Комплекс обезглавливания мРНК представляет собой белковый комплекс в эукариотических клетках, ответственный за удаление 5'-кэпа . [1] Активный фермент decapping комплекса является двулопастным семейством Nudix фермента Dcp2 , который гидролизует 5' крышек и освобождают 7mGDP и 5'-монофосфат мРНК. [1] Эта декапированная мРНК ингибируется для трансляции и будет расщепляться экзонуклеазами . [2] Основной комплекс декапирования сохраняется у эукариот. Dcp2 активируется Decapping Protein 1 (Dcp1) и у высших эукариот присоединяется к каркасному белку VCS. [3]Вместе со многими другими вспомогательными белками, декапирующий комплекс собирается в Р-тельца в цитоплазме .
Назначение комплекса декапирования
мРНК должна быть разрушена, иначе она будет продолжать плавать вокруг клетки и произвольно создавать нежелательные белки. 5'-кэп мРНК специально разработан для предотвращения разложения мРНК до того, как ее можно будет использовать, поэтому ее необходимо удалить, чтобы об этом позаботился путь распада мРНК. [4]
Механизм снятия крышки
Dcp2 - это белок, который фактически удаляет мРНК, а остальные белки в комплексе усиливают его функцию и позволяют гидролизовать химическую связь, прикрепляющую мРНК к 5 'крышке . [5] Домен Nudix в Dcp2 гидролизует одну из связей на трифосфатном мостике, который связывает мРНК и 5'-кэп вместе, в результате чего 7-метилгуанозиновый кэп отрывается и оставляет мРНК открытой для деградации экзонуклеазами в клетке. . [4]
Состав комплекса для снятия крышки
Как одноклеточным, так и многоклеточным организмам необходимо обезглавить свою мРНК, чтобы избавиться от нее, но у разных организмов есть немного разные белки, которые осуществляют этот процесс. Есть много белков , которые остаются теми же, но несколько ключевых различиями между одноклеточный ( дрожжами ) и многоклеточным ( многоклеточным ) decapping комплексов. [5]
Комплекс для обезвоживания дрожжей
У дрожжей ( S.cerevisiae , ), Dcp2 присоединяется к decapping активатора Dcp1, в геликазном Dhh1, то экзонуклеазной XRN1, бред опосредованного распада факторы UPF1, Upf2 и Upf3, то LSM комплекс, pat1, а также различные другие белки. Все эти белки локализуются в цитоплазматических структурах, называемых Р-тельцами . Примечательно, что у дрожжей нет факторов трансляции или рибосомных белков внутри Р-телец. [6]
Комплекс для обезглавливания многоклеточных животных
У высших эукариот несколько разные члены комплекса декапирования. Фермент Dcp2 по-прежнему является каталитической субъединицей, которая образует холофермент с Dcp1 и взаимодействует с вспомогательными белками, такими как Xrn1 , Upf1 , Upf2 , Upf3 , комплексом LSm и ортологом Dhh1 DDX6 . [5] [7] [8] Белки, уникальные для растений и млекопитающих, включают бета-пропеллерный белок Hedls и усилитель декапирования Edc3. [9] Исследователи знают, как комплекс физически связывается из-за иммунопреципитации , в то время как структурные детали каждой части комплекса были обнаружены с помощью рентгеновской кристаллографии в сочетании с кристаллизацией белка . Каждый из этих белков вносит свой вклад в комплекс декапирования, как обсуждается ниже.
Dcp2
Dcp2 , как главный катализатор процесса удаления колпачков, полагается на определенный набор аминокислот, называемый nudix доменом, для выравнивания с 5'-кэпом с целью его гидролиза . [5] Нудикс- домен создается путем упаковки двух бета-листов между несколькими альфа-спиралями , может быть разной длины и размера и обычно используется белками для дефосфорилирования , избавления от фосфата путем вставки молекулы воды в связь между фосфат и остальная часть молекулы. [10] В случае Dcp2, он содержит несколько боковых цепей глутаминовой кислоты , которые в нормальных клеточных условиях заряжены отрицательно, и именно они позволяют белку манипулировать молекулами воды для гидролиза трифосфатного мостика, соединяющего 5'-конец мРНК к кэпу 7-метилгуанозина . [5] Таким образом, домен nudix - это то, что позволяет Dcp2 удалять 5'-кэп, что приводит к созданию 7mGDP, 7-метилгуанозина с двумя присоединенными фосфатными группами и монофосфорилированной цепи мРНК.
