Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
МСДНК из Stigmatella aurantiaca по сравнению с msDNA из близкородственного Myxococcus xanthus . Гипервариабельный домен в последовательности ДНК заштрихован серым. Высококонсервативная последовательность РНК AGC, включающая ветвь G, окрашена в розовый цвет. Сайт расщепления РНК между предшественником и формой продукта мсДНК обозначен красным треугольником. Позаимствовано из Dhundale et al. [1]

MultiCopy одноцепочечной ДНК (msDNA) представляет собой тип экстрахромосомального сателлитной ДНК , которая состоит из одноцепочечной ДНК молекулы , ковалентно связанной через 2'-5' фосфодиэфирной св зи с внутренним гуанозина в качестве РНК - молекулы. Результирующая химера ДНК / РНК имеет две петли-стволы, соединенные ветвью, подобной ветвям, обнаруживаемым в промежуточных продуктах сплайсинга РНК . Кодирующая область для мсДНК, называемая « ретроном », также кодирует тип обратной транскриптазы , который необходим для синтеза мсДНК. [2]

Открытие [ править ]

Перед открытием msDNA в миксобактериями , [3] [4] группа роятся, почвенные бактерии , считалось , что ферменты , известные как обратные транскриптазы (RT) существовал только в эукариот и вирусов . Открытие привело к увеличению исследований в этой области. В результате было обнаружено, что msDNA широко распространена среди бактерий, включая различные штаммы Escherichia coli и патогенные бактерии. [5] Дальнейшие исследования обнаружили сходство между обратной транскриптазой, кодируемой ВИЧ, и открытой рамкой считывания.(ORF), обнаруженный в кодирующей области msDNA. Тесты подтвердили наличие активности обратной транскриптазы в сырых лизатах ретрон-содержащих штаммов. [6] Хотя домен РНКазы Н был предварительно идентифицирован в ORF ретрона, позже было обнаружено, что активность РНКазы Н, необходимая для синтеза мсДНК, фактически обеспечивается хозяином. [7]

Ретроны [ править ]

Основная статья: Ретрон

Открытие msDNA привело к более широким вопросам относительно происхождения обратной транскриптазы, поскольку гены, кодирующие обратную транскриптазу (не обязательно связанные с msDNA), были обнаружены у прокариот, эукариот, вирусов и даже архей . После открытия фрагмента ДНК, кодирующего продукцию msDNA в E. coli , [8] было высказано предположение, что бактериофаги могли быть ответственны за введение гена RT в E. coli . [9]Эти открытия предполагают, что обратная транскриптаза сыграла роль в эволюции вирусов из бактерий, с одной гипотезой, утверждающей, что с помощью обратной транскриптазы вирусы могли возникнуть как отколовшийся ген msDNA, который приобрел белковую оболочку. Поскольку почти все гены RT участвуют в репликации ретровирусов и / или перемещении мобильных элементов , разумно предположить, что ретроны могут быть мобильными генетическими элементами, но существует мало подтверждающих доказательств для такой гипотезы, за исключением наблюдаемого факта, что msDNA широко, но спорадически распространяется среди видов бактерий, что позволяет предположить как горизонтальный, так и вертикальный перенос. [5] [10] [11] Поскольку неизвестно, являются ли последовательности ретроновсами по себе представляют собой мобильные элементы, ретроны функционально определяются своей способностью продуцировать мсДНК, при этом сознательно избегая спекуляций о других возможных действиях.

Функция [ править ]

