Lariat (ранее называвшийся ветвящимся рибозимом GIR1 размером ~ 180 нт ), представляет собой рибозим , внешне напоминающий рибозим группы I. ^{[ 1 ]} Он находится в сложном типе интронов группы I, также называемых твинрибозимными интронами. ^{[ 2 ]} Вместо сплайсинга он катализирует реакцию разветвления, в которой 2'- ОН внутреннего остатка участвует в нуклеофильной атаке близлежащей фосфодиэфирной связи . ^{[ 3 ]} В результате РНК расщепляется на сайте внутреннего процессинга (IPS), оставляя 3'-ОН и последующий продукт с 3- нуклеотидным лариатом на 5'-конце. Лариат имеет первый и третий нуклеотиды, соединенные 2',5'-фосфодиэфирной связью, и его называют «лариатным колпачком», поскольку он закрывает мРНК , кодируемую интроном . Получающаяся в результате лариатная крышка, по-видимому, способствует увеличению периода полураспада мРНК HE. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} тем самым давая эволюционное HE преимущество.

Биологический контекст

Схематическое изображение *внехромосомной рДНК Dydimium iridis* и ее двойно-рибозимной системы.

Рибозим GIR1 был первоначально обнаружен во время функциональной характеристики интронов внехромосомной рДНК простейшего iridis Didymium . Комбинация анализа делеции и самосплайсинга in vitro выявила двойную рибозимную организацию интрона: два отдельных рибозимных домена внутри интрона. ^{[ 2 ]}

Структурная организация

Интроны двойных рибозимов представляют собой одни из наиболее сложно организованных известных интронов группы I и состоят из хомингового гена эндонуклеазы (HEG: I- Dir I хоминг эндонуклеазы), встроенного в два функционально различных каталитических домена РНК. Одной из каталитических РНК является обычный рибозим интрона I группы (GIR2), ответственный за сплайсинг интронов и обратный сплайсинг, а также циркуляризацию интронов РНК. Другим каталитическим доменом РНК является рибозим группы I (GIR1), непосредственно участвующий в созревании мРНК самонаводящейся эндонуклеазы.

Каталитическая активность

In vitro DiGIR1 катализирует три различные реакции. Первый заключается в гидролизе расщепляющегося фосфата по сайту IPS. Это реакция расщепления, наблюдаемая для полноразмерного интрона и нескольких вариантов длины с относительно низкой скоростью. Гидролитическое расщепление является необратимым и считается артефактом in vitro, возникающим в результате неправильного сворачивания каталитического сайта для правильного представления разветвленного нуклеотида (BP) для реакции. Вторая реакция, естественная, представляет собой реакцию ветвления, при которой переэтерификация в сайте IPS приводит к отщеплению РНК с 3'-ОН и расположенной ниже лариатной кепкой, образующейся путем соединения первого и третьего нуклеотидов с помощью 2'-5' фосфодиэфирная связь. ^{[ 3 ]}

Эти продукты являются единственными продуктами, наблюдаемыми при анализе клеточной РНК. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} Эта реакция разветвления находится в равновесии с третьей реакцией: реакцией лигирования. Это очень эффективная реакция, и она имеет тенденцию маскировать реакцию разветвления во время экспериментов по разветвлению in vitro с полноразмерными интронами и вариантами длины, которые включают более 166 нуклеотидов выше IPS.

Моделирование структуры Лариат-покрывателя (ЛК) Рибозима

Модели GIR1 были созданы с использованием биохимических и мутационных данных. ^{[ 6 ]} Структура содержит расширенный домен субстрата, который содержит пару GoU. Пара отличается от типичного нуклеофильного остатка рибозима группы 1 , область J8/7 уменьшена . ^{[ 6 ]} Эти данные обеспечивают основу для эволюционного механизма , который объясняет переход от сплайсинга рибозима группы I к архитектуре ветвления GIR1. Этот механизм потенциально может быть применен к другим крупным РНК, таким как P. рибонуклеаза ^{[ 6 ]}

Кристаллическая структура рибозима, закрывающего лариат.

Недавно была опубликована кристаллическая структура рибозима LC. ^{[ 7 ]} Вкратце, рибозимную РНК с циркулярной перестановкой (CP) генерировали путем транскрипции in vitro с использованием РНК-полимеразы Т7. ^{[ 8 ]} 5' и 3', образующиеся в результате круговой перестановки, расположены в естественном сайте расщепления рибозима. Чтобы сделать возможным транскрипцию этой конструкции, оптимизированные 5'-рибозимы «головки молотка» и рибозимы HdV (вирус задержки гепатита) были фланкированы конструкцией LC CP. ^{[ 9 ]}

Кристаллическая структура рибозима LC объясняет, как работает регуляторный домен, образованный P2, P2.1 и P10. Имеют место два набора третичных взаимодействий, которые ограничивают P2 и P2.1, позволяя сформировать трехстороннее соединение, которое действует как рецептор для nt A209. Это плотное взаимодействие способствует образованию каталитического центра при условии, что лариат предварительно сложен рибозимным ядром.

