Интрон группы II
| Каталитический интрон группы II, D5 | |
|---|---|
 полная вторичная структура интрона группы II | |
| Идентификаторы | |
| Символ | Интрон_gpII |
| Рфам | RF00029 |
| Другие данные | |
| PDB Структуры | ПДБе 6цих |
| Дополнительная информация | Запись содержит домен сплайсинга V (D5) и некоторый консенсус 3' к нему. |
| Каталитический интрон группы II, D1-D4 | |
|---|---|
| Идентификаторы | |
| Символ | группа-II-D1D4 |
| Рфам | CL00102 |
| Другие данные | |
| PDB Структуры | ПДБе 4fb0 |
| Дополнительная информация | Запись содержит D1-D4, части с 5' по D5. |
Интроны группы II представляют собой большой класс самокаталитических рибозимов и мобильных генетических элементов, обнаруженных в генах всех трех областей жизни . Активность рибозима (например, самосплайсинг ) может проявляться в условиях высокого содержания соли in vitro . Однако помощь белков необходима для сплайсинга in vivo . [ 1 ] В отличие от интронов группы I , вырезание интрона происходит в отсутствие GTP и включает в себя образование лариата с точкой ветвления А-остатка, очень напоминающей ту, которая обнаруживается в лариатах, образующихся во время сплайсинга ядерной пре-мРНК. Предполагается, что сплайсинг пре-мРНК (см. сплайсосому ) мог произойти из интронов группы II из-за сходного каталитического механизма, а также структурного сходства субструктуры домена V группы II с расширенной мяРНК U6/U2 . [ 2 ] [ 3 ] Наконец, их способность сайт-специфически вставляться в участки ДНК использовалась как инструмент биотехнологии . [ 4 ] Например, интроны группы II могут быть модифицированы для создания сайт-специфических вставок в геном и доставки грузовой ДНК, такой как репортерные гены или lox- сайты. [ 5 ]
Структура и катализ
[ редактировать ]
Вторичная структура интронов группы II характеризуется шестью типичными структурами «стебель-петля», также называемыми доменами от I до VI (от DI до DVI или от D1 до D6). Домены исходят из центрального ядра, которое приближает 5'- и 3'-стыки сплайсинга. Проксимальные спиральные структуры шести доменов соединены несколькими нуклеотидами в центральной области (линкерные или соединительные последовательности). Из-за своего огромного размера домен I был разделен на поддомены a, b, c и d. Были выявлены различия в последовательностях интронов группы II, которые привели к дальнейшему разделению на подгруппы IIA, IIB и IIC, а также различное расстояние выпуклого аденозина в домене VI (предполагаемая точка ветвления, образующая лариат) от 3'-сайта сплайсинга и включение или отсутствие структурных элементов, таких как координационная петля в домене I, которая присутствует в интронах IIB и IIC, но не присутствует в IIA. [ 1 ] Интроны группы II также образуют очень сложную третичную структуру РНК .
Интроны группы II содержат лишь очень мало консервативных нуклеотидов, а нуклеотиды, важные для каталитической функции, распределены по всей структуре интрона. Несколько строго консервативных первичных последовательностей представляют собой консенсус в 5'- и 3'-сайтах сплайсинга (...↓GUGYG&... и ...AY↓..., где Y представляет собой пиримидин ) , некоторые из нуклеотидов центральное ядро (объединяющие последовательности), относительно большое количество нуклеотидов DV и некоторые участки коротких последовательностей DI. Непарный аденозин в DVI (отмечен на рисунке звездочкой и расположен на расстоянии 7 или 8 нт от 3'-сайта сплайсинга) также консервативен и играет центральную роль в процессе сплайсинга. 2'-гидроксил выпуклого аденозина атакует 5'-сайт сплайсинга с последующей нуклеофильной атакой 3'-сайта сплайсинга со стороны 3'-ОН вышестоящего экзона . В результате образуется разветвленный лариат интрона, соединенный 2'-фосфодиэфирной связью у аденозина DVI.
