Рибонуклеаза (обычно сокращенно РНКаза ) представляет собой тип нуклеазы , которая катализирует расщепление РНК на более мелкие компоненты. Рибонуклеазы можно разделить на эндорибонуклеазы и экзорибонуклеазы и включают несколько подклассов в классах ферментов EC 2.7 (для фосфоролитических ферментов) и 3.1 (для гидролитических ферментов).
Функция
Все изученные организмы содержат множество РНКаз двух разных классов, что указывает на то, что деградация РНК — очень древний и важный процесс. Помимо очистки клеточной РНК, которая больше не требуется, РНКазы играют ключевую роль в созревании всех молекул РНК, как информационных РНК, которые несут генетический материал для создания белков, так и некодирующих РНК, которые функционируют в различных клеточных процессах. Кроме того, системы активной деградации РНК являются первой защитой от РНК-вирусов и обеспечивают основу для более продвинутых клеточных иммунных стратегий, таких как РНКи .
Некоторые клетки также секретируют обильные количества неспецифических РНКаз, таких как А и Т1. Таким образом, РНКазы чрезвычайно распространены, что приводит к очень короткой продолжительности жизни любой РНК, не находящейся в защищенной среде. Стоит отметить, что все внутриклеточные РНК защищены от активности РНКазы с помощью ряда стратегий, включая кэпирование 5'-конца , полиаденилирование 3'-конца , образование дуплекса РНК-РНК и сворачивание в комплексе РНК-белок ( рибонуклеопротеиновая частица или РНП). .
Другим механизмом защиты является ингибитор рибонуклеазы (RI) , который составляет относительно большую долю клеточного белка (~0,1%) в некоторых типах клеток и который связывается с определенными рибонуклеазами с самым высоким сродством из всех белок-белковых взаимодействий ; константа диссоциации комплекса RI-РНКаза А составляет ~20 фМ в физиологических условиях. RI используется в большинстве лабораторий, изучающих РНК, для защиты своих образцов от деградации под действием РНКаз окружающей среды.
Подобно ферментам рестрикции , которые расщепляют высокоспецифичные последовательности двухцепочечной ДНК , недавно были классифицированы различные эндорибонуклеазы , которые распознают и расщепляют специфические последовательности одноцепочечной РНК.
EC 3.1.27.5: РНКаза А — это РНКаза, которая обычно используется в исследованиях. РНКаза А ( например , бычья панкреатическая рибонуклеаза А: PDB : 2AAS ) является одним из самых устойчивых ферментов, широко используемых в лабораторных условиях; Один из методов его выделения — кипячение сырого клеточного экстракта до тех пор, пока все ферменты, кроме РНКазы А, не денатурируются . Он специфичен для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец неспаренных остатков C и U, в конечном итоге образуя 3'-фосфорилированный продукт через 2',3'-циклический монофосфатный промежуточный продукт. [5] Для своей активности он не требует каких-либо кофакторов [6]
EC 3.1.26.4: РНКаза H представляет собой рибонуклеазу, которая расщепляет РНК в дуплексе ДНК/РНК с образованием оцДНК. РНКаза H представляет собой неспецифическую эндонуклеазу 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 (16-рРНК и 23-рРНК) из транскрибируемого оперона полицистронной РНК у прокариот. Он также переваривает двухцепочечную РНК (дцРНК) - семейство РНКаз Dicer, разрезая пре-миРНК (длиной 60–70 п.н.) в определенном сайте и превращая 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 нуклеазу, индуцируемую интерфероном, которая при активации разрушает всю РНК внутри клетки.
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 фермент . Одна из его функций — отщепление лидерной последовательности от 5'-конца одноцепочечной пре- тРНК . РНКаза P — один из двух известных в природе рибозимов с множественным оборотом (второй — рибосома ) . У бактерий РНКаза Р отвечает также за каталитическую активность холоферментов, состоящих из апофермента, образующего при соединении с коферментом активную ферментную систему и определяющего специфичность этой системы к субстрату. Недавно была открыта форма РНКазы P, которая представляет собой белок и не содержит РНК. [8]
Номер ЕС 3.1.??: РНКаза PhyM является специфичной для последовательности одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец неспаренных остатков A и U.
