Рибонуклеаза Е
| Рибонуклеаза Е | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Номер ЕС. | 3.1.26.12 | ||
| Номер CAS. | 76106-82-6 | ||
| 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 | ||
| |||
Рибонуклеаза Е — бактериальная рибонуклеаза , которая участвует в процессинге рибосомальной РНК (от 9S до 5S рРНК) и химической деградации основной массы клеточной РНК.
Клеточная локализация
[ редактировать ]Было высказано предположение, что РНКаза E является частью белкового комплекса клеточной мембраны, поскольку она оседает в рибосомах и неочищенных мембранах. Микроскопия выявила локализацию меченой РНКазы Е на внутренней цитоплазматической мембране или спиральной цитоскелетной структуре, тесно связанной с внутренним слоем.
Структура белка
[ редактировать ]Этот фермент содержит 1061 остаток и разделен на две отдельные функциональные области: большой домен, расположенный на 5'N-конце, и небольшой домен, расположенный на 3'С-конце. [1] В то время как N-концевая половина образует каталитический домен, C-концевая половина образует деградосому. [2] область строительных лесов. Металлосвязывающий карман разделяет их в середине структуры белка РНКазы Е. [3] Хотя образование деградосом не играет ключевой роли в росте E. coli, [4] [5] [6] Было обнаружено, что удаление C-концевой половины снижает скорость распада некоторых субстратов РНКазы E. [7] [8]
Рибонуклеаза Е функционирует в тетрамерной конформации, которая содержит четыре субъединицы, связанные друг с другом, образуя структуру, похожую на две ножницы, соединенные в области ручки. Лезвие ножниц выполнено из большого домена, а ручка — из малого домена. В каталитическом сайте большого домена имеется четыре субдомена, которые включают субдомен РНКазы H, субдомен ДНКазы I, субдомен S1 и 5'-чувствительную область. Эти четыре субъединицы подразделяются на основе их функции и сходства с гомологичными структурными складками. РНКаза H расположена в начале N-конца и названа в честь семейства эндорибонуклеаз РНКазы H, поскольку они имеют схожую структуру; однако РНКаза H выполняет структурную функцию, а не каталитическую, поскольку у нее отсутствует остаток в активном центре. [9] [10] Затем субдомен S1 и 5'-чувствительная область имплантируются в H-складку РНКазы. Домен РНКазы E S1 имеет OB-складку, в которой гибкие петли прикреплены к хорошо упорядоченному пятицепочечному ядру β-цилиндра . [11] В рибонуклеазе E домен S1 не только способствует образованию тетрамерной четвертичной структуры путем димеризации, но также служит сайтом связывания субстрата, облегчая гидролиз РНК каталитическими доменами внутри этого тетрамерного фермента. [12] [11] С субдоменом S1 5'-чувствительная область действует как сайт связывания субстрата, который помогает стабилизировать молекулу РНК-мишени на одной субъединице, чтобы другая субъединица в димере могла расщеплять интересующую РНК. [11] 5'-чувствительная область расположена на расстоянии от каталитического сайта, который находится в субдомене ДНКазы I. Последним субдоменом каталитического сайта РНКазы E является ДНКаза I, названная в честь ее конформационного сходства со структурой эндонуклеазы, расщепляющей двухцепочечную ДНК. [9] В рибонуклеазе E субдомен ДНКазы I самодополняется, доминируя над интерфейсом димера. [10] [11] Кроме того, существует два сайта связывания ионов магния, которые опосредуют расщепление путем гидролитической атаки основной цепи РНК, и два сайта связывания ионов цинка, которые помогают стабилизировать димер, состоящий из двух субъединиц. [3]
Функция
[ редактировать ]Эндорибонуклеаза Е Escherichia coli оказывает существенное влияние на экспрессию генов. Он необходим не только для созревания рибосомальной РНК (рРНК) и транспортной РНК (тРНК), но также для быстрой деградации информационной РНК. [13] (мРНК) путем реакции гидролиза .
