Рибонуклеаза (обычно сокращенно РНКаза ) - это тип нуклеазы, которая катализирует расщепление РНК на более мелкие компоненты. Рибонуклеазы можно разделить на эндорибонуклеазы и экзорибонуклеазы , и они включают несколько подклассов внутри классов ферментов EC 2.7 (для фосфоролитических ферментов) и 3.1 (для гидролитических ферментов).
рибонуклеаза | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||||
Символ | Рибонуклеаза | |||||||||
Pfam | PF00545 | |||||||||
ИнтерПро | IPR000026 | |||||||||
SCOP2 | 1brn / SCOPe / SUPFAM | |||||||||
|
Функция
Все изученные организмы содержат много РНКаз двух разных классов, что показывает, что деградация РНК - очень древний и важный процесс. Помимо очистки от клеточной РНК, которая больше не требуется, РНКазы играют ключевую роль в созревании всех молекул РНК, как информационных РНК, несущих генетический материал для создания белков, так и некодирующих РНК, которые функционируют в различных клеточных процессах. Кроме того, активные системы деградации РНК являются первой защитой от РНК-вирусов и обеспечивают базовый механизм для более продвинутых клеточных иммунных стратегий, таких как РНКи .
Некоторые клетки также секретируют большое количество неспецифических РНКаз, таких как A и T1. Следовательно, РНКазы чрезвычайно распространены, что приводит к очень короткой продолжительности жизни любой РНК, которая не находится в защищенной среде. Стоит отметить, что все внутриклеточные РНК защищены от активности РНКазы с помощью ряда стратегий, включая кэпирование 5'-концов , полиаденилирование 3'-концов и фолдинг внутри белкового комплекса РНК ( рибонуклеопротеиновая частица или РНП).
Другой механизм защиты - ингибитор рибонуклеазы (RI) , который включает относительно большую долю клеточного белка (~ 0,1%) в некоторых типах клеток и который связывается с определенными рибонуклеазами с наивысшим сродством из любого взаимодействия белок-белок ; константа диссоциации для комплекса РИ-РНКазы А является ~ 20 Fm при физиологических условиях. RI используется в большинстве лабораторий, изучающих РНК, для защиты своих образцов от разложения РНКазами окружающей среды.
Подобно рестрикционным ферментам , которые расщепляют высокоспецифичные последовательности двухцепочечной ДНК , недавно были классифицированы различные эндорибонуклеазы, которые распознают и расщепляют специфические последовательности одноцепочечной РНК.
РНКазы играют решающую роль во многих биологических процессах, включая ангиогенез и самонесовместимость у цветковых растений (покрытосеменных). [2] [3] Было показано, что многие токсины стресс-реакции прокариотических токсин-антитоксиновых систем обладают РНКазной активностью и гомологией . [4]
Классификация
Основные типы эндорибонуклеаз
- EC 3.1.27.5 : РНКаза A - это РНКаза, которая обычно используется в исследованиях. РНКаза A ( например , бычья панкреатическая рибонуклеаза A: PDB : 2AAS ) является одним из самых выносливых ферментов, обычно используемых в лаборатории; один из способов его выделения является закипеть неочищенный клеточный экстракт , пока все , кроме РНКазов А ферменты не денатурированные . Он специфичен для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков C и U, в конечном итоге образуя 3'-фосфорилированный продукт через 2 ', 3'-циклический монофосфатный промежуточный продукт. [5] Для своей деятельности не требуются кофакторы [6]
- EC 3.1.26.4 : РНКаза H представляет собой рибонуклеазу, которая расщепляет РНК в дуплексе ДНК / РНК с образованием оцДНК. РНКаза H является неспецифической эндонуклеазой и катализирует расщепление РНК по гидролитическому механизму, которому способствует связанный с ферментом ион двухвалентного металла. РНКаза H оставляет 5'-фосфорилированный продукт. [7]
- EC 3.1.26.3 : РНКаза III представляет собой тип рибонуклеазы, которая расщепляет рРНК (16s рРНК и 23s рРНК) от транскрибированного оперона полицистронной РНК у прокариот. Он также переваривает двухцепочечную РНК (dsRNA) -Dicer семейства РНКаз, разрезая пре-миРНК (длиной 60–70 п.н.) в определенном месте и трансформируя ее в миРНК (22-30 п.н.), которая активно участвует в регуляции транскрипции и Время жизни мРНК.