Функция msDNA остается неизвестной, хотя внутри клеток присутствует много копий. Нокаут-мутации, не экспрессирующие мсДНК, жизнеспособны, поэтому производство мсДНК не является важным для жизни в лабораторных условиях. Сверхэкспрессия msDNA является мутагеном, по-видимому, в результате титрования белков репарации несовпадающими парами оснований, которые типичны для их структуры. [10] Было высказано предположение, что msDNA может играть определенную роль в патогенности или адаптации к стрессовым условиям. [12] Сравнение последовательностей из msDNAs от Myxococcus Ксанфа , Stigmatella aurantiaca , [1] и многих других бактерий [5] [12]выявить консервативные и гипервариабельные домены, напоминающие консервативные и гипервариабельные последовательности, обнаруженные в молекулах аллораспознавания. [13] Основные мсДНК M. xanthus и S. aurantiaca , например, обладают 94% гомологией последовательностей, за исключением домена из 19 пар оснований, который имеет гомологию последовательностей только 42%. [1] Наличие таких доменов важно, потому что миксобактерии проявляют сложное совместное социальное поведение, включая роение и формирование плодовых тел, в то время как E. coli и другие патогенные бактерии образуют биопленки.которые обладают повышенной устойчивостью к антибиотикам и детергентам. Устойчивость социальных собраний, требующих значительных индивидуальных вложений энергии, обычно зависит от эволюции механизмов аллораспознавания , которые позволяют группам отличать себя от чужого . [14]

Биосинтез [ править ]

Предлагаемый механизм синтеза мсДНК. (A) Сворачивание праймер-матричной РНК во вторичную структуру позволяет 2'-ОН-группе специфического разветвляющегося остатка G служить праймером для инициации синтеза кДНК обратной транскриптазой ретрона. (B) Синтез кДНК сопровождается перевариванием матричной цепи РНКазой Н. (C) В завершенной молекуле мсДНК часть матрицы РНК остается присоединенной к 5'-концу кДНК. [10]

