Varkud спутник (ВС) рибозим представляет собой РНК - фермент , который осуществляет расщепление фосфодиэфирной связи . [1] [2]
Вступление
Varkud спутник (ВС) рибозят является самым крупным известным нуклеолитическим рибозят и нашел для встраивания в VS РНКЕ . VS-РНК - это длинная некодирующая РНК, существует как сателлитная РНК и обнаруживается в митохондриях Варкуд-1С и нескольких других штаммов Neurospora . Рибозим VS содержит свойства как каталитических РНК, так и интронов группы 1 . [3] VS-рибозим обладает активностью как расщепления, так и лигирования и может эффективно выполнять реакции как расщепления, так и лигирования в отсутствие белков. Рибозим VS подвергается горизонтальному переносу генов с другими штаммами Neurospora . [4] VS рибозимы не имеют ничего общего с другими нуклеолитическими рибозимами.
VS РНК имеет уникальную первичную, вторичную и третичную структуру. Вторичная структура рибозима VS состоит из шести спиральных доменов (рис. 1). Стеблевая петля I образует субстратный домен, а стволовая петля II-VI образует каталитический домен. Когда эти 2 домена синтезируются in vitro по отдельности, они могут выполнять реакцию саморасщепления путем трансакции [5] . Субстрат связывается в щель, образованную двумя спиралями. Вероятным активным сайтом рибозима является очень важный нуклеотид A756. Петля A730 и нуклеотид A756 имеют решающее значение для ее функции, поскольку они участвуют в химической активности фосфорного переноса рибозима [6].
Происхождение
VS РНК транскрибируется как мультимерный транскрипт из VS ДНК . VS ДНК содержит область, кодирующую обратную транскриптазу, необходимую для репликации VS РНК. После транскрибирования VS РНК подвергается сайт-специфическому расщеплению. VS РНК саморасщепляется по определенной фосфодиэфирной связи с образованием мономерных и нескольких мультимерных транскриптов. Эти транскрипты затем подвергаются самолигированию и образуют кольцевую VS-РНК. [7] Эта кольцевая VS РНК является преобладающей формой VS, обнаруженной в Neurospora . VS-рибозим представляет собой небольшой каталитический мотив, встроенный в эту кольцевую VS-РНК. Большая часть VS РНК состоит из 881 нуклеотида [7]
Структура рибозима
В естественном состоянии мотив рибозима VS содержит 154 нуклеотида, которые складываются в шесть спиралей. Его РНК содержит элемент самоотщепления, который, как считается, участвует в процессинге промежуточных продуктов, образующихся в процессе репликации . [8] Н-образная структура рибозима организована двумя трехсторонними соединениями, которые определяют общую складку рибозима. Уникальной особенностью структуры рибозима является то, что даже если бы большая часть спирали IV и дистальный конец спирали VI была удалена, не было бы значительной потери активности [9]. Однако, если бы длины спиралей III и V были равны изменится, будет серьезная потеря активности. Базовые выпуклости рибозима, спирали II и IV играют очень важную структурную роль, поскольку замена их другими нуклеотидами не влияет на их активность. По сути, активность рибозима VS очень зависит от локальной последовательности двух трехсторонних соединений. Трехстороннее соединение, присутствующее в рибозиме VS, очень похоже на соединение, наблюдаемое в малой (23S) субъединице рРНК. [9]
Активный сайт рибозима
Активные участки рибозима можно найти в спиральных соединениях, выпуклостях и длинах критических спиралей, которые обозначены как III и V. Во внутренней петле спирали VI есть одна важная область, называемая A730, единственное изменение основания в эта петля может приводить к снижению активности расщепления, но не происходит значительных изменений в укладке рибозима. Другими мутациями, влияющими на активность рибозима, являются метилирование, подавление тиофильных ионов марганца в сайте A730 [10]
Возможный каталитический механизм
Петля A730 очень важна для каталитической активности рибозима. Рибозим функционирует как стыковочная станция, где он закрепляет субстрат в щели между спиралями II и VI, чтобы облегчить взаимодействие между сайтом расщепления и петлей A730. Это взаимодействие создает среду, в которой может происходить катализ, подобно взаимодействиям, наблюдаемым в рибозиме шпильки . В петле A730 замена A756 на G, C или U приведет к 300-кратной потере активности расщепления и лигирования.
Доказательство того, что петля A730 является активным сайтом рибозима VS, очень очевидно, и что A756 играет важную роль в его активности. Реакция расщепления работает по механизму реакции S N 2. Нуклеофильная атака 2'-кислорода на 3'-фосфат приведет к образованию циклического 2'3 'фосфата за счет выхода 5'-кислорода. Реакция лигирования происходит в обратном порядке, при котором 5'-кислород атакует 3'-фосфат циклического фосфата. [11] Обе эти реакции облегчаются за счет общего кислотно-основного катализа, который усиливает кислородный нуклеофил за счет удаления связанных белков и стабилизации уходящих оксианионных групп посредством протонирования. Также важно добавить, что если группа ведет себя как основание в реакции расщепления, тогда она должна действовать как кислота в реакции лигирования. Сольватированные ионы металлов действуют в общем кислотно-основном катализе, где ионы металлов могут действовать как кислота Льюиса, которая поляризует атомы кислорода фосфатов. Другим важным фактором скорости реакции лигирования является зависимость от pH, которая соответствует pKa, равному 5,6, что не является фактором реакции расщепления. Эта конкретная зависимость требует протонированного основания в положении A756 рибозима.
