Фтористый рибопереключатель
| crcB мотив РНК | |
|---|---|
 Консенсусная вторичная структура crcB РНК | |
| Идентификаторы | |
| Символ | crcB РНК |
| Рфам | RF01734 |
| Другие данные | |
| РНК Тип | Цис-рег ; рибопереключатель |
| Домен(ы) | Прокариота |
| PDB Структуры | ПДБе |
Фтористый рибопереключатель (ранее называвшийся crcB мотивом РНК ) представляет собой консервативную структуру РНК , выявленную биоинформатикой у широкого спектра бактерий и архей . [ 1 ] Позже было показано, что эти РНК функционируют как рибопереключатели , воспринимающие фтора ионы . [ 2 ] Эти «фторидные рибопереключатели» увеличивают экспрессию нижестоящих генов при повышении уровня фторида, и предполагается, что эти гены помогают смягчить токсические эффекты очень высоких уровней фторида.
Предполагается, что многие гены регулируются этими фторидными рибопереключателями. Два наиболее распространенных белка кодируют белки, которые, как предполагается, функционируют путем удаления фторида из клетки. Эти белки представляют собой белки CrcB и фторид-специфичный подтип хлоридных каналов, называемый EriC. Ф или ClC Ф . КлК Ф Было показано, что белки функционируют как фторид-специфичные антипортеры фторида/ протона . [ 3 ]
Трехмерная структура фторидного рибопереключателя была решена с атомным разрешением с помощью рентгеновской кристаллографии. [ 4 ]
Фторидные рибопереключатели обнаружены у многих организмов в доменах бактерий и архей , что указывает на то, что многие из этих организмов иногда сталкиваются с повышенными уровнями фторида. Особый интерес представляет Streptococcus mutans , основная причина кариеса зубов . Было показано, что фторид натрия ингибирует скорость роста S. mutans, используя глюкозу в качестве источника энергии и углерода. [ 5 ] Однако примечательно также, что многие организмы, которые не сталкиваются с фторидом во рту человека, несут фторидные рибопереключатели или гены устойчивости.
Открытие фторидного рибопереключателя
[ редактировать ]Идентичность фторида как лиганда рибопереключателя была случайно обнаружена, когда соединение, загрязненное фторидом, вызвало значительные конформационные изменения в некодирующем мотиве РНК crcB во время поточного зондирующего эксперимента. [ 2 ] In-line зондирование использовали для освещения вторичной структуры мотива РНК crcB и структурных изменений, связанных с возможным связыванием со специфическими метаболитами или ионами. [ 6 ] Результаты зондирования показали, что добавление увеличивающихся концентраций фторид-ионов подавляло определенные области спонтанного расщепления РНК и усиливало другие области. Эти нуклеотидные области в мотиве РНК crcB играют важную роль в области связывания аптамера для фторида. [ 2 ]
При связывании ионов фтора фторидный рибопереключатель обеспечивает регуляцию последующей транскрипции генов. [ 2 ] Эти нижестоящие гены транскрибируют чувствительные к фтору ферменты. [ 2 ] такие как енолаза , пирофосфатаза , предполагаемый экспортер фторида CrcB и суперсемейство мембранных белков CLC под названием Eric Ф белки. [ 3 ] КЛК Ф Было показано, что белки действуют как переносчики фторида, предотвращая токсичность фторида. [ 3 ] Эрик Ф Ген представляет собой мутантную версию гена хлоридного канала, который реже встречается у бактерий, чем хлорид -специфичные гомологи , но, тем не менее, обнаруживается в геноме Streptococcus mutans . [ 7 ] Эрик Ф В частности, белок несет в своих каналах определенные аминокислоты, которые нацелены на анионы фтора, тогда как обычный белок Eric предпочитает хлорид ионам фтора. [ 2 ]
Структура фторидного рибопереключателя
[ редактировать ]
Открытие фторид-рибопереключателя было неожиданным, поскольку и фторид-ионы, и фосфатные группы crcB РНК заряжены отрицательно и не должны быть способны связываться друг с другом. [ 2 ] Предыдущие исследования столкнулись с этим вопросом при выяснении рибопереключателя кофактора тиаминпирофосфата (TPP). В структуре рибопереключателя TPP участвуют два гидратированных Mg. 2+ ионы, способствующие стабилизации связи между фосфатами ТПП и гуаниновыми основаниями РНК. [ 8 ] [ 9 ] Это руководящее исследование помогает охарактеризовать взаимодействие фторидного рибопереключателя с фторидом и его структуру. Путем поточного зондирования и мутационных исследований было установлено, что фторидный рибопереключатель организма Thermotoga Petrophila имеет два спиральных стебля, соединенных спиральной петлей, способной образовывать псевдоузлы . [ 10 ] Обнаружено, что связанный фторидный лиганд расположен в центре складки рибопереключателя, окруженной тремя Mg. 2+ ионы. мг 2+ Ионы октаэдрически координированы с пятью фосфатами внешней основной цепи и молекулами воды, образующими специфический для метаболита карман для координации связывания фторидного лиганда. Размещение Мг. 2+ Ионы позиционируют ион фтора в отрицательно заряженный каркас РНК crcB . [ 10 ]
