Укупорочный фермент - Capping enzyme

мРНК гуанилилтрансфераза
PDB 1ckm EBI
Идентификаторы
Номер ЕС2.7.7.50
Количество CAS56941-23-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum

А укупоривающий фермент (CE) - это фермент который катализирует прикрепление Крышка 5 футов к информационная РНК молекулы, которые находятся в процессе синтеза в ядро клетки на первых этапах экспрессия гена. Происходит добавление шапки транскрипционно, после выращивания РНК молекула содержит всего 25 нуклеотиды. Ферментативная реакция конкретно катализируется фосфорилированный карбокси-концевой домен (CTD) РНК-полимераза II. Следовательно, 5'-кэп специфичен для РНК, синтезируемых этой полимеразой, а не для РНК, синтезируемых РНК-полимераза I или же РНК-полимераза III. Пре-мРНК претерпевает ряд модификаций - 5 'укупорка, стыковка и 3' полиаденилирование прежде чем стать зрелой мРНК, которая выходит из ядро чтобы транслироваться в функциональные белки, и кэппирование 5'-конца является первой из этих модификаций. Три фермента, РНК трифосфатаза, гуанилилтрансфераза (или CE), и метилтрансфераза участвуют в добавлении метилированной 5'-кэпа к мРНК.

Формирование шапки

5'cap структура
5-футовая конструкция крышки

Укупорка - это трехэтапный процесс, в котором используется ферменты РНК-трифосфатаза, гуанилилтрансфераза и метилтрансфераза.[1][2] Посредством серии из трех шагов кэп добавляется к 5'-гидроксильной группе первого нуклеотида растущего мРНК прядь пока транскрипция все еще происходит.[1][3] Во-первых, 5'-трифосфатаза РНК гидролизует 5'-трифосфатную группу с образованием дифосфат-РНК. Затем добавление GMP гуанилилтрансферазой производит гуанозин колпачок. Наконец, РНК-метилтрансфераза переносит метильная группа к гуанозиновому кэпу, чтобы получить 7-метилгуанозиновый кэп, который присоединен к 5'-концу транскрипта.[1][3][4][5] Эти три фермента, вместе называемые укупорочными ферментами, способны только катализировать их соответствующие реакции при присоединении к РНК-полимеразе II, ферменту, необходимому для транскрипции ДНК в пре-мРНК. Когда достигается этот комплекс РНК-полимеразы II и кэппинговых ферментов, кэпирующие ферменты могут добавлять кэп к мРНК, пока она продуцируется РНК-полимеразой II.[6]

Функция

MRNAexportimage
Иллюстрация того, как мРНК обрабатывается для экспорта, начиная с процесса 5'кэппинга

Эукариотическая РНК должна претерпеть серию модификаций, чтобы быть экспортированной из ядро и успешно транслируется в функциональные белки, многие из которых зависят от кэппинга мРНК, и происходит первая модификация мРНК.[6][7] 5'-кэппинг необходим для стабильности мРНК, усиления процессинга мРНК, экспорта и трансляции мРНК.[1][7][8] После успешного кэппирования дополнительное событие фосфорилирования инициирует рекрутирование аппарата, необходимого для сплайсинга РНК, процесса, с помощью которого удаляются интроны с образованием зрелой мРНК.[6] Добавление кэпа к мРНК обеспечивает защиту транскрипту от экзонуклеаз, которые разрушают незащищенную РНК и помогают в процессе ядерного экспорта, так что мРНК может транслироваться с образованием белков.[1] Функция 5'-кэпа важна для максимальной экспрессии РНК.[1]

Структура

Кепирующий фермент входит в состав ковалентной нуклеотидилтрансферазы надсемейство, который также включает ДНК-лигазы и РНК-лигазы.[7][9][10][11] Ферменты этого суперсемейства имеют следующие общие черты:

  • Консервированные области, известные как мотивы I, II, III, IIIa, IV, V и VI, которые расположены в том же порядке и с одинаковым интервалом[7][9][11]
  • А лизин содержащий мотив KxDG (мотив I)[7][9]
  • А ковалентный промежуточный лизил-NMP[7][9]

Укупоривающий фермент состоит из двух домены, домен нуклеотидилтрансферазы (NTase) и C-концевой домен связывания олигонуклеотидов (OB).[7][10] Домен NTase, консервативный в кэпирующих ферментах, ДНК и РНК-лигазах, состоит из 5 мотивов: I, III, IIIa, IV и V.[7][10] Мотив I или KxDG представляет собой активный сайт, в котором образуется ковалентный (лизил) -N-GMP промежуточный продукт.[7][8][9][11] Оба домена NTase и OB претерпевают конформационные изменения, которые помогают в реакции кэппинга.[10]