- Номер ЕС 3.1.26 .- ??: РНКаза L представляет собой индуцированную интерфероном нуклеазу, которая после активации разрушает всю РНК в клетке.
- EC 3.1.26.5 : РНКаза P - это тип рибонуклеазы, который уникален тем, что представляет собой рибозим - рибонуклеиновую кислоту, которая действует как катализатор так же, как и фермент . Одна из его функций - отщепление лидерной последовательности от 5'-конца одной цепочечной пре- тРНК . РНКаза P является одним из двух известных в природе многооборотных рибозимов (второй является рибосомой ). У бактерий РНКаза P также отвечает за каталитическую активность холоферментов, которые состоят из апофермента, который образует активную ферментную систему в сочетании с коферментом и определяет специфичность этой системы для субстрата. Недавно была открыта форма РНКазы P, которая представляет собой белок и не содержит РНК. [8]
- Номер ЕС 3.1. ??: РНКаза PhyM является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков A и U.
- EC 3.1.27.3 : РНКаза Т1 является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков G.
- EC 3.1.27.1 : РНКаза Т2 является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец всех 4 остатков, но предпочтительно 3'-конец As.
- EC 3.1.27.4 : РНКаза U2 является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков А.
- EC 3.1.27.8 : РНКаза V специфична для полиадениновой и полиуридиновой РНК.
- EC 3.1.26.12 : РНКаза E представляет собой рибонуклеазу растительного происхождения, которая модулирует SOS-ответы у бактерий в ответ на стресс повреждения ДНК путем активации механизма SOS посредством RecA / LexA-зависимого пути передачи сигнала, который транскрипционно подавляет множественность генов, ведущих к остановке транзита клеточного деления, а также к инициации репарации ДНК. [9]
- EC 3.1.26.- : РНКаза G Она участвует в процессинге 16'-конца 5s рРНК. Это связано с разделением хромосом и делением клеток. Считается одним из компонентов пучков аксиальных нитей цитоплазмы. Также считается, что он может регулировать формирование этой структуры. [10]
Основные типы экзорибонуклеаз
- Номер ЕС EC 2.7.7.8 : Полинуклеотидфосфорилаза (PNPase) действует как экзонуклеаза, а также как нуклеотидилтрансфераза .
- Номер ЕС EC 2.7.7.56 : РНКаза PH действует как экзонуклеаза, а также как нуклеотидилтрансфераза .
- EC номер 3.1. ??: РНКаза R является близким гомологом РНКазы II, но она может, в отличие от РНКазы II, разрушать РНК с вторичными структурами без помощи дополнительных факторов.
- Номер ЕС EC 3.1.13.5 : РНКаза D участвует в процессинге пре- тРНК с 3'-на-5 ' .
- EC номер 3.1. ??: РНКаза T вносит основной вклад в созревание с 3'-на-5 'многих стабильных РНК.
- EC 3.1.13.3 : Олигорибонуклеаза расщепляет короткие олигонуклеотиды до мононуклеотидов.
- EC 3.1.11.1 : Экзорибонуклеаза I расщепляет одноцепочечную РНК с 5'-на-3 ', существует только у эукариот.
- EC 3.1.13.1 : Экзорибонуклеаза II является близким гомологом экзорибонуклеазы I.
