stringtranslate.com

Рибонуклеаза P

Кристаллическая структура бактериального рибонуклеазного P-холофермента в комплексе с тРНК (желтый), показывающая ионы металлов, участвующих в катализе (розовые сферы), PDB : 3Q1R

Рибонуклеаза P ( EC 3.1.26.5 , РНКаза P ) является типом рибонуклеазы , которая расщепляет РНК . РНКаза P уникальна среди других РНКаз тем, что она является рибозимом — рибонуклеиновой кислотой, которая действует как катализатор таким же образом, как и фермент на основе белка . Ее функция заключается в расщеплении дополнительной или прекурсорной последовательности РНК на молекулах тРНК . [1] Кроме того, РНКаза P является одним из двух известных в природе многооборотных рибозимов (другой — рибосома ), открытие которого принесло Сиднею Альтману и Томасу Чеху Нобелевскую премию по химии в 1989 году: в 1970-х годах Альтман открыл существование предшественника тРНК с фланкирующими последовательностями и был первым, кто охарактеризовал РНКазу P и ее активность в процессинге 5'-лидерной последовательности предшественника тРНК. Недавние открытия также показывают, что РНКаза P имеет новую функцию. [2] Было показано, что человеческая ядерная РНКаза P необходима для нормальной и эффективной транскрипции различных малых некодирующих РНК , таких как гены тРНК, 5S рРНК , SRP РНК и U6 мяРНК , [3], которые транскрибируются РНК-полимеразой III , одной из трех основных ядерных РНК-полимераз в клетках человека.

В Бактериях

Бактериальная РНКаза P состоит из двух компонентов: цепи РНК, называемой M1 РНК, и полипептидной цепи, или белка, называемого белком C5. [4] [5] In vivo оба компонента необходимы для правильного функционирования рибозима, но in vitro РНК M1 может действовать в качестве катализатора самостоятельно. [1] Основная роль белка C5 заключается в повышении сродства к субстрату и каталитической скорости фермента РНК M1, вероятно, за счет повышения сродства к ионам металла в активном центре. Недавно была решена кристаллическая структура голофермента бактериальной РНКазы P с тРНК, показывающая, как большие, коаксиально сложенные спиральные домены РНК РНКазы P участвуют в избирательном распознавании формы мишени пре-тРНК. Эта кристаллическая структура подтверждает более ранние модели распознавания субстрата и катализа, определяет местоположение активного центра и показывает, как белковый компонент увеличивает функциональность РНКазы P. [6] [7]

Бактериальная РНКаза P класса A и B

Рибонуклеаза P (РНКаза P) является повсеместной эндорибонуклеазой , обнаруженной в археях, бактериях и эукариотах, а также в хлоропластах и ​​митохондриях . Ее наиболее охарактеризованная активность заключается в образовании зрелых 5'-концов тРНК путем расщепления 5'-лидерных элементов предшественников тРНК. Клеточные РНКазы P являются рибонуклеопротеинами (РНП). РНК из бактериальной РНКазы P сохраняет свою каталитическую активность в отсутствие белковой субъединицы , т. е. является рибозимом. Было показано, что изолированная эукариотическая и архейная РНК РНК не сохраняет свою каталитическую функцию, но по-прежнему необходима для каталитической активности голофермента. Хотя архейные и эукариотические голоферменты содержат гораздо больше белка, чем эубактериальные, ядра РНК всех трех линий гомологичны — спирали, соответствующие P1, P2, P3, P4 и P10/11, являются общими для всех клеточных РНК РНКазы P. Тем не менее, существует значительная вариация последовательностей, особенно среди эукариотических РНК.

В архее

В археях рибонуклеопротеины РНКазы P состоят из 4–5 белковых субъединиц, которые связаны с РНК. Как показали эксперименты по реконструкции in vitro, эти белковые субъединицы по отдельности необязательны для обработки тРНК, которая по существу опосредована компонентом РНК. [8] [9] [10] Структуры белковых субъединиц архейной РНКазы P были разрешены с помощью рентгеновской кристаллографии и ЯМР , тем самым выявив новые белковые домены и фолдинг, фундаментальные для функции.