Перед доменом nudix находится N-концевой регуляторный домен (NRD), который дополнительно помогает гидролизу 5'-кэпа мРНК. После домена nudix находится С-концевая область, называемая Box B, которая помогает связывать Dcp2 с РНК. [5] Со всеми тремя из этих основных мотивов Dcp2 способен находить, прочно связываться и гидролизовать 5'-кэп мРНК. Он делает это либо путем распознавания шпильки в РНК в пределах 10 пар оснований от кэпа, которая называется элементом связывания и снятия колпачка с Dcp2, либо с помощью отдельного белка, распознающего образец пары оснований в мРНК и непосредственно рекрутирующего Dcp2-Dcp1. холоэнзим. [8] К сожалению, Dcp2 работает медленно и нуждается в нескольких других белках для координации с ним, чтобы он мог своевременно обезглавливать мРНК.
Dcp1
Dcp1 - это регуляторная субъединица, она соединяется с Dcp2, создавая холофермент, который может должным образом декапировать мРНК. [11] Без Dcp1 Dcp2 фактически не может что-либо обезглавить in vivo , и он работает невероятно медленно только in vitro , что делает формирование этого холоэнзима важным процессом при обезглавливании. [5]
Вторичная структура Dcp1 состоит из семи бета-листов и трех альфа-спиралей . которые вместе образуют V-образную третичную структуру . Определяющими особенностями Dcp1 являются домен EVH1 и домен, который распознает богатые пролином последовательности (PRS) других белков. Домен EVH1 напрямую взаимодействует с ранее упомянутым NRD Dcp2, и в настоящее время считается, что он напрямую помогает в снятии колпачка мРНК, хотя как это происходит, неясно. Домен, который распознает PRS, состоит в основном из гидрофобных аминокислот и находится в щели «V» структуры Dcp1. Он используется для связывания с другими белками в комплексе декапирования с Dcp1. [11]
PNRC2
PNRC2 присоединяется к Dcp1 и усиливает его действие, чтобы стимулировать декапирование, а также рекрутирует Upf1 в комплекс декапирования. Он обладает богатой пролином последовательностью, которая является гидрофобной и прочно прилипает к столь же гидрофобной щели в Dcp1, и поэтому Dcp1 связывает богатую пролином область PNRC2 , что затем еще больше усиливает функцию Dcp2. Текущие исследования показывают , PNRC2 помогает ассоциировать Dcp2 и Dcp1 вместе, делая Dcp2-Dcp1 Голоэнзим более стабильным и , следовательно , увеличивая эффективность Dcp2, но точные сведения о том , как она делает это неопределенны. [12] Вербовка UPF1 позволяет decapping комплекс участвовать в нонсенс-опосредованной мРНК распада , что делает PNRC2 путь для Dcp2 , чтобы соединиться с регулирующим пути, ответственного уничтожения неправильно Transcripted мРНК. [13]
Upf1-3
Upf1 , Upf2 и Upf3 являются белками, участвующими в регуляторном пути нонсенс-опосредованного распада мРНК , а не фактического декапирования мРНК. Только Upf1 присоединяется непосредственно к комплексу декапирования, тогда как Upf2 и Upf3 присоединяются к мРНК, а затем присоединяются к Upf1, чтобы облегчить разрушение неправильной мРНК. Это активаторы комплекса в том смысле, что они могут направлять комплекс на неправильно сформированную мРНК, но на самом деле не помогают декапировать мРНК. [8]
DDX6
DDX6 , ортолог Dhh1, также увеличивает эффективность холофермента Dcp2-Dcp1, гидролизуя 5'-кэп. [14] Предполагается, что, поскольку это геликаза , она участвует в реконфигурации 5'-конца мРНК, чтобы дать Dcp2 более легкий доступ к 5'-кэпу, и что она стимулирует Dcp1, чтобы он лучше взаимодействовал с Dcp2, когда прикреплен к остальной части комплекса для снятия крышки. [15]
Edc3
Edc3 дополнительно активирует холофермент Dcp2-Dcp1 и позволяет ему быстро обезглавливать мРНК. Он имеет домен LSm на своем N-конце , который взаимодействует со специфическими аминокислотными мотивами, называемыми фрагментами HLM, которые находятся на С-конце Dcp1, и позволяет Edc3 связываться с ним. Другой важной частью этого белка является линкер FDF, который представляет собой длинный и неструктурированный участок аминокислот, который связывается с DDX6 и не дает ему связываться напрямую с мРНК, позволяя ему вместо этого взаимодействовать с белками в комплексе декапирования. Последний заслуживающий внимания домен - это С-концевой домен Yjef-N, который димеризуется с мРНК и помогает создавать Р-тельца вокруг местоположения комплекса декапирования. [5]
