Деградосома — это мультипротеиновый комплекс, присутствующий в большинстве бактерий , который участвует в обработке рибосомальной РНК и деградации информационной РНК и регулируется некодирующей РНК . Она содержит белки РНК-хеликазу B , РНКазу E и полинуклеотидфосфорилазу . [1]
Запас клеточной РНК в клетках постоянно колеблется. Например, в Escherichia coli продолжительность жизни информационной РНК составляет от 2 до 25 минут, в других бактериях она может длиться дольше. Даже в покоящихся клетках РНК деградирует в устойчивом состоянии, а нуклеотидные продукты этого процесса позже повторно используются для новых раундов синтеза нуклеиновых кислот . Оборот РНК очень важен для регуляции генов и контроля качества.
Все организмы имеют различные инструменты для деградации РНК, например, рибонуклеазы, геликазы, 3'-концевые нуклеотидилтрансферазы (которые добавляют хвосты к транскриптам), ферменты кэпирования и декэпирования 5'-конца и различные РНК-связывающие белки, которые помогают моделировать РНК для представления в качестве субстрата или для распознавания. Часто эти белки объединяются в стабильные комплексы, в которых их действия координируются или кооперативны. Многие из этих белков метаболизма РНК представлены в компонентах многоферментной РНК-деградосомы Escherichia coli , которая состоит из четырех основных компонентов: гидролитической эндорибонуклеазы РНКазы E , фосфоролитической экзорибонуклеазы PNPase , АТФ-зависимой РНК-хеликазы (RhIB) и гликолитического фермента енолазы .
РНК-деградосому обнаружили в двух разных лабораториях, когда они работали над очисткой и характеристикой E. coli , РНКазы E и факторов, которые могли бы влиять на активность ферментов, разрушающих РНК, а именно, ПНФазы. Она была обнаружена во время изучения двух ее основных соединений.
Состав этого мультифермента может варьироваться в зависимости от организма. Мультипротеиновый комплекс РНК-деградосомы в E. coli состоит из 4 канонических компонентов:
Существуют некоторые альтернативные формы РНК-деградосомы с различными белками , о которых сообщалось. Дополнительные альтернативные компоненты деградосомы - это PcnB ( поли А-полимераза ) и РНК-хеликазы RhlE и SrmB. Другие альтернативные компоненты во время холодового шока включают РНК-хеликазу CsdA . Дополнительные альтернативные компоненты деградосомы во время стационарной фазы включают Rnr ( РНКазу R ) и предполагаемую РНК-хеликазу HrpA. Ppk ( полифосфаткиназа ) - это еще один компонент, который, как сообщалось, является частью комплекса, такой же, как РНК-шаперон Hfq, PAP ( простатическая кислая фосфатаза ), другие виды шаперонов и рибосомальных белков . Они были обнаружены в препаратах деградосомы, извлеченных из клеток E. coli . [4]
Структура РНК-деградосомы не такая жесткая, как кажется на рисунке, потому что это всего лишь модель, чтобы понять, как она работает. Структура РНК-деградосомы динамична, и каждый компонент взаимодействует с компонентами, которые находятся рядом с ним. Таким образом, структура похожа на молекулярный домен, где РНК может взаимодействовать как субстрат с каждым из компонентов, и когда это происходит, РНК действительно трудно вырваться из комплекса. [3]
РНК-деградосома — это огромная мультиферментная ассоциация, которая участвует в метаболизме РНК и посттранскрипционном контроле экспрессии генов у многочисленных бактерий, таких как Escherichia coli и Pseudoalteromonas haloplanktis . Мультибелковый комплекс также служит машиной для обработки структурированных предшественников РНК в ходе их созревания. [5] [6]
Считается, что РНК-хеликаза помогает в процессе деградации развивать структуру двойной спирали в петлях РНК-стебля. Иногда оценивается совместная очистка рРНК с деградосомой, что предполагает, что комплекс может принимать участие в деградации рРНК и мРНК. Существует очень мало четкой информации о роли деградосомы. Рассматривая этапы деградации транскрипта в E. coli , известно, что в первую очередь эндорибонуклеазы могут расщеплять субстраты, так что позже экзорибонуклеазы могут работать с продуктами. RhIB сам по себе имеет очень небольшую активность, но взаимодействие с РНКазой E может ее стимулировать. [7] Роль енолазы в процессе деградации РНК до сих пор должным образом не описана, по-видимому, она помогает комплексу быть более специфичным в процессе деградации. [8] [9]
Одним из особенно интригующих аспектов бактериальной РНК-деградосомы является наличие метаболических ферментов во многих изучаемых комплексов. Помимо фермента енолазы, присутствующего в деградосоме E. coli , в деградосомах C. crescentus и B. subtilis были идентифицированы метаболические ферменты аконитаза и фосфофруктокиназа соответственно. [10] [11] Причина присутствия этих ферментов в настоящее время неясна.