необходим белковый механизм Для сплайсинга in vivo , а дальнодействующие интрон-интронные и интрон-экзонные взаимодействия важны для позиционирования сайта сплайсинга, а также ряда третичных контактов между мотивами, включая взаимодействия поцелующей петли и тетрапетли-рецептора. В 2005 г. А. Де Ленкастр и др. обнаружили, что при сплайсинге интронов группы II все реагенты предварительно организуются еще до начала сплайсинга. Место ветвления, оба экзона, каталитически важные области DV и J2/3 и ε-ε' находятся в непосредственной близости до того, как произойдет первый этап сплайсинга. В дополнение к областям выпуклости и триады AGC в DV, линкерная область J2/3, нуклеотиды ε-ε' и координационная петля в DI имеют решающее значение для архитектуры и функции активного сайта. [ 6 ]
Первая кристаллическая структура интрона группы II была определена в 2008 году для каталитического интрона группы IIC Oceanobacillus iheyensis , а в 2014 году к ней присоединился интрон группы IIB Pylaiellalittoralis (P.li.LSUI2). Были предприняты попытки смоделировать третичную структуру. структуру других интронов группы II, таких как интрон группы IIB ai5γ, с использованием комбинации программ для картирования гомологии на известных структурах и моделирования de novo ранее неразрешенных областей. [ 7 ] Группа IIC характеризуется каталитической триадой, состоящей из CGC, тогда как группа IIA и группа IIB состоят из каталитической триады AGC, которая больше похожа на каталитическую триаду сплайсосомы. Считается, что Группа IIC меньше по размеру, более реактивна и более древняя. Первый этап сплайсинга интрона группы IIC осуществляется водой и образует линейную структуру вместо лариата. [ 8 ]
Распространение и филогения
[ редактировать ]| Домен Х | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | Домен_X | ||
| Пфам | PF01348 | ||
| Пфам Клан | CL0359 | ||
| ИнтерПро | ИПР024937 | ||
| |||
| Интрон группы II, специфичный для матуразы | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | ГИИМ | ||
| Пфам | PF08388 | ||
| Пфам Клан | CL0359 | ||
| ИнтерПро | ИПР013597 | ||
| |||
Интроны группы II обнаружены в рРНК , тРНК и мРНК органелл , а (хлоропластов и митохондрий) грибов , растений и простейших также в мРНК бактерий . Первым интроном, который был идентифицирован как отличный от группы I, был интрон ai5γ группы IIB, который был выделен в 1986 году из транскрипта пре-мРНК окси 3 митохондриального гена Saccharomyces cerevisiae . [ 9 ]
Подмножество интронов группы II кодирует важные белки сплайсинга, известные как интрон-кодируемые белки или IEP, в интронных ORF . В результате длина этих интронов может достигать 3 т.п.н. Сплайсинг происходит почти идентично сплайсингу ядерной пре-мРНК с двумя этапами переэтерификации, при этом в обоих случаях также используются ионы магния для стабилизации уходящей группы на каждом этапе, что привело некоторых к выдвижению теории о филогенетической связи между интронами группы II и ядерной сплайсосомой. Дополнительные доказательства этой связи включают структурное сходство между соединением U2/U6 сплайсосомальной РНК и доменом V интронов группы II, который содержит каталитическую триаду AGC и большую часть сердца активного сайта, а также паритет между консервативными 5' и 3'-концевые последовательности. [ 10 ]
Многие из этих IEP, включая LtrA , имеют общий домен обратной транскриптазы и «домен X». [ 11 ] Матураза К (MatK) представляет собой белок, несколько похожий на белки, кодируемые интронами, обнаруженные в хлоропластах растений. Он необходим для сплайсинга интронов группы II in vivo и может быть обнаружен в интронах хлоропласта или в ядерном геноме. Его домен RT сломан. [ 11 ]
Белковый домен
[ редактировать ]IEP группы II имеют общий консервативный домен, известный как «Домен X» в органеллах или «GIIM» в бактериях, который не встречается в других ретроэлементах. [ 12 ] [ 13 ] Домен X необходим для сплайсинга митохондрий дрожжей. [ 14 ] Этот домен может отвечать за узнавание и связывание интронной РНК. [ 13 ] или ДНК. [ 15 ]
См. также
[ редактировать ]- База данных интронов бактерий II группы
- Интрон
- Место сращивания
- Ядерные интроны
- Интрон I группы
- Интрон группы III
- Твинтрон
- ЛтрА
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Ламбовиц А.М., Циммерли С. (август 2011 г.). «Интроны группы II: мобильные рибозимы, вторгающиеся в ДНК» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (8): а003616. doi : 10.1101/cshperspect.a003616 . ПМК 3140690 . ПМИД 20463000 .
- ^ Ситхараман М., Элдхо Н.В., Пэджетт Р.А., Дэйи К.Т. (февраль 2006 г.). «Структура каталитического эффекторного домена 5 интрона группы II самосплайсинга: параллели со сплайсосомной РНК U6» . РНК . 12 (2): 235–47. дои : 10.1261/rna.2237806 . ПМК 1370903 . ПМИД 16428604 .
- ^ Валадхан С. (май – июнь 2010 г.). «Роль мяРНК в активном сайте сплайсосомы» . Биология РНК . 7 (3): 345–53. дои : 10.4161/rna.7.3.12089 . ПМИД 20458185 .
- ^ Карберг М., Го Х., Чжун Дж., Кун Р., Перутка Дж., Ламбовиц А.М. (декабрь 2001 г.). «Интроны группы II как управляемые векторы, нацеленные на гены, для генетических манипуляций с бактериями». Нат Биотехнология . 19 (12): 1162–7. дои : 10.1038/nbt1201-1162 . ПМИД 11731786 . S2CID 18669663 .
- ^ Серизи Т., Ростейн В., Чхун А., Бутар М., Саланубат М., Толонен А.С. (декабрь 2019 г.). «Таргетрон-рекомбиназная система для крупномасштабной геномной инженерии клостридий» . мСфера . 4 (6): e00710-19. дои : 10.1128/mSphere.00710-19 . ПМК 6908422 . ПМИД 31826971 .