Специфичность РНКазы
Активный участок выглядит как рифтовая долина, где все остатки активного участка образуют стену и дно долины. рифт очень тонкий, а небольшой субстрат идеально подходит для середины активного центра, что обеспечивает идеальное взаимодействие с остатками. На самом деле он имеет небольшую кривизну по отношению к месту, где есть субстрат. Хотя обычно большинство экзо- и эндорибонуклеаз не являются специфическими для секвенирования, недавно была сконструирована система CRISPR / Cas, изначально распознающая и разрезающая ДНК, чтобы расщеплять оцРНК специфичным для последовательности образом. [11]
Загрязнение РНКазой во время экстракции РНК
Экстракции РНК в экспериментах молекулярной биологии значительно усложняется присутствием повсеместно и выносливые рибонуклеазы, разрушающих образцов РНК. Некоторые РНКазы могут быть чрезвычайно выносливыми, и их инактивация затруднительна по сравнению с нейтрализацией ДНКаз . Помимо высвобождаемых клеточных РНКаз, в окружающей среде присутствует несколько РНКаз. РНКазы эволюционировали, чтобы выполнять множество внеклеточных функций у различных организмов. [12] [13] [14] Например, РНКаза 7, член суперсемейства РНКазы А , секретируется кожей человека и служит мощной антипатогенной защитой. [15] [16] В этих секретируемых РНКазах ферментативная активность РНКазы может даже не быть необходимой для ее новой, расширенной функции. Например, иммунные РНКазы действуют, дестабилизируя клеточные мембраны бактерий. [17] [18]
Рекомендации
- Перейти ↑ Noguchi S (июль 2010 г.). «Механизм изомеризации аспартата в изоаспартат, подразумеваемый структурами рибонуклеазы U2 Ustilago sphaerogena в комплексе с аденозин-3'-монофосфатом». Acta Crystallographica D . 66 (Pt 7): 843–9. DOI : 10.1107 / S0907444910019621 . PMID 20606265 .
- ^ Sporn MB, Roberts AB (6 декабря 2012 г.). Факторы роста пептидов и их рецепторы. II . Springer Science & Business Media. п. 556. ISBN. 978-3-642-74781-6.
- ^ Рагхаван V (6 декабря 2012 г.). Биология развития цветковых растений . Springer Science & Business Media. п. 237. ISBN. 978-1-4612-1234-8.
- ^ Ramage HR, Connolly LE, Cox JS (декабрь 2009 г.). «Комплексный функциональный анализ токсин-антитоксиновых систем Mycobacterium tuberculosis: значение для патогенеза, реакции на стресс и эволюции» . PLoS Genetics . 5 (12): e1000767. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1000767 . PMC 2781298 . PMID 20011113 .
- ^ Cuchillo CM, Nogués MV, Raines RT (сентябрь 2011 г.). «Рибонуклеаза поджелудочной железы крупного рогатого скота: пятьдесят лет первого механизма ферментативной реакции» . Биохимия . 50 (37): 7835–41. DOI : 10.1021 / bi201075b . PMC 3172371 . PMID 21838247 .
- ^ [1]
- ^ Новотны М (февраль 2009 г.). «Ретровирусные интегразы суперсемейства: структурная перспектива» . EMBO Reports . 10 (2): 144–51. DOI : 10.1038 / embor.2008.256 . PMC 2637324 . PMID 19165139 .
- ^ Хольцманн Дж., Франк П., Лёффлер Э., Беннетт К.Л., Гернер С., Россманиф В. (октябрь 2008 г.). «РНКаза P без РНК: идентификация и функциональное восстановление фермента процессинга митохондриальной тРНК человека». Cell . 135 (3): 462–74. DOI : 10.1016 / j.cell.2008.09.013 . PMID 18984158 .