Ссылки

^ Йохансен С., Эйнвик С., Нильсен Х. (сентябрь 2002 г.). «DiGIR1 и NaGIR1: встречающиеся в природе рибозимы группы I с уникальной основной организацией и эволюционировавшей биологической ролью». Биохимия . 84 (9): 905–12. дои : 10.1016/S0300-9084(02)01443-8 . ПМИД 12458083 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Йохансен С., Фогт В.М. (февраль 1994 г.). «Интрон в ядерной рибосомальной ДНК Didymium iridis кодирует рибозим группы I и новый рибозим, которые участвуют в самосплайсинге». Клетка . 76 (4): 725–34. дои : 10.1016/0092-8674(94)90511-8 . ПМИД 8124711 . S2CID 45868519 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Нильсен Х., Вестхоф Э., Йохансен С. (сентябрь 2005 г.). «МРНК увенчана 2', 5'-лариатом, катализируемым рибозимом, подобным группе I». Наука . 309 (5740): 1584–7. Бибкод : 2005Sci...309.1584N . дои : 10.1126/science.1113645 . ПМИД 16141078 . S2CID 37002071 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Вейдер А., Йохансен С., Нильсен Х. (декабрь 2002 г.). «Рибозим DiGIR1, подобный группе I, опосредует альтернативный процессинг транскриптов пре-рРНК у Didymium iridis» . Европейский журнал биохимии . 269 (23): 5804–12. дои : 10.1046/j.1432-1033.2002.03283.x . ПМИД 12444968 .
^ Вейдер А., Нильсен Х., Йохансен С. (февраль 1999 г.). «Экспрессия in vivo ядрышковой эндонуклеазы I-dirI, кодируемой интроном группы I, включает удаление сплайсосомного интрона» . Журнал ЭМБО . 18 (4): 1003–13. дои : 10.1093/emboj/18.4.1003 . ПМК 1171192 . ПМИД 10022842 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Беккерт Б., Нильсен Х., Эйнвик С., Йохансен С.Д., Вестхоф Э., Маскида Б. (февраль 2008 г.). «Молекулярное моделирование ветвящегося рибозима GIR1 дает новое понимание эволюции структурно родственных рибозимов» . Журнал ЭМБО . 27 (4): 667–78. дои : 10.1038/emboj.2008.4 . ПМК 2219692 . ПМИД 18219270 .
^ Мейер, М.; Нильсен, Х.; Ольерик, В.; Роблин, П.; Йохансен, SD; Вестхоф, Э.; Маскида, Б. (27 мая 2014 г.). «Видование группы I интрона в лариат, закрывающий рибозим» . Труды Национальной академии наук . 111 (21): 7659–7664. Бибкод : 2014PNAS..111.7659M . дои : 10.1073/pnas.1322248111 . ISSN 0027-8424 . ПМК 4040574 . ПМИД 24821772 .
^ Беккерт, Бертран; Маскида, Бенуа (2011), Нильсен, Хенрик (редактор), «Синтез РНК путем транскрипции in vitro», РНК: методы и протоколы , методы молекулярной биологии, том. 703, Humana Press, стр. 29–41, номер документа : 10.1007/978-1-59745-248-9_3 , ISBN. 978-1-59745-248-9 , PMID 21125481 , S2CID 26196836
^ Мейер, Мелани; Маскида, Бенуа (2014), Вальдсих, Кристина (редактор), «Оптимизация цис-действующего 5'-молотого рибозима для транскрипции высокоструктурированных РНК in vitro», Сворачивание РНК: методы и протоколы , методы молекулярной биологии, том. 1086, Humana Press, стр. 21–40, номер документа : 10.1007/978-1-62703-667-2_2 , ISBN. 978-1-62703-667-2 , PMID 24136596

Дальнейшее чтение

Яшке А (2008). «Рецензия на книгу: Рибозимы и катализ РНК. Под редакцией Дэвида М. Дж. Лилли и Фрица Экстайна». Angewandte Chemie, международное издание . 47 (45): 8558–9. дои : 10.1002/anie.200885598 .
Доэрти Э.А., Дудна Дж.А. (2001). «Рибозимные структуры и механизмы». Ежегодный обзор биофизики и биомолекулярной структуры . 30 : 457–75. doi : 10.1146/annurev.biophys.30.1.457 . ПМИД 11441810 .
Виссер СМ (1984). «Эволюция биокатализа 1. Возможные катализаторы РНК с прегенетическим кодом, которые представляют собой собственную репликазу». Истоки жизни . 14 (1–4): 291–300. Бибкод : 1984OrLi...14..291В . дои : 10.1007/BF00933670 . ПМИД 6205343 . S2CID 31409366 . Эволюционный взгляд на катализ РНК