- ^ де Ленкастр А., Хэмилл С., Пайл А.М. (июль 2005 г.). «Единая область активного сайта для интрона группы II». Структурная и молекулярная биология природы . 12 (7): 626–7. дои : 10.1038/nsmb957 . ПМИД 15980867 . S2CID 27639877 .
- ^ Сомаровту С., Легевич М., Китинг К.С., Пайл А.М. (февраль 2014 г.). «Визуализация интрона ai5γ группы IIB» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (3): 1947–58. дои : 10.1093/нар/gkt1051 . ПМЦ 3919574 . ПМИД 24203709 .
- ^ Китинг К.С., Тор Н., Перлман П.С., Пайл А.М. (январь 2010 г.). «Структурный анализ активного центра интрона группы II и последствия для сплайсосомы» . РНК . 16 (1): 1–9. дои : 10.1261/rna.1791310 . ПМК 2802019 . ПМИД 19948765 .
- ^ Пиблз К.Л., Перлман П.С., Мекленбург К.Л., Петрилло М.Л., Табор Дж.Х., Джаррелл К.А., Ченг Х.Л. (январь 1986 г.). «Самосплайсинг РНК вырезает лариат интрона». Клетка . 44 (2): 213–23. дои : 10.1016/0092-8674(86)90755-5 . ПМИД 3510741 . S2CID 42307152 .
- ^ Гордон П.М., Сонтхаймер Э.Дж., Пиччирилли Дж.А. (февраль 2000 г.). «Катализ ионов металлов на этапе лигирования экзонов при сплайсинге ядерной пре-мРНК: расширение параллелей между сплайсосомой и интронами группы II» . РНК . 6 (2): 199–205. дои : 10.1017/S1355838200992069 . ПМК 1369906 . ПМИД 10688359 .
- ^ Jump up to: а б Алерт Д., Пипенбург К., Кудла Дж., Бок Р. (июль 2006 г.). «Эволюционное происхождение интрона растительной митохондриальной группы II от предка, кодирующего обратную транскриптазу / матуразу». Журнал исследований растений . 119 (4): 363–71. Бибкод : 2006JPlR..119..363A . дои : 10.1007/s10265-006-0284-0 . ПМИД 16763758 . S2CID 8277547 .
- ^ Мор Г., Перлман П.С., Ламбовиц А.М. (ноябрь 1993 г.). «Эволюционные взаимоотношения между белками, кодируемыми интронами группы II, и идентификация консервативного домена, который может быть связан с функцией матуразы» . Исследования нуклеиновых кислот . 21 (22): 4991–7. дои : 10.1093/нар/21.22.4991 . ПМК 310608 . ПМИД 8255751 .
- ^ Jump up to: а б Центрон Д., Рой П.Х. (май 2002 г.). «Наличие интрона группы II в мультирезистентном штамме Serratia marcescens, который содержит три интегрона и новое слияние генов» . Антимикробные средства и химиотерапия . 46 (5): 1402–9. doi : 10.1128/AAC.46.5.1402-1409.2002 . ПМК 127176 . ПМИД 11959575 .
- ^ Моран Дж.В., Мекленбург К.Л., Сасс П., Белчер С.М., Манке Д., Левин А., Перлман П. (июнь 1994 г.). «Сплайсинг дефектных мутантов гена COXI митохондриальной ДНК дрожжей: первоначальное определение матуразного домена интрона II группы II» . Исследования нуклеиновых кислот . 22 (11): 2057–64. дои : 10.1093/нар/22.11.2057 . ПМК 308121 . ПМИД 8029012 .
- ^ Го Х, Циммерли С., Перлман П.С., Ламбовиц А.М. (ноябрь 1997 г.). «Интронные эндонуклеазы группы II используют как РНК, так и белковые субъединицы для распознавания специфических последовательностей в двухцепочечной ДНК» . Журнал ЭМБО . 16 (22): 6835–48. дои : 10.1093/emboj/16.22.6835 . ПМК 1170287 . ПМИД 9362497 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Бонен Л., Фогель Дж. (июнь 2001 г.). «Все тонкости интронов группы II». Тенденции в генетике . 17 (6): 322–31. дои : 10.1016/S0168-9525(01)02324-1 . ПМИД 11377794 .
- Чу В.Т., Адамиди С., Лю К., Перлман П.С., Пайл А.М. (декабрь 2001 г.). «Контроль выбора сайта ветвления интроном группы II» . Журнал ЭМБО . 20 (23): 6866–76. дои : 10.1093/emboj/20.23.6866 . ПМК 125754 . ПМИД 11726522 .
- Леманн К., Шмидт У (2003). «Интроны группы II: структура и каталитическая универсальность крупных природных рибозимов». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 38 (3): 249–303. дои : 10.1080/713609236 . ПМИД 12870716 . S2CID 20944113 .
- Мишель Ф., Умесоно К., Озэки Х (октябрь 1989 г.). «Сравнительная и функциональная анатомия каталитических интронов группы II - обзор». Джин . 82 (1): 5–30. дои : 10.1016/0378-1119(89)90026-7 . ПМИД 2684776 .