При созревании предшественника рРНК субстратом для процессинга являются не голые РНК, а несколько неполные, немодифицированные комплексы пре-рРНК-рибосомальный белок. Как пре -16S , так и пре- 23S рРНК вырезаются из первичного комплекса РНК-белок с помощью РНКазы III , которая активирует последующие этапы созревания рРНК путем образования 5'-монофосфорилированных продуктов расщепления. РНКаза Е дополнительно укорачивает 17S предшественник 16S рРНК . Это действие помогает облегчить 5'-созревание рРНК под действием РНКазы G. [14] и сделайте два расщепления, чтобы удалить пре-5S рРНК. В случае тРНК примерно 50 из 86 видов тРНК в E. coli нуждаются в РНКазе Е. Рибонуклеаза Е расщепляет тРНК -содержащие первичные транскрипты на 3'-конце тРНК. Эти расщепления служат для разделения отдельных предшественников тРНК и отделения тРНК от мРНК или терминаторных последовательностей. Основная функция рибонуклеазы Е заключается в расщеплении участка за пределами зрелого 3'-конца, обеспечивая доступ 3'-экзонуклеаз. [15] [16]
При деградации мРНК рибонуклеаза Е распознает и расщепляет одноцепочечную РНК в участках, богатых А и U. [9] Каталитический домен РНКазы Е избирательно связывается с 5'-монофосфатными концами РНК, но имеет способ расщепления в направлении от 3' к 5'. РНКаза Е может идентифицировать сайты расщепления с помощью механизма сканирования от 3' до 5'. [17] Якорь РНКазы Е на 5'-монофосфорилированном конце этих субстратов ориентирует фермент на направленное расщепление, которое происходит в процессивном режиме. В отсутствие РНК субдомен S1 и 5'-чувствительный сайт РНКазы E подвергаются воздействию окружающего растворителя, что позволяет РНК легко связываться. В присутствии РНК целевая РНК связывается с объединенным субдоменом S1 и 5'-сенсором в открытой конфигурации. РНК закрепляется главным образом за счет аффинности связывания 5'-сенсора и ориентируется с помощью гидрофобного участка поверхности на субдомене S1. В то время как субдомен S1 действует для ориентации молекулы, 5'-чувствительный карман, вероятно, вносит значительный вклад в аффинность связывания субстрата. Эти два сайта удерживают РНК, в то время как субдомен слияния 5/S1 перемещается как единый комплекс в закрытую конфигурацию. Это приближает субстрат к каталитическому участку , где гидроксильная группа атакует фосфатный остов посредством реакции нуклеофильной атаки. Этот ответ опосредован ионом магния. Когда интересующая РНК расщепляется, продукты реакции в конечном итоге высвобождаются, поскольку РНКаза Е возвращается в открытую конфигурацию. Кроме того, РНКаза Е может саморегулироваться, при этом мРНК рибонуклеазы Е служит сенсором общей клеточной активности РНКазы Е и, таким образом, ограничивает активность РНКазы Е из-за доступности субстратов и изменения скорости роста. [2]
Сравнение рибонуклеазы Е E. coli и других организмов
[ редактировать ]На основании выравнивания последовательностей различных бактерий, коррелирующих с рибонуклеазой E Escherichia coli , оказывается, что около 70% последовательностей высококонсервативны в начале последовательностей и плохо консервативны к концу последовательностей. При сравнении последовательностей пяти других организмов с последовательностями рибонуклеазы E выясняется, что большинство последовательностей имеют одни и те же остатки на N-конце, поскольку член семейства рибонуклеаз E/G обладает одинаковой гидролизной функцией. [10] Другими словами, большой каталитический домен члена семейства рибонуклеаз E/G практически одинаков. Напротив, небольшой структурный домен, расположенный на С-конце , различается у разных организмов, поскольку малый домен содержит структурную последовательность, которая служит основой для других ферментов. [3] [10] Например, рибонуклеаза E, присутствующая в Cedecea davisae, произошла от гена S3JYP0. [18] При наблюдении за структурой рибонуклеазы E у Cedecea davisae каталитический домен содержит мотив S1, расположенный в остатке 31–119 последовательности, и сайт связывания металла, расположенный в остатке 404–407 в последовательностях, которые находятся в том же положении, что и S1. домен и металл-связывающий домен РНКазы Е Escherichia coli . [18]
Эволюционная история
[ редактировать ]Семейство белков рибонуклеаз (РНКаз), участвующих в основном в метаболизме РНК , играющих важную роль в созревании РНК, обмене концов РНК и деградации аберрантных РНК или видов с истекшим сроком годности в клетке. [19] они подразделяются на экзорибонуклеазы и эндорибонуклеазы В зависимости от их деградирующей активности . Рибонуклеаза Е (РНКаза Е) первоначально была обнаружена как эндорибонуклеаза из штамма Escherichia coli K12. На основании анализа последовательности ДНК было предсказано, что ортологи РНКазы E E. coli существуют среди десятков эволюционно различных видов бактерий. В E. coli фермент рибонуклеаза Е играет важную роль в контроле жизнеспособности клеток путем регулирования метаболизма РНК, например, распада большинства мРНК, и активации процессинга пре-тРНК. [20] Помимо деградационной функции, РНКаза Е необходима для созревания предшественников 5S рибосомальной РНК , тРНК РНКазы и компонента РНК М1 рибозима . [20] [3]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Коэн С.Н., Макдауэлл К.Дж. (март 1997 г.). «РНКаза Е: все еще удивительно загадочный фермент» . Молекулярная микробиология . 23 (6): 1099–106. дои : 10.1111/j.1365-2958.1997.tb02593.x . ПМИД 9106202 .