Используя сравнительную геномику и улучшенные вычислительные методы, радикально минимизированная форма РНК РНКазы P, получившая название «Тип T», была обнаружена во всех полных геномах в кренархейном филогенетическом семействе Thermoproteaceae , включая виды в родах Pyrobaculum , Caldivirga и Vulcanisaeta . [11] Все сохраняют обычный каталитический домен, но не имеют узнаваемого домена специфичности. Экспериментально подтверждена активность процессинга 5' тРНК только РНК. РНК РНКазы P Pyrobaculum и Caldivirga являются наименьшей естественной формой, которая, как было обнаружено, функционирует как транс-действующие рибозимы. [11] Потеря домена специфичности в этих РНК предполагает потенциально измененную субстратную специфичность.

Недавно было высказано мнение, что архебактерия Nanoarchaeum equitans не обладает РНКазой P. Вычислительные и экспериментальные исследования не смогли найти доказательств ее существования. В этом организме промоутер тРНК находится близко к гену тРНК, и считается, что транскрипция начинается с первой базы тРНК, таким образом устраняя необходимость в РНКазе P. [12]

У эукариот

У эукариот , таких как люди и дрожжи , [13] большая часть РНКазы P состоит из цепи РНК, которая структурно похожа на ту, что обнаружена у бактерий [14], а также из девяти-десяти связанных белков (в отличие от единственного бактериального белка РНКазы P, C5). [2] [15] Пять из этих белковых субъединиц демонстрируют гомологию с архейными аналогами. Эти белковые субъединицы РНКазы P являются общими с РНКазой MRP , [15] [16] [17] каталитическим рибонуклеопротеином, участвующим в обработке рибосомальной РНК в ядрышке . [18] Только недавно было показано, что РНКаза P у эукариот является рибозимом. [19] Соответственно, многочисленные белковые субъединицы эукариотической РНКазы P вносят незначительный вклад в процессинг тРНК per se, [20] хотя они, по-видимому, необходимы для функционирования РНКазы P и РНКазы MRP в других биологических условиях, таких как транскрипция генов и клеточный цикл . [3] [21] Несмотря на бактериальное происхождение митохондрий и хлоропластов, пластиды высших животных и растений, по-видимому, не содержат РНК-основанной РНКазы P. Было показано, что человеческая митохондриальная РНКаза P является белком и не содержит РНК . [22] Было также показано, что РНКаза P хлоропласта шпината функционирует без РНК-субъединицы. [23]

Терапия с использованием РНКазы P

В настоящее время РНКаза P изучается как потенциальная терапия таких заболеваний, как вирус простого герпеса , [24] цитомегаловирус , [24] [25] грипп и другие респираторные инфекции, [26] ВИЧ-1 [27] и рак, вызванный геном слияния BCR-ABL . [24] [28] Внешние направляющие последовательности (EGS) формируются с комплементарностью к вирусной или онкогенной мРНК и структурам, которые имитируют петлю T и акцепторный стебель тРНК . [26] Эти структуры позволяют РНКазе P распознавать EGS и расщеплять целевую мРНК. Терапия EGS показала свою эффективность в культуре и на живых мышах. [29]