Внешние ссылки

Лаборатории, работающие над характеристикой ветвящегося рибозима GIR1:
- Лаборатория Хенрика Нильсена [1]
- Эрика Вестхофа Лаборатория [2]. Архивировано 24 июля 2009 г. в Wayback Machine.
- Лаборатория Стейнара Йохансена [3]
РНК-катализ
Страница ветвящегося рибозима GIR1 в Rfam

[1] Йохансен С., Эйнвик С., Нильсен Х. (сентябрь 2002 г.). «DiGIR1 и NaGIR1: встречающиеся в природе рибозимы группы I с уникальной основной организацией и эволюционировавшей биологической ролью». Биохимия . 84 (9): 905–12. дои : 10.1016/S0300-9084(02)01443-8 . ПМИД 12458083 .

[pmid8124711-2] Перейти обратно: ^а ^б Йохансен С., Фогт В.М. (февраль 1994 г.). «Интрон в ядерной рибосомальной ДНК Didymium iridis кодирует рибозим группы I и новый рибозим, которые участвуют в самосплайсинге». Клетка . 76 (4): 725–34. дои : 10.1016/0092-8674(94)90511-8 . ПМИД 8124711 . S2CID 45868519 .

[pmid16141078-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Нильсен Х., Вестхоф Э., Йохансен С. (сентябрь 2005 г.). «МРНК увенчана 2', 5'-лариатом, катализируемым рибозимом, подобным группе I». Наука . 309 (5740): 1584–7. Бибкод : 2005Sci...309.1584N . дои : 10.1126/science.1113645 . ПМИД 16141078 . S2CID 37002071 .

[pmid12444968-4] Перейти обратно: ^а ^б Вейдер А., Йохансен С., Нильсен Х. (декабрь 2002 г.). «Рибозим DiGIR1, подобный группе I, опосредует альтернативный процессинг транскриптов пре-рРНК у Didymium iridis» . Европейский журнал биохимии . 269 (23): 5804–12. дои : 10.1046/j.1432-1033.2002.03283.x . ПМИД 12444968 .

[5] Вейдер А., Нильсен Х., Йохансен С. (февраль 1999 г.). «Экспрессия in vivo ядрышковой эндонуклеазы I-dirI, кодируемой интроном группы I, включает удаление сплайсосомного интрона» . Журнал ЭМБО . 18 (4): 1003–13. дои : 10.1093/emboj/18.4.1003 . ПМК 1171192 . ПМИД 10022842 .

[EMBO-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Беккерт Б., Нильсен Х., Эйнвик С., Йохансен С.Д., Вестхоф Э., Маскида Б. (февраль 2008 г.). «Молекулярное моделирование ветвящегося рибозима GIR1 дает новое понимание эволюции структурно родственных рибозимов» . Журнал ЭМБО . 27 (4): 667–78. дои : 10.1038/emboj.2008.4 . ПМК 2219692 . ПМИД 18219270 .

[7] Мейер, М.; Нильсен, Х.; Ольерик, В.; Роблин, П.; Йохансен, SD; Вестхоф, Э.; Маскида, Б. (27 мая 2014 г.). «Видование группы I интрона в лариат, закрывающий рибозим» . Труды Национальной академии наук . 111 (21): 7659–7664. Бибкод : 2014PNAS..111.7659M . дои : 10.1073/pnas.1322248111 . ISSN 0027-8424 . ПМК 4040574 . ПМИД 24821772 .

[8] Беккерт, Бертран; Маскида, Бенуа (2011), Нильсен, Хенрик (редактор), «Синтез РНК путем транскрипции in vitro», РНК: методы и протоколы , методы молекулярной биологии, том. 703, Humana Press, стр. 29–41, номер документа : 10.1007/978-1-59745-248-9_3 , ISBN. 978-1-59745-248-9 , PMID 21125481 , S2CID 26196836

[9] Мейер, Мелани; Маскида, Бенуа (2014), Вальдсих, Кристина (редактор), «Оптимизация цис-действующего 5'-молотого рибозима для транскрипции высокоструктурированных РНК in vitro», Сворачивание РНК: методы и протоколы , методы молекулярной биологии, том. 1086, Humana Press, стр. 21–40, номер документа : 10.1007/978-1-62703-667-2_2 , ISBN. 978-1-62703-667-2 , PMID 24136596

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]