Рибозим-сестра Твистера

Твистер-сестра
Твистер-сестра
	Консенсусная вторичная структура и сохранение последовательности Twister_sister_ribozyme
Идентификаторы
Символ	Твистер-сестра
Рфам	RF02681
Другие данные
РНК Тип	Джин ; Рибозим
ИДТИ	ИДТИ: 0003824
ТАК	ТАК: 0000374
PDB Структуры	ПДБе

Сестринский рибозим твистера (TS) представляет собой структуру РНК, которая катализирует собственное расщепление в определенном сайте. Другими словами, это саморасщепляющийся рибозим . Рибозим-сестра твистера был открыт с помощью стратегии биоинформатики. ^{[ 1 ]} как РНК, связанная с генами, связанными с рибозимами Twister и Hammerhead, или RAGATH .

Сестринский рибозим твистера имеет возможное структурное сходство с рибозимами твистера . ^{[ 1 ]} Были отмечены некоторые поразительные сходства, но также и удивительные различия, такие как отсутствие двух взаимодействий псевдоузлов в рибозиме твистера. ^{[ 1 ]} Точная природа структурных взаимоотношений между твистером и сестринскими рибозимами твистера, если таковые имеются, не определена.

Открытие

Рибозим-сестра твистера был обнаружен в результате биоинформационного поиска. ^{[ 1 ]} В этом исследовании был проведен поиск консервативных структур РНК рядом с известными рибозимами твистер и молот-головка, а также с некоторыми генами, кодирующими белки, на основании того факта, что многие рибозимы расположены рядом друг с другом и рядом с этими генетическими фрагментами. Позже они проверили активность саморасщепления 15 консервативных мотивов РНК, обнаруженных в этих регионах. 3 из 15 мотивов РНК проявили активность саморасщепления: сестринский рибозим твистера, рибозим пистолета и рибозим топорика . ^{[ 1 ]}

Структура

Кристаллические структуры прекаталитического состояния сестринских рибозимов твистера были решены двумя исследовательскими группами независимо.

Структура сестринского рибозима твистера с трехсторонним соединением состоит из двух коаксиально уложенных друг на друга спиральных участков, соединенных трехсторонним соединением и двумя третичными контактами. ^{[ 2 ]} Активный центр, расщепляющийся фосфат, расположен в петле квазиспирального характера в одной коаксиальной спирали со стопкой оснований. Пять ионов двухвалентных металлов координируются с лигандами РНК, один из которых непосредственно связан с C 54 O2' вблизи расщепляющегося фосфата и обменивает молекулы воды внутренней сферы с лигандами РНК. ^{[ 2 ]}

Кристаллическая структура сестринского рибозима с четырехсторонним соединением отличается от трехсторонней структуры с точки зрения дальнодействующего взаимодействия и структуры активного центра. ^{[ 3 ]} Активный центр сестринского твистера с четырехсторонним соединением раздвигается в результате взаимодействия между гуанином и разрезаемым фосфатом. Кроме того, в этом рибозиме имеется семь ионов двухвалентных металлов. ^{[ 3 ]}

Пока нам известна только прекаталитическая конформация сестринских рибозимов твистера. Понимание переходного состояния необходимо для объяснения взаимосвязи между рибозимом твистер и сестринским рибозимом твистер, а также структурных различий активного сайта между сестринскими рибозимами твистера с трехсторонними и четырехсторонними соединениями.

Каталитический механизм

Обычно нуклеолитические рибозимы расщепляют специфическую фосфодиэфирную связь по механизму SN2 . O2' действует как нуклеофил, атакуя соседний P, а O5' действует как уходящая группа. Каталитическими продуктами являются циклический 2',3'-фосфат и 5'-гидроксил. ^{[ 4 ]}

Каталитическая активность твистера-сестры увеличивается с ростом pH и зависит от иона двухвалентного металла. Скорость расщепления увеличивается в 10 раз с каждым увеличением pH на единицу и достигает плато вблизи pH 7. ^{[ 2 ]} что указывает на то, что 2-гидроксильная группа цитидина вблизи активного центра полностью депротонирована при pH 7 в рибозиме. Однако структурная основа каталитической активности все еще исследуется.

Сестра трехстороннего соединительного твистера представляет собой металлофермент. Вода внутренней сферы иона двухвалентного металла, связанного с C 54 O2', действует как обычное основание для депротонирования 2-гидроксильной группы, что делает его более сильным нуклеофилом, но основная кислота, которая может стабилизировать уходящую группу оксианиона, остается неизвестной. ^{[ 2 ]} Этот механизм подтверждается экспоненциальной корреляцией между каталитической активностью и pKa гидратированного иона металла.