- ^ Шамшер С. Канвар *, Пуранджан Мишра, Кхем Радж Мина, Шрути Гупта и Ракеш Кумар, Рибонуклеазы и их приложения, 2016, Журнал передовых биотехнологий и биоинженерии
- ^ Wachi M, Umituki G, Shimizu M, Takada A, Nagai K. Ген cafeA Escherichia coli кодирует новую РНКазу, обозначенную как РНКаза G, участвующую в процессинге 5'-конца 16S рРНК. Biochem Biophys Res Commun. 1999; 259 (2): 483-488. DOI: 10.1006 / bbrc.1999.0806
- ^ Тамулайтис Г., Казлаускене М., Манакова Е., Венцловас Ч., Нвокеоджи А.О., Дикман М.Дж., Хорват П., Сикснис В. (ноябрь 2014 г.). «Программируемое измельчение РНК системой CRISPR-Cas типа III-A Streptococcus thermophilus» . Молекулярная клетка . 56 (4): 506–17. DOI : 10.1016 / j.molcel.2014.09.027 . PMID 25458845 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Россье О., Дао Дж., Чианчотто Н. П. (март 2009 г.). «Секретируемая РНКаза II типа Legionella pneumophila способствует оптимальному внутриклеточному инфицированию Hartmannella vermiformis» . Микробиология . 155 (Pt 3): 882–90. DOI : 10.1099 / mic.0.023218-0 . PMC 2662391 . PMID 19246759 .
- ^ Лухтала Н., Паркер Р. (май 2010 г.). «Рибонуклеазы семейства Т2: древние ферменты с разнообразными ролями» . Направления биохимических наук . 35 (5): 253–9. DOI : 10.1016 / j.tibs.2010.02.002 . PMC 2888479 . PMID 20189811 .
- ^ Дайер К.Д., Розенберг Х.Ф. (ноябрь 2006 г.). «РНКазы суперсемейства: генерация разнообразия и врожденная защита хозяина» (PDF) . Молекулярное разнообразие . 10 (4): 585–97. DOI : 10.1007 / s11030-006-9028-2 . PMID 16969722 .
- ^ Хардер Дж., Шредер Дж. М. (ноябрь 2002 г.). «РНКаза 7, новый антимикробный белок врожденной иммунной защиты здоровой кожи человека» . Журнал биологической химии . 277 (48): 46779–84. DOI : 10.1074 / jbc.M207587200 . PMID 12244054 .
- ^ Кётен Б., Симански М., Глэзер Р., Подшун Р., Шредер Дж. М., Хардер Дж. (Июль 2009 г.). «РНКаза 7 способствует кожной защите от Enterococcus faecium» . PLOS ONE . 4 (7): e6424. DOI : 10.1371 / journal.pone.0006424 . PMC 2712763 . PMID 19641608 .
- ^ Хуан Ю.К., Лин Ю.М., Чанг Т.В., Ву С.Дж., Ли Ю.С., Чанг М.Д., Чен С., Ву Ш., Ляо Ю.Д. (февраль 2007 г.) «Гибкие и сгруппированные остатки лизина человеческой рибонуклеазы 7 имеют решающее значение для проницаемости мембраны и противомикробной активности» . Журнал биологической химии . 282 (7): 4626–33. DOI : 10.1074 / jbc.M607321200 . PMID 17150966 .
- ^ Розенберг Х.Ф. (май 2008 г.). «Рибонуклеазы РНКазы А и защита хозяина: развивающаяся история» . Журнал биологии лейкоцитов . 83 (5): 1079–87. DOI : 10,1189 / jlb.1107725 . PMC 2692241 . PMID 18211964 .
Источники
- Д'Алессио Дж. И Риордан Дж. Ф., ред. (1997) Рибонуклеазы: структуры и функции , Academic Press.
- Гердес К., Кристенсен С.К. и Лобнер-Олесен А. (2005). «Прокариотические токсин-антитоксиновые стрессовые реакции». Nat. Rev. Microbiol. (3) 371–382.
Внешние ссылки
- База данных ферментов IUBMB для EC 3.1
- Интегрированная база данных ферментов для EC 3.1