- ^ Jump up to: а б Ванзо Н.Ф., Ли Ю.С., Ру Б., Блюм Е., Хиггинс К.Ф., Рейнал Л.С. и др. (сентябрь 1998 г.). «Рибонуклеаза Е организует белковые взаимодействия в деградосоме РНК Escherichia coli» . Гены и развитие . 12 (17): 2770–81. дои : 10.1101/gad.12.17.2770 . ПМК 317140 . ПМИД 9732274 .
- ^ Jump up to: а б с д Кословер DJ, Каллаган А.Дж., Маркайда М.Дж., Гарман Э.Ф., Мартик М., Скотт В.Г., Луизи Б.Ф. (август 2008 г.). «Кристаллическая структура апопротеина РНКазы Е Escherichia coli и механизм деградации РНК» . Структура 16 (8): 1238–44. дои : 10.1016/j.str.2008.04.017 . ПМК 2631609 . ПМИД 18682225 .
- ^ Макдауэлл К.Дж., Коэн С.Н. (январь 1996 г.). «N-концевой домен продукта гена rne обладает активностью РНКазы Е и не перекрывается с богатым аргинином РНК-связывающим сайтом» . Журнал молекулярной биологии . 255 (3): 349–55. дои : 10.1006/jmbi.1996.0027 . PMID 8568879 .
- ^ Лопес П.Дж., Маршан И., Джойс С.А., Дрейфус М. (июль 1999 г.). «С-концевая половина РНКазы Е, которая организует деградосому Escherichia coli, участвует в деградации мРНК, но не в процессинге рРНК in vivo» . Молекулярная микробиология . 33 (1): 188–99. дои : 10.1046/j.1365-2958.1999.01465.x . ПМИД 10411735 .
- ^ Оу MC, Лю Ц, Кушнер С.Р. (ноябрь 2000 г.). «Анализ распада мРНК и процессинга рРНК в Escherichia coli в отсутствие сборки деградосом на основе РНКазы E». Молекулярная микробиология . 38 (4): 854–66. дои : 10.1046/j.1365-2958.2000.02186.x . ПМИД 11115119 . S2CID 45425029 .
- ^ Хемичи В., Поляк Л., Тоеска И., Карпусис А.Дж. (май 2005 г.). «Доказательства in vivo того, что РНК-хеликаза DEAD-box RhlB облегчает деградацию мРНК, не содержащей рибосом, с помощью РНКазы E» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (19): 6913–8. Бибкод : 2005PNAS..102.6913K . дои : 10.1073/pnas.0501129102 . ПМК 1100780 . ПМИД 15867149 .
- ^ Морита Т., Кавамото Х., Мизота Т., Инада Т., Айба Х. (ноябрь 2004 г.). «Энолаза в деградосоме РНК играет решающую роль в быстром распаде мРНК транспортера глюкозы в ответ на фосфосахарный стресс в Escherichia coli» . Молекулярная микробиология . 54 (4): 1063–75. дои : 10.1111/j.1365-2958.2004.04329.x . ПМИД 15522087 .
- ^ Jump up to: а б с Каллаган А.Дж., Маркайда М.Дж., Стед Дж.А., Макдауэлл К.Дж., Скотт В.Г., Луизи Б.Ф. (октябрь 2005 г.). «Структура каталитического домена РНКазы E Escherichia coli и влияние на оборот РНК» . Природа . 437 (7062): 1187–91. Бибкод : 2005Natur.437.1187C . дои : 10.1038/nature04084 . ПМИД 16237448 . S2CID 4413278 .