Этот многобелковый комплекс стимулируется некодирующей РНК , называемой miRNA в эукариотических клетках и sRNA в бактериях . Небольшие последовательности аминокислот обычно используются для нацеливания мРНК для ее разрушения. Отсюда есть два способа сделать это: нацеливание на область инициации трансляции (TIR) или кодирующую последовательность ДНК (CDS). Во-первых, для присоединения sRNA к целевой мРНК необходим Hfq ( белок- шаперон ). После того, как присоединение выполнено, если комплекс Hfq-sRNA заканчивается на TIR, он блокирует сайт связывания рибосомы (RBS), поэтому рибосомы не могут транслировать, и активирует нуклеазы (РНКазу E) для устранения мРНК. Другая возможность — это окончание на другом участке, что заставляет комплекс работать как конечная точка трансляции. Таким образом, рибосомы могут выполнять свою работу по декодированию, процесс, который останавливается, когда они прибывают в комплекс, где включается вся процедура разрушения. [5]
Процесс разрушения РНК очень сложен. Чтобы было легче понять, мы используем в качестве примера процедуру деградации мРНК в Escherichia coli, поскольку это наиболее известный процесс. Он опосредован в основном эндо- и рибонуклеазами. Ферменты РНКаза II и ПНФаза (полинуклеотидфосфорилаза) разрушают мРНК в направлении 3'→5'. Деградосома имеет 4 отсека, в которых находится несколько рибонуклеаз . Первоначально синтезированная РНК представляет собой полифосфатную структуру. Вот почему необходимо дефосфорилирование , чтобы получить монофосфат под действием РНК-пирофосфогидролазы PppH. Транскрипты состоят из двух частей: фосфатного конца (P-конца) и структуры стебля-петли в качестве конца. P-конец эндорибонуклеолитически расщепляется РНКазой E, в то время как стебель-петля расщепляется РНК-хеликазами. Если есть какие-либо вторичные структуры, производительность полимеразы PAP необходима для упрощения восстановления экзорибонуклеазами, такими как PNPase. Наконец, лоскуты обрабатываются олигорибонуклеазами.
Этот процесс аналогичен у других видов и отличается только изменениями в ферментативном аппарате. Например, bacillus subtilis вместо использования РНКазы E в качестве эндо-рибонуклеазы использует РНКазу Y или РНКазу J, а у архей для этой работы используется экзосома (везикула) . [5]
Деградосома, которая является динамической по конформации, изменчивой по составу и несущественной в определенных лабораторных условиях, тем не менее поддерживалась на протяжении всей эволюции многих видов бактерий ( Archaea , Eukaryote , Escherichia coli , Mitochondria и т. д.), скорее всего, из-за ее разнообразного вклада в глобальную клеточную регуляцию. Экспериментально было показано, что наличие деградосомы является селективным преимуществом для E. coli . [5]
Считалось, что деградосомоподобные структуры являются частью многих γ-протеобактрий и на самом деле были обнаружены в других отдаленных бактериальных линиях. Они построены на основе РНКазы E. Однако состав этих деградосомоподобных сборок не всегда одинаков, он может отличаться по некоторым белковым компонентам.
У людей и других животных E. coli является комменсалом в их кишечном тракте. Это один из наиболее изученных организмов в лабораториях, и он был полезной моделью для понимания генетической регуляции у бактерий и других доменов жизни. РНК-деградосома E. coli представляет собой структуру, которая играет разнообразные роли в метаболизме РНК. Она разделяет гомологичные компоненты и функциональную аналогию с подобными сборками, обнаруженными во всех доменах жизни. Одним из ее компонентов является АТФ -зависимый двигатель, который активируется посредством белок-белковых взаимодействий и взаимодействует с рибонуклеазами в энергозависимом режиме деградации РНК. [5]
У E. coli нет пути деградации 5'→3'. Ее мРНК не имеет 5'-кэпированных концов, и не известны никакие 5'→3' экзонуклеазы. То же самое происходит и с другими эубактериями, поэтому путь деградации 5'→3' может быть исключительной чертой эукариотических клеток. [7]