Другой предложенной каталитической стратегией является стабилизация пятивалентного фосфата реакционного переходного состояния. Этот механизм, вероятно, будет включать образование водородных связей, как это видно в рибозиме шпильки [12]. Более того, близость групп активных центров друг к другу и их ориентация в пространстве будут способствовать каталитическому механизму. Это может сблизить переходное состояние и субстрат для возникновения реакции посылки.
Катализаторы
Очень высокая концентрация двухвалентного и одновалентного катиона увеличивает эффективность реакции расщепления. Эти катионы способствуют спариванию оснований рибозима с субстратом. [3] Скорость расщепления VS может быть увеличена за счет высокой концентрации катионов, а также за счет увеличения концентрации РНК. Следовательно, низкая концентрация любого из них ограничивает скорость. Считается, что роль катионов заключается в нейтрализации заряда в сворачивании РНК, а не в роли катализатора.
Гипотеза эволюции рибозима VS
1. Молекулярная окаменелость мира РНК, которая сохранила функции расщепления и лигирования.
2. VS Рибозим позже приобрел одну или несколько своих ферментативных активностей.
РНК-опосредованное расщепление и лигирование обнаруживается в самосплайсинговых РНК группы 1 и группы 2. VS РНК содержит многие характеристики консервативных последовательностей интронов группы 1. Однако сайт сплайсинга рибозима VS отличается от сайта сплайсинга интрона группы 1, а сайт саморасщепления рибозима VR находится за пределами ядра интрона группы 1. В реакции расщепления VS рибозим продуцирует 2 ', 3' -циклический фосфат, а интроны группы 1 продуцируют 3'-гидроксил. Функциональное сходство с интронами группы 1, а затем механистическое отличие от интронов подтверждает эту гипотезу о том, что рибозим VS представляет собой химеру, образованную вставкой новой каталитической РНК в интроны группы 1. [1] [2]
Внешние ссылки
Рекомендации
- ^ a b Сэвилл Б.Дж., Коллинз Р.А. (1990). «Сайт-специфическая реакция саморасщепления, выполняемая новой РНК в рибозимах Neurospora». Cell . 61 (4): 685–696. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (90) 90480-3 . PMID 2160856 .
- ^ а б Лилли DM (февраль 2004 г.). «Спутниковый рибозим Варкуд» . РНК . 10 (2): 151–158. DOI : 10,1261 / rna.5217104 . PMC 1370526 . PMID 14730013 .
- ^ а б Уолтер, Нильс Джи; Беркер, Джон М. (1998). «Рибозим шпильки: структура, сборка и катализ». Текущее мнение в химической биологии . 2 (1): 24–30. DOI : 10.1016 / S1367-5931 (98) 80032-X . PMID 9667918 .
- ^ Сэвилл, Барри Дж .; Коллинз, Ричард А. (май 1990 г.). «Сайт-специфическая реакция саморасщепления, выполняемая новой РНК в митохондриях нейроспоры». Cell . 61 (4): 685–696. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (90) 90480-3 . PMID 2160856 .
- ^ Hoffmann, B; Митчелл, GT; Гендрон, П; Major, F; Андерсен, AA; Коллинз, РА; Лего, П. (10 июня 2003 г.). «Структура ЯМР активной конформации сайта расщепления сателлитного рибозима Варкуда» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (12): 7003–7008. DOI : 10.1073 / pnas.0832440100 . PMC 165820 . PMID 12782785 .
- ^ Джонс, Фатима Д .; Штробель, Скотт А. (2003). «Ионизация критического остатка аденозина в активном сайте рибозима-сателлита Варкуд». Биохимия . 42 (14): 4265–4276. DOI : 10.1021 / bi020707t . PMID 12680781 .
- ^ а б Холленберг, Мэриленд (1979). Эпидермальный фактор роста урогастрон, полипептид, приобретающий гормональный статус . Витамины и гормоны. 37 . Нью-Йорк. С. 69–110. DOI : 10.1016 / s0083-6729 (08) 61068-7 . ISBN 978-0-12-709837-1. PMID 398091 .
- ^ Кеннелл, JC (1 февраля 1995 г.). «Каталитическая РНК VS реплицируется путем обратной транскрипции как спутник ретроплазмиды» . Genes Dev . 9 (3): 294–303. DOI : 10,1101 / gad.9.3.294 . PMID 7532606 .
- ^ а б Лафонтен, Д.А. (15 мая 2002 г.). «Глобальная структура рибозима VS» . Журнал EMBO . 21 (10): 2461–2471. DOI : 10.1093 / emboj / 21.10.2461 . PMC 126006 . PMID 12006498 .
- ^ Суд, В.Д. (2 октября 1998 г.). «Идентификация фосфатных групп, участвующих в связывании металлов и третичных взаимодействиях в ядре рибозима Neurospora VS». Журнал молекулярной биологии . 282 (4): 741–750. DOI : 10.1006 / jmbi.1998.2049 . PMID 9743623 .
- ^ McLeod, Aileen C .; Лилли, Дэвид MJ (2004). «Эффективное pH-зависимое лигирование РНК с помощью рибозима VS в транс» . Биохимия . 43 (4): 1118–1125. DOI : 10.1021 / bi035790e . PMID 14744158 . Проверено 15 октября 2014 .
- ^ Руперт, Питер; Мэсси, Арчна; Сигурдссон, Снорри; Ферре-Д'Амаре, Адриан (10 октября 2002 г.). «Стабилизация переходного состояния каталитической РНК». Наука . 298 (5597): 1421–1424. DOI : 10.1126 / science.1076093 . PMID 12376595 .