EC 3.1.27.3: РНКаза Т1 специфична для последовательности одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец неспаренных остатков G.
EC 3.1.27.1: РНКаза Т2 специфична для последовательности одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец всех четырех остатков, но преимущественно 3'-конец As.
EC 3.1.27.4: РНКаза U2 специфична для последовательности одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец неспаренных 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, вызванный повреждением ДНК, путем активации механизма SOS с помощью RecA/LexA-зависимого пути передачи сигнала, который транскрипционно подавляет множественность. генов, приводящих к транзитной остановке деления клеток, а также к инициации репарации ДНК. [9]
EC 3.1.26.-: РНКаза G. Участвует в процессинге 16'-конца 5s рРНК. Это связано с разделением хромосом и делением клеток. Он считается одним из компонентов цитоплазматических пучков осевых филаментов. Также считается, что он может регулировать формирование этой структуры. [10]
Номер EC 3.1.??: РНКаза R является близким гомологом РНКазы II, но способна, в отличие от РНКазы II, расщеплять РНК с вторичными структурами без помощи дополнительных факторов.
Номер EC EC 3.1.13.5: РНКаза D участвует в процессинге 3'-5' пре- тРНК .
Номер ЕС 3.1.??: РНКаза Т вносит основной вклад в созревание 3'-к-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.
РНКазная специфичность
Активный участок выглядит как рифтовая долина, где все остатки активного участка образуют стену и дно долины. Рифт очень тонкий, а небольшая подложка идеально прилегает к середине активного центра, что обеспечивает идеальное взаимодействие с остатками. На самом деле он имеет небольшую кривизну на участке, который также имеет подложка. Хотя обычно большинство экзо- и эндорибонуклеаз не являются специфичными для последовательности, недавно была разработана система CRISPR /Cas, нативно распознающая и разрезающая ДНК, для расщепления оцРНК специфичным для последовательности способом. [11]
Загрязнение РНКазы во время экстракции РНК
Извлечение РНК в экспериментах по молекулярной биологии значительно осложняется присутствием вездесущих и устойчивых рибонуклеаз, которые разрушают образцы РНК. Некоторые РНКазы могут быть чрезвычайно выносливыми, и их инактивация трудна по сравнению с нейтрализацией ДНКаз . Помимо высвобождаемых клеточных РНКаз, в окружающей среде присутствует несколько РНКаз. В ходе эволюции РНКазы приобрели множество внеклеточных функций в различных организмах. [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, усиленной функции. Например, иммунные РНКазы действуют путем дестабилизации клеточных мембран бактерий. [17] [18]
Рекомендации
^ Ногучи С (июль 2010 г.). «Механизм изомеризации аспартата в sexxxxxxxx, подразумеваемый структурами рибонуклеазы Ustilago sphaerogena U2 в комплексе с аденозин-3'-монофосфатом». Акта Кристаллографика Д. 66 (Часть 7): 843–9. дои : 10.1107/S0907444910019621. ПМИД 20606265.
^ Sporn MB, Roberts AB (6 декабря 2012 г.). Пептидные факторы роста и их рецепторы II. Springer Science & Business Media. п. 556. ИСБН978-3-642-74781-6.
^ Рагхаван V (6 декабря 2012 г.). Биология развития цветковых растений. Springer Science & Business Media. п. 237. ИСБН978-1-4612-1234-8.
^ Рэймидж HR, Коннолли Л.Е., Кокс Дж.С. (декабрь 2009 г.). «Комплексный функциональный анализ систем токсин-антитоксин микобактерий туберкулеза: значение для патогенеза, реакции на стресс и эволюции». ПЛОС Генетика . 5 (12): e1000767. дои : 10.1371/journal.pgen.1000767 . ПМЦ 2781298 . ПМИД 20011113.
