Фторид рибосвитч
| CRCB РНК -мотив | |
|---|---|
 Консенсусная вторичная структура CRCB RNA | |
| Идентификаторы | |
| Символ | CRCB РНК |
| RFAM | RF01734 |
| Другие данные | |
| РНК тип | Cis-reg ; Рибосвитч |
| Домен (ы) | Прокарио |
| PDB Структуры | PDBE |
Фторид рибосвитч (ранее называемый CRCB РНК -мотивом ) представляет собой консервативную структуру РНК, идентифицированную биоинформатикой в широком спектре бактерий и археи . [ 1 ] Позже было показано, что эти РНК функционируют как рибосвитчи , которые чувствуют фторидные ионы . [ 2 ] Эти «фторидные рибосвитчи» увеличивают экспрессию нижестоящих генов, когда уровни фтора повышены, и предлагается гены, помогающие смягчить токсические эффекты очень высоких уровней фторида.
Предполагается, что многие гены регулируются этими фторидными рибосвичами. Два наиболее распространенных белка кодирования, которые предлагаются функционировать путем удаления фторида из клетки. Эти белки представляют собой белки CRCB и фторид-специфический подтип хлоридных каналов, называемых Eric Фон или clc Фон Полем CLC Фон Было показано, что белки функционируют как специфичные для фторида фторид/ протонные антипортеры. [ 3 ]
Трехмерная структура фторида рибосвитча была решена при атомном разрешении с помощью рентгеновской кристаллографии. [ 4 ]
Фторидные переключатели обнаруживаются во многих организмах внутри доменов бактерий и археи , что указывает на то, что многие из этих организмов иногда сталкиваются с повышенными уровнями фтора. Особый интерес представляет Streptococcus mutans , основная причина стоматологического кариеса . Было показано, что фторид натрия ингибировал скорость роста S. mutans, используя глюкозу в качестве источника энергии и углерода. [ 5 ] Однако также следует отметить, что многие организмы, которые не сталкиваются с фторидом во рту человека, несут фторидные переключатели или гены устойчивости.
Открытие фторида рибосвич
[ редактировать ]Идентичность фторида в качестве лиганда рибосвитча была случайно обнаружена, когда соединение, загрязненное фторидом, вызывало значительные конформационные изменения в некодирующем мотива РНК CRCB во время линейного зондирования. [ 2 ] В линейных зондировании использовалось для освещения вторичной структуры мотива РНК CRCB и структурных изменений, связанных с возможным связыванием с специфическими метаболитами или ионами. [ 6 ] Результаты зондирования показали добавление увеличивающихся концентраций ионов фторида, подавляющих определенные области спонтанного расщепления РНК и усиления других областей. Эти нуклеотидные области в мотиве РНК CRCB играют важную роль в области связывания аптамеров для фторида. [ 2 ]
После связывания ионов фторида фторид рибосвитч показал регуляцию транскрипции нижнего гена. [ 2 ] Эти нижестоящие гены транскрибируют чувствительные к фториду ферменты [ 2 ] такие как энолаза , пирофосфатаза , предполагаемый экспортер фторида CRCB и суперсемейство мембранных белков CLC, называемого ERIC Фон белки. [ 3 ] CLC Фон Было показано, что белки функционируют как транспортеры фторида против токсичности фтора. [ 3 ] Эрик Фон Ген является мутантной версией гена хлоридного канала, которая менее распространена у бактерий, чем хлорида специфичные для гомологи, , но, тем не менее, обнаруживается в геноме Streptococcus mutans . [ 7 ] Эрик Фон В частности, белок несет специфические аминокислоты в своих каналах, которые нацелены на фторидные анионы, тогда как обычный белок ERIC предпочитал хлорид над ионами фтора. [ 2 ]
Фторидная структура рибосвитча
[ редактировать ]
Обнаружение фторида рибосвитча было удивительным, поскольку и ионы фторида, и РНК -фосфатные группы CRCB негативно заряжены и не должны иметь возможность связываться друг с другом. [ 2 ] Предыдущие исследования натолкнулись на этот вопрос, выясняя кофактор тиамино -пирофосфат (TPP) рибосвитч. Структура RIBOSWITCH TPP показала помощь двух гидратированных MG 2+ ионы, которые помогают стабилизировать связь между фосфатами ТПП и гуанинами основы РНК. [ 8 ] [ 9 ] Это руководящее исследование помогает охарактеризовать собственное взаимодействие Frotoride Riboswitch с фторидом и его структурой. Благодаря линейным исследованиям и мутационным исследованиям, как известно, фторид рибосвитч термотоги организма Петрофила имеет два спиральных стебля, прилегающих к спиральной петле с способностью стать псевдокинтом . [ 10 ] Обнаружено, что связанный фторидный лиганд расположен в центре сгиба рибосвитча, заключенного на три мг. 2+ ионы Mg 2+ Ионы октаэдрически координируются с пятью наружными фосфатами овлажных целей и молекулами воды, что делает специфический карман метаболита для координации фторидного лиганда для связывания. Размещение Mg 2+ Ионы позиционируют ион фторида в негативно заряженную каркас RNA CRCB . [ 10 ]