Что касается сестры твистера с четырехсторонним соединением, Рен и его коллеги обнаружили, что гуанин с аминогруппой, вероятно, будет играть роль в катализе, поскольку мутации G5 приводят к очень низкой каталитической активности. Однако остается неясным, участвует ли гуанин непосредственно в катализе, поскольку он не является абсолютно консервативным. Было обнаружено, что образование псевдоузла для четырехстороннего соединительного ТС связано с высоким содержанием Mg. ²⁺ зависит от проведения экспериментов по SHAPE (селективное-2'-гидроксил-ацилирование, анализируемое с помощью удлинения праймера). ^{[ 5 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Вайнберг З., Ким П.Б., Чен Т.Х., Ли С., Харрис К.А., Люнсе CE, Брейкер Р.Р. (август 2015 г.). «Новые классы саморасщепляющихся рибозимов, выявленные методом сравнительного геномного анализа» . Химическая биология природы . 11 (8): 606–10. дои : 10.1038/nchembio.1846 . ПМК 4509812 . ПМИД 26167874 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Лю Ю, Уилсон Т.Дж., Лилли Д.М. (май 2017 г.). «Структура нуклеолитического рибозима, в котором используется каталитический ион металла» . Химическая биология природы . 13 (5): 508–513. дои : 10.1038/nchembio.2333 . ПМЦ 5392355 . ПМИД 28263963 .
^ Jump up to: ^а ^б Чжэн Л., Майрхофер Э., Теплова М., Чжан Ю., Ма Дж., Патель Дж., Микура Р., Рен А. (октябрь 2017 г.). «Структурное понимание саморасщепления с помощью четырехстороннего соединительного рибозима твистер-сестра» . Природные коммуникации . 8 (1): 1180. Бибкод : 2017NatCo...8.1180Z . дои : 10.1038/s41467-017-01276-y . ПМК 5660989 . ПМИД 29081514 .
^ Рен А., Микура Р., Патель DJ (декабрь 2017 г.). «Структурно-механистическое понимание катализа небольшими саморасщепляющимися рибозимами» . Современное мнение в области химической биологии . 41 : 71–83. дои : 10.1016/j.cbpa.2017.09.017 . ПМЦ 7955703 . ПМИД 29107885 .
^ Гассер С., Гебетсбергер Дж., Гебетсбергер М., Микура Р. (август 2018 г.). «Зондирование SHAPE демонстрирует Mg2+-зависимое сворачивание небольших саморасщепляющихся рибозимов» . Исследования нуклеиновых кислот . 46 (14): 6983–6995. дои : 10.1093/nar/gky555 . ПМК 6101554 . ПМИД 29924364 .

[WeinbergKim2015-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Вайнберг З., Ким П.Б., Чен Т.Х., Ли С., Харрис К.А., Люнсе CE, Брейкер Р.Р. (август 2015 г.). «Новые классы саморасщепляющихся рибозимов, выявленные методом сравнительного геномного анализа» . Химическая биология природы . 11 (8): 606–10. дои : 10.1038/nchembio.1846 . ПМК 4509812 . ПМИД 26167874 .

[:0-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Лю Ю, Уилсон Т.Дж., Лилли Д.М. (май 2017 г.). «Структура нуклеолитического рибозима, в котором используется каталитический ион металла» . Химическая биология природы . 13 (5): 508–513. дои : 10.1038/nchembio.2333 . ПМЦ 5392355 . ПМИД 28263963 .

[:1-3] Jump up to: ^а ^б Чжэн Л., Майрхофер Э., Теплова М., Чжан Ю., Ма Дж., Патель Дж., Микура Р., Рен А. (октябрь 2017 г.). «Структурное понимание саморасщепления с помощью четырехстороннего соединительного рибозима твистер-сестра» . Природные коммуникации . 8 (1): 1180. Бибкод : 2017NatCo...8.1180Z . дои : 10.1038/s41467-017-01276-y . ПМК 5660989 . ПМИД 29081514 .

[4] Рен А., Микура Р., Патель DJ (декабрь 2017 г.). «Структурно-механистическое понимание катализа небольшими саморасщепляющимися рибозимами» . Современное мнение в области химической биологии . 41 : 71–83. дои : 10.1016/j.cbpa.2017.09.017 . ПМЦ 7955703 . ПМИД 29107885 .

[5] Гассер С., Гебетсбергер Дж., Гебетсбергер М., Микура Р. (август 2018 г.). «Зондирование SHAPE демонстрирует Mg2+-зависимое сворачивание небольших саморасщепляющихся рибозимов» . Исследования нуклеиновых кислот . 46 (14): 6983–6995. дои : 10.1093/nar/gky555 . ПМК 6101554 . ПМИД 29924364 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]