^ Кучилло CM, Ногес MV, Рейнс RT (сентябрь 2011 г.). «Бычья панкреатическая рибонуклеаза: пятьдесят лет первого механизма ферментативной реакции». Биохимия . 50 (37): 7835–41. дои : 10.1021/bi201075b. ПМЦ 3172371 . ПМИД 21838247.
^ Хольцманн Дж., Франк П., Леффлер Э., Беннетт К.Л., Гернер С., Россманит В. (октябрь 2008 г.). «РНКаза P без РНК: идентификация и функциональное восстановление фермента, обрабатывающего митохондриальную тРНК человека». Клетка . 135 (3): 462–74. дои : 10.1016/j.cell.2008.09.013 . ПМИД 18984158.
^ Шамшер С. Канвар *, Пуранджан Мишра, Кхем Радж Мина, Шрути Гупта и Ракеш Кумар, Рибонуклеазы и их применение, 2016, Журнал передовой биотехнологии и биоинженерии
^ Вачи М., Умицуки Г., Симидзу М., Такада А., Нагай К. Ген cafA 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., Нвокеойи А.О., Дикман М.Дж., Хорват П., Сикснис В. (ноябрь 2014 г.). «Программируемое измельчение РНК с помощью системы CRISPR-Cas типа III-A Streptococcus thermophilus». Молекулярная клетка . 56 (4): 506–17. doi : 10.1016/j.molcel.2014.09.027 . ПМИД 25458845.
^ Россье О, Дао Дж, Чианчиотто NP (март 2009 г.). «Секретируемая РНКаза типа II Legionella pneumophila способствует оптимальному внутриклеточному заражению Hartmannella vermiformis». Микробиология . 155 (Часть 3): 882–90. дои : 10.1099/mic.0.023218-0. ПМЦ 2662391 . ПМИД 19246759.
^ Лухтала Н., Паркер Р. (май 2010 г.). «Рибонуклеазы семейства Т2: древние ферменты с разнообразными ролями». Тенденции биохимических наук . 35 (5): 253–9. doi :10.1016/j.tibs.2010.02.002. ПМЦ 2888479 . ПМИД 20189811.
^ Дайер К.Д., Розенберг HF (ноябрь 2006 г.). «РНКаза - суперсемейство: создание разнообразия и врожденная защита хозяина». Молекулярное разнообразие . 10 (4): 585–97. дои : 10.1007/s11030-006-9028-2. PMID 16969722. S2CID 20922592.
^ 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. дои : 10.1074/jbc.M207587200 . ПМИД 12244054.
^ Кётен Б., Симански М., Глэзер Р., Подщун Р., Шредер Дж. М., Хардер Дж. (июль 2009 г.). «РНКаза 7 способствует защите кожи от Enterococcus faecium». ПЛОС ОДИН . 4 (7): е6424. Бибкод : 2009PLoSO...4.6424K. дои : 10.1371/journal.pone.0006424 . ПМЦ 2712763 . ПМИД 19641608.
^ Хуан Ю.К., Линь 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 мембран и антимикробной активности». Журнал биологической химии . 282 (7): 4626–33. дои : 10.1074/jbc.M607321200 . ПМИД 17150966.
^ Розенберг HF (май 2008 г.). «РНКаза А-рибонуклеазы и защита хозяина: развивающаяся история». Журнал биологии лейкоцитов . 83 (5): 1079–87. дои : 10.1189/jlb.1107725. ПМЦ 2692241 . ПМИД 18211964.
Ахмед Т.А.Е., Уденигве К.С., Гомаа А. Редакционная статья: Биотехнологические и биоинженерные приложения для биоматериалов, полученных из яиц. Фронт Биоинж Биотехнологий. 2021 сен 20;9:756058
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). «Локусы реакции на стресс прокариотического токсина-антитоксина». Нат. Преподобный Микробиол. (3) 371–382.
