stringtranslate.com

Рибонуклеаза Р

Кристаллическая структура бактериальной рибонуклеазы P-холофермента в комплексе с тРНК (желтый), показаны ионы металлов, участвующие в катализе (розовые сферы), PDB : 3Q1R

Рибонуклеаза P ( EC 3.1.26.5, РНКаза P ) представляет собой тип рибонуклеазы , расщепляющей РНК . РНКаза P уникальна среди других РНКаз тем, что она представляет собой рибозим – рибонуклеиновую кислоту, которая действует как катализатор так же, как фермент на основе белка . Его функция заключается в отщеплении дополнительной последовательности или предшественника РНК на молекулах тРНК . [1] Кроме того, РНКаза P является одним из двух известных в природе рибозимов с множественным оборотом (второй — рибосома ) , открытие которых принесло Сидни Альтману и Томасу Чеху Нобелевскую премию по химии в 1989 году: в 1970-х годах Альтман открыл существование тРНК-предшественника с фланкирующими последовательностями и первым охарактеризовал РНКазу P и ее активность в процессинге 5'-лидерной последовательности тРНК-предшественника. Недавние открытия также показывают, что РНКаза P имеет новую функцию. [2] Было показано, что ядерная РНКаза P человека необходима для нормальной и эффективной транскрипции различных малых некодирующих РНК , таких как тРНК, 5S рРНК , SRP РНК и гены мяРНК U6 , [3] которые транскрибируются РНК-полимеразой III. , одна из трех основных ядерных РНК-полимераз в клетках человека.

В бактериях

Бактериальная РНКаза P состоит из двух компонентов: цепи РНК, называемой РНК M1, 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 сама по себе в качестве катализатора. [1] Основная роль белка C5 заключается в повышении аффинности связывания субстрата и каталитической скорости фермента РНК M1, вероятно, за счет увеличения сродства к ионам металлов в активном центре. Недавно была определена кристаллическая структура бактериального холофермента РНКазы P с тРНК, что показало, как большие, коаксиально уложенные спиральные домены РНК РНКазы P участвуют в избирательном по форме распознавании мишени пре-тРНК. Эта кристаллическая структура подтверждает более ранние модели распознавания и катализа субстратов, определяет расположение активного сайта и показывает, как белковый компонент увеличивает функциональность РНКазы P. [6] [7]

Бактериальная РНКаза P класса A и B

Рибонуклеаза P (РНКаза P) представляет собой повсеместно распространенную эндорибонуклеазу, обнаруженную в архее, бактериях и эукариях, а также в хлоропластах и ​​митохондриях. Его наиболее характерной активностью является образование зрелых 5'-концов тРНК путем расщепления 5'-лидерных элементов тРНК-предшественников. Клеточные РНКазы P представляют собой рибонуклеопротеиды (РНП). РНК бактериальной РНКазы Ps сохраняет свою каталитическую активность в отсутствие белковой субъединицы, т. е. представляет собой рибозим. Не было показано, что изолированная эукариотическая и архейная РНКаза P РНК сохраняет свою каталитическую функцию, но по-прежнему важна для каталитической активности голофермента. Хотя архейные и эукариотические холоферменты 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 РНКаз P. РНК. Тем не менее, существуют значительные вариации последовательностей, особенно среди эукариотических РНК.

В Архее

У архей рибонуклеопротеиды РНКазы P состоят из 4–5 белковых субъединиц, связанных с РНК. Как показали эксперименты по восстановлению in vitro , эти белковые субъединицы индивидуально необходимы для процессинга тРНК, который по существу опосредован компонентом РНК. [8] [9] [10] Структуры белковых субъединиц архейной РНКазы P были решены с помощью рентгеновской кристаллографии и ЯМР , что выявило новые белковые домены и фундаментальные функции сворачивания.

С помощью сравнительной геномики и усовершенствованных вычислительных методов радикально минимизированная форма РНКазы P, получившая название «Тип Т», была обнаружена во всех полных геномах филогенетического семейства кренархей Thermoproteaceae, включая виды родов Pyrobaculum, Caldivirga и Vulcanisaeta. [11] Все они сохраняют обычный каталитический домен, но не имеют узнаваемого домена специфичности. Активность процессинга 5'-тРНК только РНК была подтверждена экспериментально. РНК Pyrobaculum и Caldivirga RNAase P представляют собой наименьшие встречающиеся в природе формы, которые, как было обнаружено, функционируют как транс-действующие рибозимы. [11] Потеря домена специфичности в этих РНК предполагает потенциальное изменение специфичности субстрата.

Недавно утверждалось, что архебактерия Nanoarchaeum equitans не обладает РНКазой P. Компьютерные и экспериментальные исследования не смогли найти доказательств ее существования. В этом организме промотор тРНК близок к гену тРНК, и считается, что транскрипция начинается с первого основания тРНК, что устраняет необходимость в РНКазе P. [12]

У эукариотов

У эукариот , таких как человек и дрожжи , [13] большая часть РНКазы P состоит из цепи РНК, которая структурно аналогична цепи, обнаруженной у бактерий [14] , а также девяти-десяти связанных с ней белков (в отличие от единственного бактериального белка РНКазы P). , С5). [2] [15] Пять из этих белковых субъединиц гомологичны архейным аналогам. Эти белковые субъединицы РНКазы P являются общими с РНКазой MRP , [15] [16] [17] каталитическим рибонуклеопротеином, участвующим в процессинге рибосомальной РНК в ядрышке . [18] Лишь недавно было продемонстрировано, что РНКаза P эукариот является рибозимом. [19] Соответственно, многочисленные белковые субъединицы эукариальной РНКазы P сами по себе вносят незначительный вклад в процессинг тРНК, [20] хотя они, по-видимому, необходимы для функции РНКазы P и РНКазы MRP в других биологических параметрах, 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 РНКазы P на основе РНК. Было показано, что митохондриальная РНКаза P человека представляет собой белок и не содержит РНК . . [22] Также было показано, что РНКаза P хлоропластов шпината функционирует без субъединицы РНК. [23]

Терапия с использованием РНКазы P

РНКаза P в настоящее время 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 слитым геном. БЦР-АБЛ . [24] [28] Внешние направляющие последовательности (EGS) образуются комплементарно вирусной или онкогенной мРНК и структурам, имитирующим Т-петлю и акцепторный стебель тРНК . [26] Эти структуры позволяют РНКазе P распознавать EGS и расщеплять целевую мРНК. EGS-терапия показала свою эффективность в культуре и на живых мышах. [29]

Рекомендации

  1. ^ ab Герье-Такада С, Гардинер К, Марш Т, Пейс Н, Альтман С (декабрь 1983 г.). «Фрагмент РНК рибонуклеазы P является каталитической субъединицей фермента». Клетка . 35 (3, часть 2): 849–57. дои : 10.1016/0092-8674(83)90117-4. PMID  6197186. S2CID  39111511.
  2. ^ abc Джаррус Н., Райнер Р. (2007). «Человеческая РНКаза P: фермент, обрабатывающий тРНК, и фактор транскрипции». Исследования нуклеиновых кислот . 35 (11): 3519–24. doi : 10.1093/nar/gkm071. ЧВК 1920233 . ПМИД  17483522. 
  3. ^ ab Райнер Р., Бен-Асули Ю., Криловецкий И., Джаррус Н. (июнь 2006 г.). «Роль каталитического рибонуклеопротеина РНКазы P в транскрипции РНК-полимеразы III». Гены и развитие . 20 (12): 1621–35. дои : 10.1101/gad.386706. ПМЦ 1482482 . ПМИД  16778078. 
  4. ^ Эванс Д., Маркес С.М., Пейс Н.Р. (июнь 2006 г.). «РНКаза P: интерфейс мира РНК и белков». Тенденции биохимических наук . 31 (6): 333–41. doi :10.1016/j.tibs.2006.04.007. ПМИД  16679018.
  5. ^ Цай Х.И., Маскида Б., Бисвас Р., Вестхоф Э., Гопалан В. (январь 2003 г.). «Молекулярное моделирование трехмерной структуры бактериального холофермента РНКазы» (PDF) . Журнал молекулярной биологии . 325 (4): 661–75. дои : 10.1016/S0022-2836(02)01267-6. ПМИД  12507471.
  6. ↑ Рейтер, Нью-Джерси, Остерман А, Торрес-Лариос А, Свингер К.К., Пан Т, Мондрагон А (декабрь 2010 г.). «Структура бактериальной рибонуклеазы P холофермента в комплексе с тРНК». Природа . 468 (7325): 784–9. Бибкод : 2010Natur.468..784R. дои : 10.1038/nature09516. ПМК 3058908 . ПМИД  21076397. 
  7. ^ Маскида Б, Вестхоф Е (сентябрь 2011 г.). «РНКаза P: наконец-то ключ нашел свой замок». РНК . 17 (9): 1615–8. дои : 10.1261/rna.2841511. ПМК 3162327 . ПМИД  21803972. 
  8. ^ Холл Т.А., Браун Дж.В. (март 2002 г.). «Архейная РНКаза P имеет несколько белковых субъединиц, гомологичных эукариотическим белкам ядерной РНКазы P». РНК . 8 (3): 296–306. дои : 10.1017/S1355838202028492. ПМК 1370252 . ПМИД  12003490. 
  9. ^ Фукухара Х., Кифуса М., Ватанабэ М., Терада А., Хонда Т., Нумата Т. и др. (май 2006 г.). «Пятая субъединица белка Ph1496p повышает оптимальную температуру для активности рибонуклеазы P Pyrococcus horikoshii OT3». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 343 (3): 956–64. дои : 10.1016/j.bbrc.2006.02.192. ПМИД  16574071.
  10. ^ Цай Х.И., Пулуккунат Д.К., Возник В.К., Гопалан В. (октябрь 2006 г.). «Функциональное восстановление и характеристика РНКазы P Pyrococcus Furiosus». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (44): 16147–52. Бибкод : 2006PNAS..10316147T. дои : 10.1073/pnas.0608000103 . ПМЦ 1637551 . ПМИД  17053064. 
  11. ^ Аб Лай Л.Б., Чан П.П., Козен А.Е., Берник Д.Л., Браун Дж.В., Гопалан В., Лоу Т.М. (декабрь 2010 г.). «Открытие минимальной формы РНКазы P в Pyrobaculum». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (52): 22493–8. Бибкод : 2010PNAS..10722493L. дои : 10.1073/pnas.1013969107 . ПМК 3012483 . ПМИД  21135215. 
  12. ^ Рандау Л., Шредер И., Зёлль Д. (май 2008 г.). «Жизнь без РНКазы Р». Природа . 453 (7191): 120–3. Бибкод : 2008Natur.453..120R. дои : 10.1038/nature06833. PMID  18451863. S2CID  3103527.
  13. ↑ Рэндалл Манро перефразировал это как «Знаете, эукариоты, такие как закваска или Конан О'Брайен». ( Манро, Рэндалл (30 сентября 2022 г.). «16:25». Твиттер . Проверено 1 октября 2022 г. ).)
  14. ^ Маркес С.М., Чен Дж.Л., Эванс Д., Пейс Н.Р. (ноябрь 2006 г.). «Структура и функция эукариотической рибонуклеазы P РНК». Молекулярная клетка . 24 (3): 445–56. doi : 10.1016/j.molcel.2006.09.011. ПМК 1716732 . ПМИД  17081993. 
  15. ^ аб Чемберлен-младший, Ли Ю., Лейн В.С., Энгельке Д.Р. (июнь 1998 г.). «Очистка и характеристика комплекса ядерной РНКазы Ф-холофермента выявила обширное перекрытие субъединиц с РНКазой MRP». Гены и развитие . 12 (11): 1678–90. дои : 10.1101/gad.12.11.1678. ПМК 316871 . ПМИД  9620854. 
  16. ^ Салинас К., Вежбицкий С., Чжоу Л., Шмитт М.Э. (март 2005 г.). «Характеристика и очистка РНКазы Saccharomyces cerevisiae MRP выявили новый уникальный белковый компонент». Журнал биологической химии . 280 (12): 11352–60. дои : 10.1074/jbc.M409568200 . ПМИД  15637077.
  17. ^ Welting TJ, Kikkert BJ, ван Венрой В.Дж., Пруйн Г.Дж. (июль 2006 г.). «Дифференциальная ассоциация белковых субъединиц с комплексами РНКазы MRP и РНКазы P человека». РНК . 12 (7): 1373–82. дои : 10.1261/rna.2293906. ПМЦ 1484433 . ПМИД  16723659. 
  18. ^ Клейтон Д.А. (март 2001 г.). «Большое развитие для маленькой РНК». Природа . 410 (6824): 29–31. дои : 10.1038/35065191 . ПМИД  11242026.
  19. ^ Киковска Э, Свард С.Г., Кирсебом Л.А. (февраль 2007 г.). «Эукариотическая РНКаза P РНК опосредует расщепление в отсутствие белка». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (7): 2062–7. дои : 10.1073/pnas.0607326104 . ПМК 1892975 . ПМИД  17284611. 
  20. ^ Willkomm DK, Hartmann RK (июнь 2007 г.). «Важная часть мозаики РНКазы P раскрыта». Тенденции биохимических наук . 32 (6): 247–50. doi :10.1016/j.tibs.2007.04.005. ПМИД  17485211.
  21. ^ Гилл Т., Кай Т., Олдс Дж., Вежбицкий С., Шмитт М.Э. (февраль 2004 г.). «РНКаза MRP расщепляет мРНК CLB2, способствуя прогрессированию клеточного цикла: новый метод деградации мРНК». Молекулярная и клеточная биология . 24 (3): 945–53. дои : 10.1128/MCB.24.3.945-953.2004. ПМК 321458 . ПМИД  14729943. 
  22. ^ 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 . PMID  18984158. S2CID  476465.
  23. ^ Томас BC, Ли X, Гегенхаймер П. (апрель 2000 г.). «Хлоропластная рибонуклеаза P не использует механизм расщепления пре-тРНК рибозимного типа». РНК . 6 (4): 545–53. дои : 10.1017/S1355838200991465. ПМК 1369935 . ПМИД  10786845. 
  24. ^ abc Транг П., Ким К., Лю Ф (июнь 2004 г.). «Разработка рибозимов РНКазы P для генной и противовирусной терапии». Клеточная микробиология . 6 (6): 499–508. дои : 10.1111/j.1462-5822.2004.00398.x . PMID  15104592. S2CID  19365318.
  25. ^ Транг П., Килани А., Ли Дж., Сюй А., Лиу К., Ким Дж. и др. (август 2002 г.). «Рибозимы РНКазы P для изучения и лечения цитомегаловирусных инфекций человека». Журнал клинической вирусологии . 25 Приложение 2: С63-74. дои : 10.1016/s1386-6532(02)00097-5. ПМИД  12361758.
  26. ^ аб Дрейфус Д.Х., Томпкинс С.М., Фулейхан Р., Года Л.Ю. (декабрь 2007 г.). «Замалчивание генов в терапии гриппа и других респираторных заболеваний: нацеливание на РНКазу P с помощью внешних направляющих последовательностей (EGS)». Биологические препараты: мишени и терапия . 1 (4): 425–32. ПМК 2721295 . ПМИД  19707312. 
  27. ^ Цзэн В., Чен Ю.К., Бай Ю., Транг П., Ву Г.П., Лу С. и др. (26 декабря 2012 г.). «Эффективное ингибирование репликации вируса иммунодефицита человека 1 с помощью сконструированного рибозима РНКазы-при». ПЛОС ОДИН . 7 (12): е51855. Бибкод : 2012PLoSO...751855Z. дои : 10.1371/journal.pone.0051855 . ПМЦ 3530568 . ПМИД  23300569. 
  28. ^ Кобаледа С, Санчес-Гарсия I (февраль 2000 г.). «Ингибирование in vivo сайт-специфической каталитической субъединицей РНК РНКазы P, разработанной против онкогенных продуктов BCR-ABL: новый подход к лечению рака». Кровь . 95 (3): 731–7. doi :10.1182/blood.V95.3.731.003k28_731_737. ПМИД  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