Биологическое значение
[ редактировать ]
В земной коре фторид является 13-м по распространенности элементом. [ 2 ] Он обычно используется в продуктах для ухода за полостью рта и воде. [ 2 ] Фторид действует как укрепляющий агент на основе эмали зубов, реминерализуя и защищая их от агрессивных кислот и бактерий в полости рта. [ 11 ] Кроме того, его значение заключается в токсичности фторида в высоких концентрациях для бактерий, особенно вызывающих кариес . Давно известно, что многие виды содержат сенсорную систему для токсичных металлов, таких как кадмий и серебро. [ 2 ] Однако сенсорная система против фторида осталась неизвестной. Фторидный рибопереключатель объясняет механизм защиты бактерий в противодействии токсичности высоких концентраций фторида путем регулирования нижестоящих генов рибопереключателя при связывании фторидного лиганда. [ 2 ] Дальнейшее выяснение механизма защиты бактерий от токсичности фторида может помочь изменить этот механизм, чтобы сделать меньшие концентрации фторида еще более смертоносными для бактерий. Кроме того, фторид-рибопереключатель и нижестоящие регулируемые гены могут стать потенциальными мишенями для разработки лекарств в будущем. В целом, эти достижения помогут сделать фторид и будущие лекарства сильными защитниками от заболеваний полости рта.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Вайнберг З., Ван Дж. Х., Бог Дж. и др. (март 2010 г.). «Сравнительная геномика выявила 104 кандидата в структурированные РНК из бактерий, архей и их метагеномов» . Геном Биол . 11 (3): С31. дои : 10.1186/gb-2010-11-3-r31 . ПМЦ 2864571 . ПМИД 20230605 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к Бейкер Дж.Л., Сударсан Н., Вайнберг З. и др. (январь 2012 г.). «Распространенные генетические переключатели и белки, устойчивые к токсичности фторида» . Наука . 335 (6065): 233–235. дои : 10.1126/science.1215063 . ПМК 4140402 . ПМИД 22194412 .
- ^ Jump up to: а б с Стокбридж, РБ; Лим ХХ; Оттен Р; Уильямс С; Шейн Т; Вайнберг З; Миллер С. (18 сентября 2012 г.). «Устойчивость к фториду и транспорт с помощью антипортеров CLC, контролируемых рибопереключателями» . Proc Natl Acad Sci США . 109 (38): 15289–15294. дои : 10.1073/pnas.1210896109 . ПМЦ 3458365 . ПМИД 22949689 .
- ^ Рен А., Раджашанкар К.Р., Патель DJ (июнь 2012 г.). «Инкапсуляция ионов фтора ионами Mg2+ и фосфатами во фторидном рибопереключателе» . Природа . 486 (7401): 85–89. дои : 10.1038/nature11152 . ПМЦ 3744881 . ПМИД 22678284 .
- ^ Йост, КГ; ВанДемарк, П.Дж. (май 1978 г.). «Ингибирование роста Streptococcus mutans и Leuconostoc mesenteroides фторидом натрия и ионным оловом» . Прикладная и экологическая микробиология . 35 (5): 920–924. дои : 10.1128/aem.35.5.920-924.1978 . ПМК 242953 . ПМИД 655708 .
- ^ Регульский, Э.Э.; Брейкер Р.Р. (2008). «Линейный зондовый анализ рибопереключателей» . Посттранскрипционная регуляция генов . Методы молекулярной биологии. Том. 419. стр. 53–67 . дои : 10.1007/978-1-59745-033-1_4 . ISBN 978-1-58829-783-9 . ПМИД 18369975 .
- ^ Брейкер, Р.Р. (10 февраля 2012 г.). «Новое понимание реакции бактерий на фторид» . Исследования кариеса . 46 (1): 78–81. дои : 10.1159/000336397 . ПМК 3331882 . ПМИД 22327376 .
- ^ Серганов А; Полонская А; Фан АТ; Выключатель РР; Патель DJ (29 июня 2006 г.). «Структурная основа регуляции генов с помощью тиаминпирофосфат-чувствительного рибопереключателя» . Природа . 441 (7097): 1167–1171. дои : 10.1038/nature04740 . ПМЦ 4689313 . ПМИД 16728979 .
- ^ Тор, С; Лейбундгут М; Бан Н (26 мая 2006 г.). «Структура эукариотического тиаминпирофосфат-рибопереключателя с его регуляторным лигандом» . Наука . 312 (5777): 1208–1211. дои : 10.1126/science.1128451 . ПМИД 16675665 . S2CID 32389251 .
- ^ Jump up to: а б Рен, А; Раджашанкар КР; Патель DJ (13 мая 2012 г.). «Инкапсулирование ионов фтора Mg 2+ ионы и фосфаты во фторидном рибопереключателе» . Nature . 486 (7401): 85–89. : 10.1038 /nature11152 . PMC 3744881. . PMID 22678284 doi
- ^ Вольфганг, Арнольд; Андреас Дороу; Стефани Лангенхорст; Зенон Гинтнер; Джолан Баноци; Питер Генглер (15 июня 2006 г.). «Влияние зубных паст с фтором на деминерализацию эмали» . BMC Здоровье полости рта . 6 (8): 8. дои : 10.1186/1472-6831-6-8 . ПМЦ 1543617 . ПМИД 16776820 .