- ^ Jump up to: а б с д Кайм Л., Журдан СС, Макдауэлл К.Дж. (2008). «Глава 12. Идентификация и характеристика субстратов семейства ферментов РНКазы E/G». Оборот РНК в бактериях, археях и органеллах . Методы энзимологии. Том. 447. стр. 215–41. дои : 10.1016/S0076-6879(08)02212-X . ISBN 978-0-12-374377-0 . ПМИД 19161846 .
- ^ Jump up to: а б с д Шуберт М., Эдж Р.Э., Ларио П., Кук М.А., Стринадка Н.К., Маки Г.А., Макинтош Л.П. (июль 2004 г.). «Структурная характеристика домена РНКазы E S1 и идентификация его интерфейсов связывания олигонуклеотидов и димеризации». Журнал молекулярной биологии . 341 (1): 37–54. дои : 10.1016/j.jmb.2004.05.061 . ПМИД 15312761 .
- ^ Каллаган А.Дж., Гроссманн Дж.Г., Редько Ю., Илаг Л.Л., Монкрифф М.К., Симмонс М.Ф. и др. (декабрь 2003 г.). «Четвертичная структура и каталитическая активность аминоконцевого каталитического домена рибонуклеазы E Escherichia coli». Биохимия . 42 (47): 13848–55. дои : 10.1021/bi0351099 . ПМИД 14636052 .
- ^ Стидж Д.А. (август 2000 г.). «Новые особенности распада мРНК у бактерий» . РНК . 6 (8): 1079–90. дои : 10.1017/S1355838200001023 . ПМК 1369983 . ПМИД 10943888 .
- ^ Ли, Чжунвэй; Пандит, Шилпа; Дойчер, Мюррей П. (17 мая 1999 г.). «РНКаза G (белок CafA) и РНКаза E необходимы для 5'-созревания 16S рибосомальной РНК» . Журнал ЭМБО . 18 (10): 2878–2885. дои : 10.1093/emboj/18.10.2878 . ISSN 0261-4189 . ПМЦ 1171368 . ПМИД 10329633 .
- ^ Ой, Мария К.; Кушнер, Сидни Р. (1 мая 2002 г.). «Инициация созревания тРНК с помощью РНКазы E необходима для жизнеспособности клеток E. coli» . Гены и развитие . 16 (9): 1102–1115. дои : 10.1101/gad.983502 . ISSN 0890-9369 . ЧВК 186257 . ПМИД 12000793 .
- ^ Ли, Чжунвэй; Дойчер, Мюррей (1 февраля 2002 г.). «РНКаза Е играет важную роль в созревании предшественников тРНК Escherichia coli» . РНК . 8 (1): 97–109. дои : 10.1017/S1355838202014929 . ПМК 1370232 . ПМИД 11871663 .
- ^ Фэн Ю., Викерс Т.А., Коэн С.Н. (ноябрь 2002 г.). «Каталитический домен РНКазы Е демонстрирует присущую ему направленность от 3’ к 5’ при выборе сайта расщепления» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (23): 14746–51. Бибкод : 2002PNAS...9914746F . дои : 10.1073/pnas.202590899 . ПМК 137490 . ПМИД 12417756 .
- ^ Jump up to: а б Мартинетти Луккини Дж., Альтвегг М. (июль 1992 г.). «Модели рестрикции генов рРНК как таксономические инструменты для рода Aeromonas» . Международный журнал систематической бактериологии . 42 (3): 384–9. дои : 10.1099/00207713-42-3-384 . ПМИД 1380286 .
- ^ Аррайано С.М., Андраде Ж.М., Домингес С., Гиноте И.Б., Малецки М., Матос Р.Г. и др. (сентябрь 2010 г.). «Критическая роль процессинга и деградации РНК в контроле экспрессии генов» . Обзоры микробиологии FEMS . 34 (5): 883–923. дои : 10.1111/j.1574-6976.2010.00242.x . ПМИД 20659169 .
- ^ Jump up to: а б Маки, Джордж А. (2013). «РНКаза E: на стыке процессинга и распада бактериальной РНК». Обзоры природы. Микробиология . 11 (1): 45–57. дои : 10.1038/nrmicro2930 . ISSN 1740-1534 . ПМИД 23241849 . S2CID 8549476 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Рибонуклеаза + E в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