Ссылки

  1. ^ ab Guerrier-Takada C, Gardiner K, Marsh T, Pace N, Altman S (декабрь 1983 г.). «РНК-фрагмент рибонуклеазы P является каталитической субъединицей фермента». Cell . 35 (3 Pt 2): 849–57. doi :10.1016/0092-8674(83)90117-4. PMID  6197186. S2CID  39111511.
  2. ^ abc Jarrous N, Reiner R (2007). "Human RNase P: a tRNA-processing энзим и фактор транскрипции". Nucleic Acids Research . 35 (11): 3519–24. doi :10.1093/nar/gkm071. PMC 1920233. PMID  17483522 . 
  3. ^ ab Reiner R, Ben-Asouli Y, Krilovetzky I, Jarrous N (июнь 2006 г.). «Роль каталитического рибонуклеопротеина РНКазы P в транскрипции РНК-полимеразы III». Genes & Development . 20 (12): 1621–35. doi :10.1101/gad.386706. PMC 1482482 . PMID  16778078. 
  4. ^ Evans D, Marquez SM, Pace NR (июнь 2006 г.). «РНКаза P: интерфейс миров РНК и белков». Trends in Biochemical Sciences . 31 (6): 333–41. doi :10.1016/j.tibs.2006.04.007. PMID  16679018.
  5. ^ Tsai HY, Masquida B, Biswas R, Westhof E, Gopalan V (январь 2003 г.). "Молекулярное моделирование трехмерной структуры бактериального РНКазного фермента P" (PDF) . Journal of Molecular Biology . 325 (4): 661–75. doi :10.1016/S0022-2836(02)01267-6. PMID  12507471. Архивировано из оригинала (PDF) 2008-10-31 . Получено 2019-09-24 .
  6. ^ Reiter NJ, Osterman A, Torres-Larios A, Swinger KK, Pan T, Mondragón A (декабрь 2010 г.). «Структура бактериального рибонуклеазного P-холофермента в комплексе с тРНК». Nature . 468 (7325): 784–9. Bibcode :2010Natur.468..784R. doi :10.1038/nature09516. PMC 3058908 . PMID  21076397. 
  7. ^ Masquida B, Westhof E (сентябрь 2011 г.). «РНКаза P: наконец-то ключ находит свой замок». РНК . 17 (9): 1615–8. doi :10.1261/rna.2841511. PMC 3162327. PMID  21803972 . 
  8. ^ Холл ТА, Браун ДЖВ (март 2002). «Архейная РНКаза Р имеет несколько белковых субъединиц, гомологичных белкам ядерной РНКазы Р эукариот». РНК . 8 (3): 296–306. doi :10.1017/S1355838202028492. PMC 1370252 . PMID  12003490. 
  9. ^ Fukuhara H, Kifusa M, Watanabe M, Terada A, Honda T, Numata T и др. (май 2006 г.). «Пятая белковая субъединица Ph1496p повышает оптимальную температуру для активности рибонуклеазы P из Pyrococcus horikoshii OT3». Biochemical and Biophysical Research Communications . 343 (3): 956–64. doi :10.1016/j.bbrc.2006.02.192. PMID  16574071.
  10. ^ Tsai HY, Pulukkunat DK, Woznick WK, Gopalan V (октябрь 2006 г.). «Функциональная реконструкция и характеристика РНКазы P Pyrococcus furiosus». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (44): 16147–52. Bibcode : 2006PNAS..10316147T. doi : 10.1073 /pnas.0608000103 . PMC 1637551. PMID  17053064. 
  11. ^ ab Lai LB, Chan PP, Cozen AE, Bernick DL, Brown JW, Gopalan V, Lowe TM (декабрь 2010 г.). «Открытие минимальной формы РНКазы P в пиробакулюме». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (52): 22493–8. Bibcode : 2010PNAS..10722493L. doi : 10.1073/pnas.1013969107 . PMC 3012483. PMID  21135215 . 
  12. ^ Randau L, Schröder I, Söll D (май 2008). "Жизнь без РНКазы P". Nature . 453 (7191): 120–3. Bibcode :2008Natur.453..120R. doi :10.1038/nature06833. PMID  18451863. S2CID  3103527.
  13. ^ Рэндалл Манро перефразировал это так: «Знаете, эукариоты — как закваска или Конан О'Брайен». ( Манро, Рэндалл (30 сентября 2022 г.). «4:25 PM». Twitter . Получено 1 октября 2022 г. .)
  14. ^ Marquez SM, Chen JL, Evans D, Pace NR (ноябрь 2006 г.). «Структура и функция эукариотической рибонуклеазы P РНК». Molecular Cell . 24 (3): 445–56. doi :10.1016/j.molcel.2006.09.011. PMC 1716732. PMID  17081993 . 
  15. ^ ab Chamberlain JR, Lee Y, Lane WS, Engelke DR (июнь 1998 г.). «Очистка и характеристика комплекса холофермента ядерной РНКазы P выявляет обширное перекрытие субъединиц с РНКазой MRP». Genes & Development . 12 (11): 1678–90. doi :10.1101/gad.12.11.1678. PMC 316871 . PMID  9620854. 