Р-тельца по существу представляют собой скопления декапированной или репрессированной мРНК, смешанной с факторами деградации мРНК, такими как комплекс декапирования и нонсенс-опосредованный механизм распада мРНК, поэтому они важны для возможного разрушения мРНК, измененной Dcp2. [16] Поскольку Edc3 создает Р-тельца вокруг комплекса декапирования, Dcp2 становится легче находить 5 'кэпов мРНК для гидролиза, повышая эффективность всего комплекса. [17]
Pat1
Pat1 - еще один белок, повышающий эффективность комплекса декапирования. [17] Он состоит из трех основных областей. Один необходим для удаления колпачка мРНК и напрямую помогает в этом холоэнзиму Dcp2-Dcp1. Два других облегчают белку обезглавливание мРНК, но не принимают непосредственного участия в гидролизе фосфатной связи. [16] Pat1 имеет множество взаимодействий с различными белками в комплексе декапирования и известен как «каркасный белок», потому что он объединяет все вместе, когда приходит время что-то обезглавливать. N-концевой домен взаимодействует с DXX6 и приближает его, так что он может активировать Dcp1, другая часть помогает создавать P-тела вместе с Edc3, а C-концевые домены присоединяют Dcp1-Dcp2, комплекс Lsm1-7 и Xrn1 к комплексу. . [5] [18]
Xrn1
Xrn1 представляет собой экзонуклеазу от 5 'до 3', которая разрушает только что удаленную мРНК. Он нацелен на 5'-монофосфатный конец мРНК, который остается после того, как Dcp2 гидролизует кэп и убирает кэп 7-метилгуанозина вместе с двумя из трех фосфатов, которые прикрепляют кэп к мРНК. Текущая теория заключается в том, что структура Xrn1 не позволяет кэпированной мРНК взаимодействовать с ним, потому что Xrn1 структурирован таким образом, что существует стерическое препятствие, которое физически блокирует взаимодействие белка с любой мРНК, которую Dcp2 еще не расщепил. [7]
Рекомендации
- ^ а б Магридж, Джеффри С; Зиемняк, Марцин; Джемилити, Яцек; Гросс, Джон Д. (ноябрь 2016 г.). «Структурные основы распознавания кэпа мРНК с помощью Dcp1 – Dcp2» . Структурная и молекулярная биология природы . 23 (11): 987–994. DOI : 10.1038 / nsmb.3301 . ISSN 1545-9993 . PMC 5113729 . PMID 27694842 .
- ^ Шантарашо Т., Бейли-Серрес Дж. (Январь 2018 г.). «Полисомы, стрессовые гранулы и процессинговые тела: динамический триумвират, контролирующий судьбу и функцию цитоплазматической мРНК» . Физиология растений . 176 (1): 254–269. DOI : 10.1104 / pp.17.01468 . PMC 5761823 . PMID 29158329 .
- ^ Зибурт Л.Е., Винсент Дж.Н. (17.12.2018). «Помимо факторов транскрипции: роль распада мРНК в регуляции экспрессии генов в растениях» . F1000 Исследования . 7 : 1940. DOI : 10,12688 / f1000research.16203.1 . PMC 6305221 . PMID 30613385 .
- ^ а б Бильман, Калифорния; Паркер, Р. (1995-04-21). «Деградация мРНК у эукариот» . Cell . 81 (2): 179–183. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (95) 90326-7 . ISSN 0092-8674 . PMID 7736570 . S2CID 9803923 .
- ^ Б с д е е г ч I Шарантон, Клеман; Грайль, Марк (2018-12-19). «Удаление мРНК: поиск правильных структур» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 373 (1762): 20180164. DOI : 10.1098 / rstb.2018.0164 . PMC 6232594 . PMID 30397101 .
- ^ Паркер Р., Шет У. (март 2007 г.). «P-тельца и контроль трансляции и деградации мРНК». Молекулярная клетка . 25 (5): 635–46. DOI : 10.1016 / j.molcel.2007.02.011 . PMID 17349952 .
- ^ а б Делорм-Аксфорд, Элизабет; Абернати, Эмма; Леннеманн, Николас Дж .; Бернар, Амели; Ариоса, Эйлин; Койн, Кэролайн Б.; Киркегор, Карла; Клионский, Дэниел Дж. (2018-05-04). «Экзорибонуклеаза Xrn1 является посттранскрипционным негативным регулятором аутофагии» . Аутофагия . 14 (5): 898–912. DOI : 10.1080 / 15548627.2018.1441648 . ISSN 1554-8627 . PMC 6070002 . PMID 29465287 .
- ^ а б в Крамер, Сюзанна; МакЛеннан, Александр Г. (2019). «Комплексная энзимология декапирования мРНК: ферменты четырех классов расщепляют пирофосфатные связи» . ПРОВОДОВ РНК . 10 (1): e1511. DOI : 10.1002 / wrna.1511 . ISSN 1757-7012 . PMID 30345629 . S2CID 53044937 .
- ^ Fenger-Grøn M, Fillman C, Norrild B, Lykke-Andersen J (декабрь 2005 г.). «Множественные процессинговые факторы организма и ARE-связывающий белок TTP активируют декапирование мРНК» (PDF) . Молекулярная клетка . 20 (6): 905–15. DOI : 10.1016 / j.molcel.2005.10.031 . PMID 16364915 . Архивировано из оригинального (PDF) 06.06.2011.
- ^ «ИнтерПро» . www.ebi.ac.uk . Проверено 14 ноября 2020 .
- ^ а б Она, Мейпей; Декер, Кэролайн Дж; Сундрамурти, Кумар; Лю, Юйин; Чен, Нан; Паркер, Рой; Песня, Хайвэй (март 2004 г.). «Кристаллическая структура Dcp1p и ее функциональное значение в декапировании мРНК» . Структурная и молекулярная биология природы . 11 (3): 249–256. DOI : 10.1038 / nsmb730 . ISSN 1545-9993 . PMC 2040073 . PMID 14758354 .
- ^ Лай, Тинфэн; Чо, Хана; Лю, Чжоу; Боулер, Мэтью У .; Пяо, Шуньфу; Паркер, Рой; Ким, Юн Ки; Песня, Хайвэй (2012-12-05). «Структурная основа PNRC2-опосредованной связи между надзором мРНК и декапированием» . Структура . 20 (12): 2025–2037. DOI : 10.1016 / j.str.2012.09.009 . ISSN 0969-2126 . PMID 23085078 .
- ^ Бейкер, Кристиан Э; Паркер, Рой (2004-06-01). «Нонсенс-опосредованный распад мРНК: прекращение ошибочной экспрессии гена» . Текущее мнение в клеточной биологии . 16 (3): 293–299. DOI : 10.1016 / j.ceb.2004.03.003 . ISSN 0955-0674 . PMID 15145354 .
- ^ Шариф, Хумаюн; Озгур, Севим; Шарма, Кундан; Баскен, Клэр; Урлауб, Хеннинг; Конти, Елена (сентябрь 2013 г.). «Структурный анализ дрожжевого комплекса Dhh1-Pat1 показывает, как Dhh1 вовлекает Pat1, Edc3 и РНК во взаимоисключающие взаимодействия» . Исследования нуклеиновых кислот . 41 (17): 8377–90. DOI : 10.1093 / NAR / gkt600 . PMC 3783180 . PMID 23851565 .
- ^ Фишер, Николь; Вайс, Карстен (2002-06-03). «Белок DEAD-бокса Dhh1 стимулирует расщепляющий фермент Dcp1» . Журнал EMBO . 21 (11): 2788–2797. DOI : 10.1093 / emboj / 21.11.2788 . ISSN 0261-4189 . PMC 126031 . PMID 12032091 .
- ^ а б Pilkington, Guy R .; Паркер, Рой (2008-02-15). «Pat1 содержит отчетливые функциональные домены, которые способствуют сборке P-тела и активации декапирования» . Молекулярная и клеточная биология . 28 (4): 1298–1312. DOI : 10.1128 / MCB.00936-07 . ISSN 0270-7306 . PMC 2258743 . PMID 18086885 .
- ^ а б Franks, Tobias M .; Ликке-Андерсен, Йенс (05 декабря 2008 г.). «Контроль декапирования мРНК и образования Р-тельцов» . Молекулярная клетка . 32 (5): 605–615. DOI : 10.1016 / j.molcel.2008.11.001 . ISSN 1097-2765 . PMC 2630519 . PMID 19061636 .
- ^ Шариф, Хумаюн; Озгур, Севим; Шарма, Кундан; Баскен, Клэр; Урлауб, Хеннинг; Конти, Елена (сентябрь 2013 г.). «Структурный анализ дрожжевого комплекса Dhh1-Pat1 показывает, как Dhh1 вовлекает Pat1, Edc3 и РНК во взаимоисключающие взаимодействия» . Исследования нуклеиновых кислот . 41 (17): 8377–8390. DOI : 10.1093 / NAR / gkt600 . ISSN 0305-1048 . PMC 3783180 . PMID 23851565 .