Предполагается, что биосинтез мсДНК следует уникальному пути, который больше нигде не встречается в биохимии ДНК / РНК. Из-за сходства соединений 2'-5 'ответвлений с соединениями ответвлений, обнаруженными в промежуточных продуктах сплайсинга РНК, сначала можно было ожидать, что образование ответвлений будет происходить посредством лигирования, опосредованного сплайсосомами или рибозимами . Однако неожиданно эксперименты в бесклеточных системах с использованием очищенной ретронной обратной транскриптазы показывают, что синтез кДНК непосредственно праймируется с 2'-ОН-группы специфического внутреннего остатка G праймерной РНК. [15] RT распознает специфические структуры «стебель-петля» в РНК-предшественнике, делая синтез мсДНК RT высокоспецифичным для своего собственного ретрона. [16]Праймирование синтеза мсДНК представляет собой интересную проблему для нашего понимания синтеза ДНК. ДНК-полимеразы (которые включают RT) имеют общие высококонсервативные структурные особенности, что означает, что их активные каталитические центры мало различаются от вида к виду или даже между ДНК-полимеразами, использующими ДНК в качестве матрицы, по сравнению с ДНК-полимеразами, использующими РНК в качестве матрицы. Каталитическая область эукариотической обратной транскриптазы состоит из трех доменов, называемых «пальцы», «ладонь» и «большой палец», которые удерживают двухцепочечный праймер-матрицу в правом захвате с 3'-ОН праймера, погруженным в активный сайт полимеразы, [17]кластер высококонсервативных кислотных и полярных остатков, расположенный на ладони между указательным и средним пальцами. У эукариотических RT домен РНКазы H находится на запястье ниже основания большого пальца, но ретронные RT лишены активности РНКазы H. Расщелина, связывающая нуклеиновую кислоту, простирающаяся от активного сайта полимеразы до активного сайта РНКазы H, составляет около 60 Å в длину в RT эукариот, что соответствует почти двум виткам спирали. [18]Когда эукариотическая RT удлиняет обычный праймер, растущая двойная спираль ДНК / РНК изгибается по спирали вдоль щели, и когда двойная спираль проходит через домен РНКазы H, матричная РНК расщепляется для высвобождения растущей цепи кДНК. Однако в случае удлинения праймера мсДНК длинная цепь РНК остается присоединенной к 3'-ОН праймера G. Хотя можно смоделировать матричный комплекс ОТ-праймер, который сделает 2'-ОН доступным для реакция праймирования, [16] дальнейшее удлинение цепи ДНК представляет проблему: по мере того, как синтез ДНК прогрессирует, объемная цепь РНК, отходящая от 3'-OH, должна каким-то образом двигаться по спирали вниз по связывающей щели, не будучи заблокированной стерическими препятствиями.. Чтобы преодолеть эту проблему, обратная транскриптаза msDNA явно потребует специальных функций, не общих для других RT. [10]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Дхундейл А., Лэмпсон Б., Фуруичи Т., Иноуэ М., Иноуе С. (декабрь 1987 г.). «Структура msDNA из Myxococcus xanthus: свидетельство длинного самоотжигающегося предшественника РНК для ковалентно связанной, разветвленной РНК». Cell . 51 (6): 1105–12. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (87) 90596-4 . PMID  2446773 . S2CID  21762469 .
  2. ^ Иноуай S, Herzer PJ, Иноуай M (февраль 1990). «Два независимых ретрона с очень разнообразными обратными транскриптазами Myxococcus xanthus» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 87 (3): 942–5. Bibcode : 1990PNAS ... 87..942I . DOI : 10.1073 / pnas.87.3.942 . PMC 53385 . PMID 1689062 .  
  3. ↑ Yee T, Furuichi T, Inouye S, Inouye M (август 1984). «Многокопийная одноцепочечная ДНК, выделенная из грамотрицательной бактерии Myxococcus xanthus». Cell . 38 (1): 203–9. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (84) 90541-5 . PMID 6088065 . S2CID 41165293 .  
  4. ^ Фуруичи Т, Иноуай S, Иноуай М (январь 1987). «Биосинтез и структура стабильной разветвленной РНК, ковалентно связанной с 5'-концом многокопийной одноцепочечной ДНК Stigmatella aurantiaca». Cell . 48 (1): 55–62. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (87) 90355-2 . PMID 2431795 . S2CID 32376617 .  
  5. ^ a b c Das R, Шимамото Т., Хосен С.М., Арифуззаман М. (2011). «Сравнительное исследование различных структур msDNA (многокопийная одноцепочечная ДНК) и филогенетическое сравнение обратных транскриптаз (RT): доказательства вертикального наследования» (PDF) . Биоинформация . 7 (4): 176–9. DOI : 10.6026 / 97320630007176 . PMC 3218519 . PMID 22102774 .   