  16. ^ Салинас К, Вежбицкий С, Чжоу Л, Шмитт МЭ (март 2005 г.). «Характеристика и очистка MRP РНКазы Saccharomyces cerevisiae раскрывает новый уникальный белковый компонент». Журнал биологической химии . 280 (12): 11352–60. doi : 10.1074/jbc.M409568200 . PMID  15637077.
  17. ^ Welting TJ, Kikkert BJ, van Venrooij WJ, Pruijn GJ (июль 2006 г.). «Дифференциальная ассоциация белковых субъединиц с комплексами человеческой РНКазы MRP и РНКазы P». РНК . 12 (7): 1373–82. doi :10.1261/rna.2293906. PMC 1484433 . PMID  16723659. 
  18. ^ Clayton DA (март 2001 г.). «Большое развитие для небольшой РНК». Nature . 410 (6824): 29–31. doi : 10.1038/35065191 . PMID  11242026.
  19. ^ Kikovska E, Svärd SG, Kirsebom LA (февраль 2007 г.). «Эукариотическая РНКаза P РНК опосредует расщепление в отсутствие белка». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (7): 2062–7. doi : 10.1073/pnas.0607326104 . PMC 1892975. PMID  17284611 . 
  20. ^ Willkomm DK, Hartmann RK (июнь 2007 г.). «Важная часть головоломки RNase P решена». Trends in Biochemical Sciences . 32 (6): 247–50. doi :10.1016/j.tibs.2007.04.005. PMID  17485211.
  21. ^ Gill T, Cai T, Aulds J, Wierzbicki S, Schmitt ME (февраль 2004 г.). «RNase MRP расщепляет мРНК CLB2, способствуя прогрессированию клеточного цикла: новый метод деградации мРНК». Molecular and Cellular Biology . 24 (3): 945–53. doi :10.1128/MCB.24.3.945-953.2004. PMC 321458 . PMID  14729943. 
  22. ^ Хольцманн Дж., Франк П., Леффлер Э., Беннетт КЛ., Гернер К., Россманит В. (октябрь 2008 г.). «РНКаза P без РНК: идентификация и функциональная реконструкция фермента обработки митохондриальной тРНК человека». Cell . 135 (3): 462–74. doi : 10.1016/j.cell.2008.09.013 . PMID  18984158. S2CID  476465.
  23. ^ Thomas BC, Li X, Gegenheimer P (апрель 2000 г.). «Хлоропластная рибонуклеаза P не использует механизм расщепления пре-тРНК рибозимного типа». РНК . 6 (4): 545–53. doi :10.1017/S1355838200991465. PMC 1369935 . PMID  10786845. 
  24. ^ abc Trang P, Kim K, Liu F (июнь 2004 г.). «Разработка рибозимов РНКазы P для генной направленности и противовирусной терапии». Cellular Microbiology . 6 (6): 499–508. doi : 10.1111/j.1462-5822.2004.00398.x . PMID  15104592. S2CID  19365318.
  25. ^ Trang P, Kilani A, Lee J, Hsu A, Liou K, Kim J, et al. (август 2002 г.). "RNase P ribozymes for the studies and treatment of human cytomegalovirus infection". Journal of Clinical Virology . 25 (Suppl 2): ​​S63-74. doi :10.1016/s1386-6532(02)00097-5. PMID  12361758.
  26. ^ ab Dreyfus DH, Tompkins SM, Fuleihan R, Ghoda LY (декабрь 2007 г.). «Подавление генов в терапии гриппа и других респираторных заболеваний: нацеливание на РНКазу P с помощью внешних направляющих последовательностей (EGS)». Biologics: Targets and Therapy . 1 (4): 425–32. PMC 2721295. PMID  19707312 . 
  27. ^ Zeng W, Chen YC, Bai Y, Trang P, Vu GP, Lu S и др. (26 декабря 2012 г.). "Эффективное ингибирование репликации вируса иммунодефицита человека 1 с помощью сконструированного рибозима РНКазы P". PLOS ONE . 7 (12): e51855. Bibcode : 2012PLoSO...751855Z. doi : 10.1371/journal.pone.0051855 . PMC 3530568. PMID  23300569 . 
  28. ^ Cobaleda C, Sánchez-García I (февраль 2000 г.). «In vivo ингибирование сайт-специфической каталитической РНК-субъединицей РНКазы P, разработанной против онкогенных продуктов BCR-ABL: новый подход к лечению рака». Blood . 95 (3): 731–7. doi :10.1182/blood.V95.3.731.003k28_731_737. PMID  10648380.
  29. ^ Сойер А.Дж., Весоловский Д., Гандотра Н., Стоядинович А., Изаджоо М., Альтман С., Кириакидес Т.Р. (сентябрь 2013 г.). «Конъюгат пептид-морфолиноолигомер, нацеленный на мРНК Staphylococcus aureus gyrA, улучшает заживление на модели кожной раны инфицированной мыши». Международный фармацевтический журнал . 453 (2): 651–5. doi : 10.1016/j.ijpharm.2013.05.041. ПМЦ 3756894 . ПМИД  23727592. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки