Кэпирующий фермент
| мРНК гуанилилтрансфераза | |||
|---|---|---|---|
 | |||
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 2.7.7.50 | ||
| Номер CAS. | 56941-23-2 | ||
| Базы данных | |||
| ИнтЭнк | вид IntEnz | ||
| БРЕНДА | БРЕНДА запись | ||
| Экспаси | Просмотр NiceZyme | ||
| КЕГГ | КЕГГ запись | ||
| МетаЦик | метаболический путь | ||
| ПРЯМОЙ | профиль | ||
| PDB Структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||
| |||
Кэпирующий фермент (КЭ) — это фермент , который катализирует прикрепление 5'-кэпа к молекулам информационной РНК , которые находятся в процессе синтеза в ядре клетки на первых стадиях экспрессии гена . Добавление кэпа происходит котранскрипционно , после того как растущая молекула РНК содержит всего 25 нуклеотидов . Ферментативная реакция специфически катализируется фосфорилированным карбоксильным концевым доменом (CTD) РНК-полимеразы II . Таким образом, 5'-кэп специфичен для РНК, синтезируемых этой полимеразой, а не для РНК, синтезируемых РНК-полимеразой I или РНК-полимеразой III . Пре-мРНК претерпевает ряд модификаций - 5'-кэпирование, сплайсинг и 3'- полиаденилирование, прежде чем стать зрелой мРНК, которая покидает ядро для трансляции в функциональные белки, и кэпирование 5'-конца является первой из этих модификаций. Три фермента: РНК-трифосфатаза , гуанилилтрансфераза (или CE) и метилтрансфераза участвуют в добавлении метилированного 5'-кэпа к мРНК.
Формирование шапки
[ редактировать ]
Кэпирование представляет собой трехэтапный процесс, в котором используются ферменты РНК-трифосфатаза, гуанилилтрансфераза и метилтрансфераза. [ 1 ] [ 2 ] В ходе серии из трех этапов кэп добавляется к 5'-гидроксильной группе первого нуклеотида растущей цепи мРНК , пока транскрипция все еще происходит. [ 1 ] [ 3 ] Сначала РНК-5'-трифосфатаза гидролизует 5'-трифосфатную группу с образованием дифосфат-РНК. Затем добавление GMP с помощью гуанилилтрансферазы приводит к образованию гуанозинового кэпа. Наконец, РНК-метилтрансфераза переносит метильную группу на гуанозиновый кэп, образуя 7-метилгуанозиновый кэп, который прикрепляется к 5'-концу транскрипта. [ 1 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] Эти три фермента, которые вместе называются кэп-ферментами, способны катализировать соответствующие реакции только при присоединении к РНК-полимеразе II, ферменту, необходимому для транскрипции ДНК в пре-мРНК. Когда образуется этот комплекс РНК-полимеразы II и кэпирующих ферментов, кэпирующие ферменты могут добавлять кэп к мРНК, пока она продуцируется РНК-полимеразой II. [ 6 ]
Функция
[ редактировать ]
Эукариотическая РНК должна претерпеть ряд модификаций, чтобы быть экспортированной из ядра и успешно транслироваться в функциональные белки, многие из которых зависят от кэпирования мРНК, что является первой модификацией мРНК. [ 6 ] [ 7 ] 5'-кэпирование необходимо для стабильности мРНК, усиления процессинга мРНК, экспорта и трансляции мРНК. [ 1 ] [ 7 ] [ 8 ] После успешного кэпирования дополнительное событие фосфорилирования инициирует рекрутирование механизмов, необходимых для сплайсинга РНК, процесса, посредством которого интроны удаляются с образованием зрелой мРНК. [ 6 ] Добавление кэпа к мРНК обеспечивает защиту транскрипта от экзонуклеаз, которые разрушают незащищенную РНК и способствуют процессу ядерного экспорта, так что мРНК может транслироваться с образованием белков. [ 1 ] Функция 5'-кэпа важна для окончательной экспрессии РНК. [ 1 ]
Структура
[ редактировать ]Кэпирующий фермент является частью ковалентных нуклеотидилтрансфераз суперсемейства , которое также включает ДНК-лигазы и РНК-лигазы . [ 7 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] Ферменты этого суперсемейства имеют следующие общие черты:
- Консервативные области, известные как мотивы I, II, III, IIIa, IV, V и VI, которые расположены в одном и том же порядке и на одинаковом расстоянии. [ 7 ] [ 9 ] [ 11 ]
- Лизин - содержащий мотив KxDG (мотив I) [ 7 ] [ 9 ]
- Ковалентное промежуточное соединение лизил - NMP [ 7 ] [ 9 ]
Кэпирующий фермент состоит из двух доменов : домена нуклеотидилтрансферазы (NTase) и домена, связывающего С-концевой олигонуклеотид (OB). [ 7 ] [ 10 ] Домен NTase, консервативный в кэпирующих ферментах, ДНК и РНК-лигазах, состоит из 5 мотивов: I, III, IIIa, IV и V. [ 7 ] [ 10 ] Мотив I или KxDG представляет собой активный сайт, где образуется ковалентный промежуточный продукт (лизил)-N-GMP. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 11 ] И NTase, и OB домены претерпевают конформационные изменения, которые способствуют реакции кэпирования. [ 10 ]
Кэпирующие ферменты находятся ядре эукариотических в клеток . [ 8 ] [ 12 ] В зависимости от организма кэпирующий фермент представляет собой монофункциональный или бифункциональный полипептид . [ 4 ] [ 5 ] Гуанилилтрансферазы (Ceg1) Saccharomyces cerevisiae кодируются геном CEG1 и состоят из 459 аминокислот (53 кДа). [ 4 ] [ 13 ] из 549 аминокислот РНК-трифосфатаза (Cet1) представляет собой отдельный полипептид (80 кДа), кодируемый геном CET1 . [ 4 ] [ 13 ] [ 14 ] Человеческий кэпирующий фермент является примером бифункционального полипептида, который имеет как трифосфатазный (N-концевой), так и гуанилилтрансферазный (С-концевой) домены. [ 15 ] [ 16 ] человека Гуанилилтрансферазный домен мРНК кэп-фермента состоит из семи спиралей и пятнадцати β-цепей , которые сгруппированы в три, пять и семь нитей, расположенных в виде антипараллельных β-листов . [ 15 ] Структура фермента состоит из трех субдоменов: шарнира, основания и крышки. [ 15 ] Сайт связывания GTP расположен между шарнирным и базовым доменом. [ 15 ] Домен крышки определяет конформацию щели активного сайта , которая состоит из сайта связывания GTP, фосфоамида, связывающего лизин, и окружающих остатков. [ 15 ] Домен гуанилилтрансферазы связан с доменом трифосфатазы посредством гибкой петлевой структуры из 25 аминокислот. [ 15 ]
Влияние активности фермента
[ редактировать ]Сплайсинг зависит от присутствия 7-метилгуанозинового кэпа. Дефект сплайсинга может возникнуть в результате мутации гуанилилтрансферазы , которая может ингибировать активность фермента, предотвращая образование кэпа. Однако тяжесть эффекта зависит от мутации гуанилилтрансферазы. [ 1 ] Кроме того, гуанилилтрансфераза ослабляет репрессию транскрипции, опосредованную NELF . [ 1 ] [ 17 ] NELF вместе с DSIF предотвращает элонгацию транскрипции. [ 1 ] [ 5 ] Таким образом, мутации фермента могут влиять на элонгацию транскрипции. [ 1 ]
См. также
[ редактировать ]- Сплайсинг РНК
- мРНК (гуанин-N7-)-метилтрансфераза
- Посттранскрипционная модификация
- Перевод (биология)
- Рибосома
- Транскрипция
- РНК-полимераза II
- Эукариотическая транскрипция
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Коулинг В.Х. (декабрь 2009 г.). «Регуляция кэп-метилирования мРНК» . Биохимический журнал . 425 (2): 295–302. дои : 10.1042/BJ20091352 . ПМЦ 2825737 . ПМИД 20025612 .
- ^ Мандал СС, Чу С., Вада Т., Ханда Х., Шаткин А.Дж., Рейнберг Д. (май 2004 г.). «Функциональные взаимодействия РНК-кэпирующего фермента с факторами, которые положительно и отрицательно регулируют выход промотора с помощью РНК-полимеразы II» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (20): 7572–7. Бибкод : 2004PNAS..101.7572M . дои : 10.1073/pnas.0401493101 . ПМК 419647 . ПМИД 15136722 .
- ^ Jump up to: а б Фабрега С., Хаусманн С., Шен В., Шуман С., Лима К.Д. (январь 2004 г.). «Структура и механизм метилтрансферазы кэпа мРНК (гуанин-N7)» . Молекулярная клетка . 13 (1): 77–89. дои : 10.1016/s1097-2765(03)00522-7 . ПМИД 14731396 .
- ^ Jump up to: а б с д Хо СК, Шрисканда В., Маккракен С., Бентли Д., Швер Б., Шуман С. (апрель 1998 г.). «Гуанилилтрансферазный домен кэпирующего фермента мРНК млекопитающих связывается с фосфорилированным карбоксильным концевым доменом РНК-полимеразы II» . Журнал биологической химии . 273 (16): 9577–85. дои : 10.1074/jbc.273.16.9577 . ПМИД 9545288 .
- ^ Jump up to: а б с Ким Х.Дж., Чон Ш., Хо Дж.Х., Чон С.Дж., Ким С.Т., Юн Х.Д., Хан Дж.В., Ли Х.В., Чо Э.Дж. (июль 2004 г.). «Активность фермента, кэпирующего мРНК, связана с ранней элонгацией транскрипции» . Молекулярная и клеточная биология . 24 (14): 6184–93. дои : 10.1128/MCB.24.14.6184-6193.2004 . ПМК 434235 . ПМИД 15226422 .
- ^ Jump up to: а б с Уотсон Дж. (8 апреля 2014 г.). Молекулярная биология гена . Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лабораторное издательство Колд-Спринг-Харбор. стр. 429–455. ISBN 9780321762436 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Гош А., Лима, CD (июль – август 2010 г.). «Энзимология синтеза РНК-кэпа» . Междисциплинарные обзоры Wiley: РНК . 1 (1): 152–72. дои : 10.1002/wrna.19 . ПМЦ 3962952 . ПМИД 21956912 .
- ^ Jump up to: а б с Вэнь Ю, Юэ З, Шаткин А.Дж. (октябрь 1998 г.). «Кэпирующий фермент млекопитающих связывает РНК и использует механизм протеинтирозинфосфатазы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (21): 12226–31. Бибкод : 1998PNAS...9512226W . дои : 10.1073/pnas.95.21.12226 . ПМК 22813 . ПМИД 9770468 .
- ^ Jump up to: а б с д и Шуман С., Швер Б. (август 1995 г.). «Фермент, кэпирующий РНК, и ДНК-лигаза: суперсемейство ковалентных нуклеотидилтрансфераз» . Молекулярная микробиология . 17 (3): 405–10. doi : 10.1111/j.1365-2958.1995.mmi_17030405.x . ПМИД 8559059 .
- ^ Jump up to: а б с д Гу М., Раджашанкар К.Р., Лима CD (февраль 2010 г.). «Структура укупорочного аппарата мРНК Saccharomyces cerevisiae Cet1-Ceg1» . Структура . 18 (2): 216–27. дои : 10.1016/j.str.2009.12.009 . ПМЦ 2877398 . ПМИД 20159466 .
- ^ Jump up to: а б с Ван С.П., Дэн Л., Хо С.К., Шуман С. (сентябрь 1997 г.). «Филогения ферментов, кэпирующих мРНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 94 (18): 9573–8. Бибкод : 1997PNAS...94.9573W . дои : 10.1073/pnas.94.18.9573 . ПМК 23221 . ПМИД 9275164 .
- ^ "O60942 (MCE1_ЧЕЛОВЕК)" .
- ^ Jump up to: а б Чо Э.Дж., Такаги Т., Мур Ч.Р., Буратовски С. (декабрь 1997 г.). «Фермент, кэпирующий мРНК, рекрутируется в транскрипционный комплекс путем фосфорилирования карбокси-концевого домена РНК-полимеразы II» . Гены и развитие . 11 (24): 3319–26. дои : 10.1101/gad.11.24.3319 . ПМК 316800 . ПМИД 9407025 .
- ^ Сибагаки Ю., Ито Н., Ямада Х., Нагата С., Мизумото К. (май 1992 г.). «Фермент, кэпирующий мРНК. Выделение и характеристика гена, кодирующего субъединицу мРНК гуанилилтрансферазы из Saccharomyces cerevisiae» . Журнал биологической химии . 267 (14): 9521–8. дои : 10.1016/S0021-9258(19)50122-3 . ПМИД 1315757 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Чу С., Дас К., Тымински-младший, Бауман Дж.Д., Гуань Р., Цю В., Монтелионе Г.Т., Арнольд Э., Шаткин А.Дж. (июнь 2011 г.). «Структура гуанилилтрансферазного домена фермента, кэпирующего мРНК человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (25): 10104–8. Бибкод : 2011PNAS..10810104C . дои : 10.1073/pnas.1106610108 . ПМК 3121809 . ПМИД 21636784 .
- ^ Крамер П., Среброу А., Каденер С., Вербах С., де ла Мата М., Мелен Г., Ногес Г., Корнблихтт А.Р. (июнь 2001 г.). «Координация между транскрипцией и процессингом пре-мРНК» . Письма ФЭБС . 498 (2–3): 179–82. дои : 10.1016/s0014-5793(01)02485-1 . hdl : 20.500.12110/paper_00145793_v498_n2-3_p179_Cramer . ПМИД 11412852 .
- ^ Канеко С., Чу С., Шаткин А.Дж., Мэнли Дж.Л. (ноябрь 2007 г.). «Человеческий кэпирующий фермент способствует образованию транскрипционных R-петлей in vitro» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (45): 17620–5. Бибкод : 2007PNAS..10417620K . дои : 10.1073/pnas.0708866104 . ПМК 2077024 . ПМИД 17978174 .