Биологическое значение
[ редактировать ]
В коре Земли фторид является 13 -м наиболее распространенным элементом. [ 2 ] Он обычно используется в средствах здравоохранения полости рта и воде. [ 2 ] Фторид действует как закапывающее средство с эмалью на зубах, реминерализация и защита их от суровых кислот и бактерий в полости рта. [ 11 ] Кроме того, его значение заключается в влиянии токсичности фторида при высоких концентрациях на бактерии, особенно те, которые вызывают кариес зубов . Давно известно, что многие виды инкапсулируют сенсорную систему для токсичных металлов, таких как кадмий и серебро. [ 2 ] Однако датчика против фторида оставалась неизвестной. Фторид рибосвитч выясняет бактериальный механизм защиты при противодействии токсичности высоких концентраций фторида путем регулирования нижестоящих генов рибосвитча при связывании фторидного лиганда. [ 2 ] Дальнейшее выяснение механизма того, как бактерии защищают себя от токсичности фторида, может помочь изменить механизм, чтобы сделать меньшие концентрации фторида еще более летальными для бактерий. Кроме того, фторидный рибосвитч и регулируемые нижестоящие гены могут быть потенциальными мишенями для развития лекарств в будущем. В целом, эти достижения помогут сделать фторид и будущие лекарства сильными защитниками от заболевания полости рта.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Weinberg Z, Wang JX, Bogue J, et al. (Март 2010 г.). «Сравнительная геномика выявляет 104 кандидата структурированных РНК из бактерий, археи и их метагеномов» . Геном биол . 11 (3): R31. doi : 10.1186/gb-2010-11-3-r31 . PMC 2864571 . PMID 20230605 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Дж k Baker JL, Sudarsan N, Weinberg Z, et al. (Январь 2012 г.). «Широко распространенные генетические переключатели и белки устойчивости к токсичности для фторида» . Наука . 335 (6065): 233–235. doi : 10.1126/science.1215063 . PMC 4140402 . PMID 22194412 .
- ^ Jump up to: а беременный в Stockbridge, RB; Lim HH; Otten r; Уильямс С; Шейн Т; Вайнберг Z; Миллер С (18 сентября 2012 г.). «Устойчивость к фториду и транспорт с помощью контролируемых рибосвич-антипортерами CLC» . Proc Natl Acad Sci USA . 109 (38): 15289–15294. doi : 10.1073/pnas.1210896109 . PMC 3458365 . PMID 22949689 .
- ^ Рен А., Раджашанкар К.Р., Патель Диджей (июнь 2012 г.). «Инкапсуляция фторида ионами MG2+ и фосфатами в фторидном рибосвитче» . Природа . 486 (7401): 85–89. doi : 10.1038/nature11152 . PMC 3744881 . PMID 22678284 .
- ^ Йост, кг; Vandemark, PJ (май 1978 г.). «Ингибирование роста Streptococcus mutans и Leuconostoc Mesenteroides фторидом натрия и ионной олова» . Прикладная и экологическая микробиология . 35 (5): 920–924. doi : 10.1128/aem.35.5.920-924.1978 . PMC 242953 . PMID 655708 .
- ^ Regulski, Ee; Breaker RR (2008). «Построенный анализ RIBOSWITCH» . Посттранскрипционная регуляция генов . Методы в молекулярной биологии. Тол. 419. С. 53–67 . doi : 10.1007/978-1-59745-033-1_4 . ISBN 978-1-58829-783-9 Полем PMID 18369975 .
- ^ Breaker, RR (10 февраля 2012 г.). «Новое понимание реакции бактерий на фторид» . Кариесу исследования . 46 (1): 78–81. doi : 10.1159/000336397 . PMC 3331882 . PMID 22327376 .
- ^ Серганов, а; Polonskaia a; Фан в; Breaker RR; Patel DJ (29 июня 2006 г.). «Структурная основа для регуляции генов с помощью рибосвитча, вызывающего тиамин пирофосфат» . Природа . 441 (7097): 1167–1171. doi : 10.1038/nature04740 . PMC 4689313 . PMID 16728979 .
- ^ Thore, s; Лейбундгут М; Запрет (26 мая 2006 г.). «Структура эукариотического тиамина пирофосфата рибосвитча с его регуляторным лигандом» . Наука . 312 (5777): 1208–1211. doi : 10.1126/science.1128451 . PMID 16675665 . S2CID 32389251 .
- ^ Jump up to: а беременный Рен, а; Раджашанкар Кр; Patel DJ (13 мая 2012 г.). "Ионная инкапсуляция фторида Mg 2+ Ионы и фосфаты в фториде рибосвич » . Nature . 486 (7401): 85–89. : 10.1038 /Nature11152 . PMC 3744881. . PMID 22678284 DOI
- ^ Вольфганг, Арнольд; Андреас Дороу; Стефани Лангенхорст; Зено Гинтнер; Джолан Баноцизи; Питер Гаенглер (15 июня 2006 г.). «Влияние фторидных зубных пастов на эмалевую деминерализацию» . BMC Health . 6 (8): 8. doi : 10.1186/1472-6831-6-8 . PMC 1543617 . PMID 16776820 .