  6. Перейти ↑ Lampson BC, Sun J, Hsu MY, Vallejo-Ramirez J, Inouye S, Inouye M (февраль 1989 г.). «Обратная транскриптаза в клиническом штамме Escherichia coli: продукция разветвленной РНК-связанной мсДНК» (PDF) . Наука . 243 (4894, часть 1): 1033–8. Bibcode : 1989Sci ... 243.1033L . DOI : 10.1126 / science.2466332 . PMID 2466332 . Архивировано из оригинального (PDF) 22 декабря 2014 года . Проверено 8 февраля 2012 .  
  7. ↑ Lima TM, Lim D (май 1995 г.). «Выделение и характеристика мутантов-хозяев, дефектных в синтезе msDNA: роль рибонуклеазы H в синтезе msDNA». Плазмида . 33 (3): 235–8. DOI : 10,1006 / plas.1995.1026 . PMID 7568472 . 
  8. ^ Hsu MY, Иноуай M, Иноуай S (декабрь 1990). «Ретрон для многокопийной одноцепочечной ДНК из 67 оснований из Escherichia coli: потенциальный мобильный элемент, кодирующий функции обратной транскриптазы и метилазы Dam» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 87 (23): 9454–8. Bibcode : 1990PNAS ... 87.9454H . DOI : 10.1073 / pnas.87.23.9454 . PMC 55184 . PMID 1701261 .  
  9. ^ Inouye S .; Иноуэ М. (1993). «Бактериальная обратная транскриптаза». В Гофф, Стивен и Анна М. Скалки (ред.). Обратная транскриптаза . Серия монографий Cold Spring Harbor. 23 . Плейнвью, Нью-Йорк: Лаборатория издательства Колд-Спринг-Харбор. ISBN 978-0-87969-382-4.
  10. ^ a b c d Лэмпсон BC, Inouye M, Inouye S (2005). «Ретроны, мсДНК и бактериальный геном» (PDF) . Цитогенетические и геномные исследования . 110 (1–4): 491–9. DOI : 10.1159 / 000084982 . PMID 16093702 . S2CID 24854188 . Архивировано из оригинального (PDF) 05 марта 2016 года . Проверено 8 февраля 2012 .   
  11. ^ Simon DM, Zimmerly S (декабрь 2008). «Разнообразие не охарактеризованных обратных транскриптаз в бактериях» . Исследования нуклеиновых кислот . 36 (22): 7219–29. DOI : 10.1093 / NAR / gkn867 . PMC 2602772 . PMID 19004871 .  
  12. ^ Б Дас Р, Т Шимамото, Arifuzzaman М (2011). «Новый штамм мсДНК (многокопийная одноцепочечная ДНК), присутствующий в энтеропатогенных бактериях Yersinia frederiksenii ATCC 33641 Contig01029 с геномным анализом его ретрона» . Журнал патогенов . 2011 (693769): 693769. дои : 10,4061 / 2011/693769 . PMC 3335539 . PMID 22567337 .  
  13. Перейти ↑ Sherman LA, Chattopadhyay S (1993). «Молекулярные основы аллоузнавания». Ежегодный обзор иммунологии . 11 : 385–402. DOI : 10.1146 / annurev.iy.11.040193.002125 . PMID 8476567 . 
  14. Перейти ↑ Buss, Leo (2006). Эволюция индивидуальности . Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-08469-5.
  15. ^ Шимамото Т, Каванись Н, Цутий Т, Иноуайте S, Иноуайте М (июнь 1998 г.). «Синтез многокопийной одноцепочечной ДНК in vitro с использованием отдельных праймерных и матричных РНК с помощью обратной транскриптазы Escherichia coli» . Журнал бактериологии . 180 (11): 2999–3002. DOI : 10.1128 / JB.180.11.2999-3002.1998 . PMC 107272 . PMID 9603895 .  
  16. ^ а б Иноуэ С., Сюй М.Ю., Сюй А., Иноуэ М. (октябрь 1999 г.). «Высокоспецифичное распознавание структур праймерной РНК для реакции прайминга 2'-ОН бактериальными обратными транскриптазами» . Журнал биологической химии . 274 (44): 31236–44. DOI : 10.1074 / jbc.274.44.31236 . PMID 10531319 . 
  17. ↑ Jacobo-Molina A, Ding J, Nanni RG, Clark AD, Lu X, Tantillo C, Williams RL, Kamer G, Ferris AL, Clark P (июль 1993 г.). «Кристаллическая структура обратной транскриптазы вируса иммунодефицита человека типа 1 в комплексе с двухцепочечной ДНК с разрешением 3,0 A показывает изогнутую ДНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (13): 6320–4. Bibcode : 1993PNAS ... 90.6320J . DOI : 10.1073 / pnas.90.13.6320 . PMC 46920 . PMID 7687065 .  
  18. ^ Sarafianos SG, Das K, Tantillo C, Кларк Д., Дин Дж, Виткомб JM, Бойер PL, Хьюз SH, Арнольд E (март 2001). «Кристаллическая структура обратной транскриптазы ВИЧ-1 в комплексе с РНК полипуринового тракта: ДНК» . Журнал EMBO . 20 (6): 1449–61. DOI : 10.1093 / emboj / 20.6.1449 . PMC 145536 . PMID 11250910 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Лэмпсон Б., Иноуе М., Иноуе С. (2001). МСДНК бактерий . Прогресс в исследованиях нуклеиновых кислот и молекулярной биологии. 67 . С. 65–91. DOI : 10.1016 / S0079-6603 (01) 67025-9 . ISBN 9780125400671. PMID  11525386 .
  • Циммерли, Стивен (2005). «Подвижные интроны и ретроэлементы у бактерий». В Маллани, Питер (ред.). Динамический бактериальный геном . Достижения молекулярной и клеточной микробиологии. 8 . Издательство Кембриджского университета. С. 121–148. DOI : 10.1017 / CBO9780511541544.004 . ISBN 978-0-511-54154-4.