VS рибозим - VS ribozyme

Димер рибозима VS из Нейроспора. Мономер 1 - белый, мономер 2 - серый. Магний ионы желтого цвета, калий ионы фиолетовым цветом. (PDB: 4r4v​)

В Сателлит Варкуд (VS) рибозим является РНК фермент который выполняет расщепление фосфодиэфирная связь.[1][2]

Вступление

Спутник Варкуд (ВС) рибозим является крупнейшим нуклеолическим рибозимом, который, как обнаружено, встроен в VS РНК. VS РНК - это длинная некодирующая РНК существует как сателлитная РНК и обнаруживается в митохондриях Варкуда-1С и некоторых других штаммов Нейроспора. Рибозим VS содержит свойства как каталитических РНК, так и группы 1 интроны.[3] Рибозим VS обладает активностью как расщепления, так и лигирования и может эффективно выполнять реакции как расщепления, так и лигирования в отсутствие белков. VS рибозим подвергаются горизонтальный перенос генов с другими штаммами Neurospora.[4] Рибозимы VS 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 стеблевая петля II-VI образует каталитический домен. Когда эти 2 домена синтезируются в пробирка по отдельности они могут осуществлять реакцию саморасщепления за счет трансакционный[5] Субстрат соединяется в щель, образованную двумя спиралями. Вероятным активным центром 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 мультимерная стенограмма из VS ДНК. VS ДНК содержит кодирующую область обратная транскриптаза необходим для репликации VS РНК. После транскрибирования VS РНК подвергается сайт-специфическому расщеплению. VS РНК саморасщепляется по определенной фосфодиэфирной связи с образованием мономерных и нескольких мутимерных транскриптов. Эти транскрипты затем подвергаются самолигированию и образуют кольцевую VS-РНК.[7] Эта кольцевая VS-РНК является преобладающей формой VS, обнаруживаемой в Neurospora. VS-рибозим представляет собой небольшой каталитический мотив, встроенный в эту кольцевую VS-РНК. Большая часть VS РНК состоит из 881 нуклеотиды [7]

Структура рибозима

Вторичная структура рибозима VS. Петли пронумерованы, спирали с парами оснований отмечены красным.
Третичная структура рибозима VS. Петли пронумерованы, спирали с парами оснований отмечены красным. (PDB: 4r4v​)

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 репликация.[8] Н-образная структура рибозима организована двумя трехсторонними соединениями, которые определяют общую складку рибозима. Уникальной особенностью структуры рибозима является то, что даже если большая часть спирали IV и дистальный конец спирали VI будет удалена, существенной потери активности не будет.[9] Однако, если бы длины спиралей III и V были изменены, это привело бы к значительной потере 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 уменьшению потери активности расщепления, но не происходит значительных изменений в укладке рибозима. Другой мутации которые влияют 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 действует как стыковочная станция, где он прикрепляет подсостояние к 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 шпилька рибозим. 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, совершенно очевидно, и что A756 играет важную роль в его активности. Реакция расщепления работает по SN2 механизма реакции. 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 путем протанирования. 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-щелочном катализе, где ионы металлов могут действовать как Кислота Льюиса которые поляризуют фосфатные атомы кислорода. Другим важным фактором скорости реакции лигирования является зависимость от pH, которая соответствует pKa 5,6, которая не является фактором реакции расщепления. Эта конкретная зависимость требует протанированного основания в положении A756 рибозима.

Другой предлагаемой каталитической стратегией является стабилизация пентаковалентного фосфата реакционного переходного состояния. Этот механизм, вероятно, будет включать образование водородных связей, как это видно на шпильке рибозима. [12] Кроме того, близость групп активных центров друг к другу и их ориентация в пространстве будет способствовать каталитическому механизму. Это может сблизить переходное состояние и субстрат для возникновения реакции посылки.

Катализаторы

Очень высокая концентрация двухвалентного и моновалентного катиона увеличивает эффективность реакции расщепления. Эти катионы облегчают спаривание 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 Rybozyme 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]

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ а б Сэвилл Б.Дж., Коллинз Р.А. (1990). «Сайт-специфическая реакция саморасщепления, выполняемая новой РНК в рибозимах Neurospora». Клетка. 61 (4): 685–696. Дои:10.1016/0092-8674(90)90480-3. PMID  2160856.
  2. ^ а б Лилли DM (февраль 2004 г.). «Спутниковый рибозим Варкуд». РНК. 10 (2): 151–158. Дои:10.1261 / rna.5217104. ЧВК  1370526. PMID  14730013.
  3. ^ а б Уолтер, Нильс Джи; Беркер, Джон М. (1998). «Рибозим шпильки: структура, сборка и катализ». Современное мнение в области химической биологии. 2 (1): 24–30. Дои:10.1016 / S1367-5931 (98) 80032-X. PMID  9667918.
  4. ^ Сэвилл, Барри Дж .; Коллинз, Ричард А. (май 1990 г.). «Сайт-специфическая реакция саморасщепления, выполняемая новой РНК в митохондриях нейроспоры». Клетка. 61 (4): 685–696. Дои:10.1016/0092-8674(90)90480-3. PMID  2160856.
  5. ^ Hoffmann, B; Митчелл, GT; Гендрон, П; Major, F; Андерсен, АА; 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. Дои:10.1073 / pnas.0832440100. ЧВК  165820. PMID  12782785.
  6. ^ Джонс, Фатима Д .; Штробель, Скотт А. (2003). "Ионизация критического остатка аденозина в активном сайте рибозима-сателлита Варкуд". Биохимия. 42 (14): 4265–4276. Дои:10.1021 / bi020707t. PMID  12680781.
  7. ^ а б Холленберг, Мэриленд (1979). Эпидермальный фактор роста урогастрон, полипептид, приобретающий гормональный статус. Витамины и гормоны. 37. Нью-Йорк. С. 69–110. Дои:10.1016 / s0083-6729 (08) 61068-7. ISBN  978-0-12-709837-1. PMID  398091.
  8. ^ Кеннелл, JC (1 февраля 1995 г.). «Каталитическая РНК VS реплицируется посредством обратной транскрипции как спутник ретроплазмиды». Genes Dev. 9 (3): 294–303. Дои:10.1101 / gad.9.3.294. PMID  7532606.
  9. ^ а б Лафонтен, Д.А. (15 мая 2002 г.). «Глобальная структура рибозима VS». Журнал EMBO. 21 (10): 2461–2471. Дои:10.1093 / emboj / 21.10.2461. ЧВК  126006. PMID  12006498.
  10. ^ 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. Дои:10.1006 / jmbi.1998.2049. PMID  9743623.
  11. ^ McLeod, Aileen C .; Лилли, Дэвид М. Дж. (2004). «Эффективное pH-зависимое лигирование РНК рибозимом VS в транс». Биохимия. 43 (4): 1118–1125. Дои:10.1021 / bi035790e. PMID  14744158. Получено 2014-10-15.
  12. ^ Руперт, Питер; Мэсси, Арчна; Сигурдссон, Снорри; Ферре-Д'Амаре, Адриан (10 октября 2002 г.). «Стабилизация переходного состояния каталитической РНК». Наука. 298 (5597): 1421–1424. Дои:10.1126 / science.1076093. PMID  12376595.