Пуриновый рибопереключатель
| Пуриновый рибопереключатель | |
|---|---|
 Предсказанная вторичная структура и сохранение последовательности пурина | |
| Идентификаторы | |
| Символ | Пуриновый |
| Рфам | RF00167 |
| Другие данные | |
| РНК Тип | Цис-рег ; рибопереключатель |
| Домен(ы) | Бактерии |
| ТАК | ТАК: 0000035 |
| PDB Структуры | ПДБе |
Пуриновый рибопереключатель представляет собой последовательность рибонуклеотидов в определенной информационной РНК (мРНК), которая избирательно связывается с пуриновыми лигандами через природный аптамерный домен. [ 1 ] Это связывание вызывает конформационные изменения в мРНК, которые могут влиять на трансляцию, открывая платформу экспрессии для нижестоящего гена или формируя завершающую трансляцию стволовую петлю . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Конечные эффекты такой трансляционной регуляции часто направлены на управление избытком пурина и могут производить белки, которые облегчают метаболизм пуринов или мембранное поглощение пуринов. [ 5 ]
Свойства привязки
[ редактировать ]Пуриновые рибопереключатели связываются со своими пуриновыми лигандами посредством взаимодействий в трехстороннем соединении, образованном соединительной спиралью P1 и шпилечными спиралями P2 и P3. [ 3 ] Ассоциации, которые образует пурин, когда он находится внутри этого связывающего кармана, стабилизируют трехстороннее соединение и поддерживают связанную с лигандом конформацию молекулы мРНК. [ 6 ] Пуриновый рибопереключатель может насыщаться при концентрациях всего 5 нМ, что отражает необходимость экспрессии генов, чтобы быстро и динамично реагировать на изменения концентрации пурина. [ 7 ]
Несмотря на относительное сходство пуринсвязывающего аптамерного домена у разных пуриновых рибопереключателей, один связывающий карман все же может дискриминировать один тип пуринового лиганда с высокой селективностью. [ 7 ] Критическим для этой чувствительности является единственное различие во вторичной структуре рибонуклеотидов: было обнаружено, что в положении 74 аптамерного домена превращение цитозина в урацил меняет аптамер с чувствительного к гуанину на чувствительный к аденину , и наоборот. . [ 7 ] Такое преобразование обусловлено способностью нуклеотида в положении 74 образовывать пару оснований Уотсона-Крика с лигандом в связывающем кармане, а также соответствующей способностью цитозина и урацила образовывать преимущественно водородные связи с гуанином или аденином. [ 7 ]
Аденин Рибопереключатель
[ редактировать ]
Аденин-рибопереключатель избирательно распознает аденин и содержит урацил -рибонуклеотид в положении 74 аденин-связывающего аптамерного домена. Некоторые из наиболее часто исследуемых случаев этого рибопереключателя подробно описаны ниже.
добавлять
[ редактировать ]Ген add кодирует аденозиндезаминазу , а аденинрибопереключатель, расположенный выше, открывает стартовый кодон гена и последовательность Шайна-Дальгарно, когда аденин присутствует в связывающем кармане. [ 6 ] Такое поведение облегчает трансляцию аденозиндезаминазы, и, таким образом, добавление аденозинового рибопереключателя способствует метаболическому механизму отрицательной обратной связи , который регулирует количество аденина, присутствующего в системе.
Конформационные изменения, связывающие лиганды
[ редактировать ]Рибопереключатель с добавлением аденина продемонстрировал три различные стабильные конформации в присутствии аденина. [ 6 ] Будучи несвязанной с аденином, последовательность мРНК преобразуется между двумя различными нетранслируемыми конформациями, одна из которых способна принимать аденин в связывающий карман и соответствовать форме мРНК, связанной с аденином. [ 6 ] Этот трехэтапный механизм совершенно отличается от стандартного двухэтапного объяснения действия рибопереключателя, которое предполагает одно состояние со связанностью лиганда и одно состояние без связи с лигандом. Эта механистическая уникальность добавленного аденинового рибопереключателя может служить преимуществом для таких организмов, как Vibrio vulnificus , чьи разнообразные среды обитания требуют особенно тонкой метаболической чувствительности к широкому спектру условий окружающей среды.
На рисунке справа показан заполненный пробелами рисунок несвязанного состояния (слева, из файла PDB 5e54) и состояния со связанным аденином (справа, из файла PDB 5swe). Часть, окрашенная в розовый цвет, образует полную спираль РНК А-формы в связанной форме, а желтая часть меняет положение.
Магний и температурная зависимость
[ редактировать ]При более высоких температурах конверсия между различными конформациями несвязанного аденинового рибопереключателя благоприятствует форме, которая способна принимать аденин в свой связывающий карман. [ 6 ] Более высокие температуры также способствуют преобразованию этого несвязанного рибопереключателя в связанную с аденином конформацию, открытую для стартовой последовательности. [ 6 ] Концентрация ионов магния влияет только на последнее из этих конформационных изменений и способствует связыванию аденина с рибопереключателем. [ 6 ] Сочетание этих эффектов способствует более контролируемой трансляции адд - гена при более низких температурах: взятие части несвязанного рибопереключателя и лишение его возможности связывать аденин увеличивает чувствительность оставшейся части к магнию. [ 6 ]
пбуЕ
[ редактировать ]Ген pbuE пуриновых оснований кодирует насос оттока . Связывание аденина с адениновым рибопереключателем pbuE разрушает структуру ствола терминатора , который блокировал доступ к платформе экспрессии генов. [ 3 ] Таким образом, избыток аденина может спровоцировать процесс оттока аденина из клетки.
Конформационные изменения, связывающие лиганды
[ редактировать ]В отличие от адденинового рибопереключателя, адениновый рибопереключатель pbuE , по-видимому, существует в одной из двух стабильных конформаций. Связывание аденина вызывает образование антитерминатора, что позволяет завершить транскрипцию. [ 3 ] В отсутствие аденина аптамерный домен рибопереключателя вместо этого связывается с платформой экспрессии рибопереключателя, что приводит к терминации транскрипции. [ 3 ]
Гуанин Рибопереключатель
[ редактировать ]
Гуанин-рибопереключатель избирательно распознает гуанин и содержит цитозиновый рибонуклеотид в положении 74 гуанин-связывающего аптамерного домена. Один из наиболее часто исследуемых случаев этого рибопереключателя подробно описан ниже.
xpt
[ редактировать ]Ген xpt кодирует специфический белок ксантинфосфорибозилтрансфераза , который участвует в пуриновом обмене. В отличие от гена add или гена pbuE , связывание лиганда с гуаниновым рибопереключателем xpt служит выключателем трансляции. [ 8 ] Аптамер гуанинового рибопереключателя xpt стабилизируется гуанином таким образом, что позволяет рибопереключателю легче связывать магний, что вызывает сворачивание мРНК, в результате чего ген xpt перестает транслироваться. [ 9 ]
Практическая полезность
[ редактировать ]Как и другие рибопереключатели , пуриновые рибопереключатели обнаруживаются в пятиначальной нетранслируемой области (5'-UTR) прокариотической мРНК. [ 5 ] Поскольку функция этой области важна для бактериального метаболизма, пуриновые рибопереключатели представляют собой потенциально полезную мишень для лекарств. [ 10 ] Более того, пуриновый рибопереключатель на данный момент является единственным рибопереключателем, который был мутирован, чтобы реагировать на неприродные лиганды, что открывает возможности для использования рибопереключателей в качестве новых инструментов экспрессии генов. [ 11 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мандал, М; Бозе Б; Баррик Дж.Э.; Винклер туалет; Брейкер Р.Р. (2003). «Рибопереключатели контролируют фундаментальные биохимические пути в Bacillus subtilis и других бактериях» . Клетка . 113 (5): 577–586. дои : 10.1016/S0092-8674(03)00391-X . ПМИД 12787499 .
- ^ Мандал, М; Брейкер Р.Р. (2004). «Адениновые рибопереключатели и активация генов путем разрушения терминатора транскрипции». Nat Struct Мол Биол . 11 (1): 29–35. дои : 10.1038/nsmb710 . ПМИД 14718920 . S2CID 13287755 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Тирумалай, Д; Лин Дж (2008). «Относительная стабильность спиралей определяет складчатый ландшафт аптамеров аденин-рибопереключателя». Журнал Американского химического общества . 130 (43): 14080–14081. дои : 10.1021/ja8063638 . ПМИД 18828635 .
- ^ Бэти, RT; Гилберт С.Д.; Монтанж РК (2004). «Структура природного рибопереключателя, реагирующего на гуанин, в комплексе с метаболитом гипоксантином». Природа . 432 (7015): 411–415. Бибкод : 2004Natur.432..411B . дои : 10.1038/nature03037 . ПМИД 15549109 . S2CID 2462025 .
- ^ Перейти обратно: а б Сенгупта, С; Сингх, П. (2012). «Филогенетический анализ и сравнительная геномика распределения пуриновых рибопереключателей у прокариот» . Эволюционная биоинформатика . 8 : 589–609. дои : 10.4137/EBO.S10048 . ПМЦ 3499989 . ПМИД 23170063 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Рейнинг, Анке; Нозинович, Сенада; Шлепков, Кай; Бур, Флориан; Фюртиг, Борис; Швальбе, Харальд (2013). «Механизм трех состояний соединяет лиганд и измерение температуры в рибопереключателях». Природа . 499 (7458): 355–360. Бибкод : 2013Natur.499..355R . дои : 10.1038/nature12378 . ПМИД 23842498 . S2CID 4414719 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Серганов А, Юань Ю.Р., Пиковская О, Полонская А, Малинина Л, Фан А.Т., Хобартнер С., Микура Р., Брейкер Р.Р., Патель DJ (2004). «Структурная основа дискриминационной регуляции экспрессии генов с помощью мРНК, чувствительных к аденину и гуанину» . Хим Биол . 11 (12): 1729–1741. doi : 10.1016/j.chembiol.2004.11.018 . ПМЦ 4692365 . ПМИД 15610857 .
- ^ Швальбе, Х; Вакер А; Бак Дж; Рихтер С; Вонерт Дж (2011). «Структура и динамика дезоксигуанозин-чувствительного рибопереключателя, изученного методом ЯМР-спектроскопии» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (15): 6802–6812. дои : 10.1093/nar/gkr238 . ПМК 3159443 . ПМИД 21576236 .
- ^ Сильверман, С; Бреннер, доктор медицинских наук; Сканлан МС; ахас МК; Ха Т (2010). «Мультивекторный флуоресцентный анализ аптамерного домена гуанина-рибопереключателя xpt и конформационная роль гуанина» . Биохимия . 49 (8): 1596–1605. дои : 10.1021/bi9019912 . ПМЦ 2854158 . ПМИД 20108980 .
- ^ Сильверман, Ричард (2004). Органическая химия создания лекарств и их применения . Эльзевир Академик Пресс. ISBN 978-0-12-643732-4 .
- ^ Диксон Н., Дункан Дж.Н. и др. (январь 2010 г.). «Реинжиниринг ортогонально селективных рибопереключателей» (PDF) . ПНАС . 107 (7): 2830–2835. Бибкод : 2010PNAS..107.2830D . дои : 10.1073/pnas.0911209107 . ПМЦ 2840279 . ПМИД 20133756 .