Укупорочные ферменты находятся в ядро из эукариотический клетки.[8][12] В зависимости от организма укупорочный фермент может быть монофункциональным или бифункциональным. полипептид.[4][5] Гуанилилтрансферазы (Ceg1) Saccharomyces cerevisiae кодируется CEG1 ген и состоит из 459 аминокислот (53 кДа).[4][13] РНК-трифосфатаза (Cet1) представляет собой отдельную аминокислоту из 549 полипептид (80 кДа), закодированный CET1 ген.[4][13][14] Кепирующий фермент человека является примером бифункционального полипептида, который имеет как трифосфатазный (N-концевой), так и гуанилилтрансферазный (C-концевой) домены.[15][16] Человек мРНК гуанилилтрансфераза домен кэпирующего фермента состоит из семи спирали и пятнадцать β нити которые сгруппированы в три, пять и семь нитей, расположенных антипараллельно β листы.[15] Структура фермента состоит из трех субдоменов, называемых шарниром, основанием и крышкой.[15] В GTP сайт связывания расположен между шарниром и базовым доменом.[15] Крышка определяет конформацию активный сайт расщелина, которая состоит из сайта связывания GTP, фосфоамида, связывающего лизин и окружающие остатки.[15] Домен гуанилилтрансферазы связан с доменом трифосфатазы через структуру гибкой петли из 25 аминокислот.[15]

Влияние активности фермента

Сплайсинг зависит от наличия 7-метилгуанозинового кэпа. Дефект сплайсинга может возникать в результате мутации (ов) гуанилитрансферазы, которая может подавлять активность фермента, предотвращая образование кэпа. Однако серьезность эффекта зависит от мутации гуанлилтрансферазы.[1] Кроме того, гуанилилтрансфераза снимает репрессию транскрипции, опосредованную NELF.[1][17] NELF вместе с DSIF предотвращает удлинение транскрипции.[1][5] Таким образом, мутации в ферменте могут влиять на удлинение транскрипции.[1]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j Cowling VH (декабрь 2009 г.). «Регулирование метилирования мРНК cap». Биохимический журнал. 425 (2): 295–302. Дои:10.1042 / BJ20091352. ЧВК  2825737. PMID  20025612.
  2. ^ Мандал СС, Чу С., Вада Т., Ханда Х., Шаткин А.Дж., Рейнберг Д. (май 2004 г.). «Функциональные взаимодействия РНК-кэпирующего фермента с факторами, которые положительно и отрицательно регулируют ускользание промотора с помощью РНК-полимеразы II». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (20): 7572–7. Дои:10.1073 / pnas.0401493101. ЧВК  419647. PMID  15136722.
  3. ^ а б Фабрега С., Хаусманн С., Шен В., Шуман С., Лима CD (январь 2004 г.). «Структура и механизм мРНК кэп (гуанин-N7) метилтрансферазы». Молекулярная клетка. 13 (1): 77–89. Дои:10.1016 / с1097-2765 (03) 00522-7. PMID  14731396.
  4. ^ а б c d Хо С.К., Шрисканда В., Маккракен С., Бентли Д., Швер Б., Шуман С. (апрель 1998 г.). «Гуанилилтрансферазный домен фермента, улавливающего мРНК млекопитающих, связывается с фосфорилированным карбоксильным концевым доменом РНК-полимеразы II». Журнал биологической химии. 273 (16): 9577–85. Дои:10.1074 / jbc.273.16.9577. PMID  9545288.
  5. ^ а б c Kim HJ, Jeong SH, Heo JH, Jeong SJ, Kim ST, Youn HD, Han JW, Lee HW, Cho EJ (июль 2004 г.). «Активность фермента кэпинга мРНК связана с ранним удлинением транскрипции». Молекулярная и клеточная биология. 24 (14): 6184–93. Дои:10.1128 / MCB.24.14.6184-6193.2004. ЧВК  434235. PMID  15226422.
  6. ^ а б c Уотсон Дж. (8 апреля 2014 г.). Молекулярная биология гена. Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. С. 429–455. ISBN  9780321762436.
  7. ^ а б c d е ж грамм час я Гош А., Лима, компакт-диск (июль – август 2010 г.). «Энзимология синтеза РНК-кэпа». Междисциплинарные обзоры Wiley: РНК. 1 (1): 152–72. Дои:10.1002 / wrna.19. ЧВК  3962952. PMID  21956912.
  8. ^ а б c Вен И, Юэ З, Шаткин А. Дж. (Октябрь 1998 г.). «Кепирующий фермент млекопитающих связывает РНК и использует механизм протеинтирозинфосфатазы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 95 (21): 12226–31. Дои:10.1073 / пнас.95.21.12226. ЧВК  22813. PMID  9770468.
  9. ^ а б c d е Шуман С., Швер Б. (август 1995 г.). «Фермент кэпирования РНК и ДНК-лигаза: суперсемейство ковалентных нуклеотидилтрансфераз». Молекулярная микробиология. 17 (3): 405–10. Дои:10.1111 / j.1365-2958.1995.mmi_17030405.x. PMID  8559059.
  10. ^ а б c d Гу М., Раджашанкар К.Р., Лимский компакт-диск (февраль 2010 г.). «Структура кэпирующего аппарата мРНК Saccharomyces cerevisiae Cet1-Ceg1». Структура. 18 (2): 216–27. Дои:10.1016 / j.str.2009.12.009. ЧВК  2877398. PMID  20159466.
  11. ^ а б c Ван С.П., Дэн Л., Хо К.К., Шуман С. (сентябрь 1997 г.). «Филогения кэпирующих ферментов мРНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 94 (18): 9573–8. Дои:10.1073 / пнас.94.18.9573. ЧВК  23221. PMID  9275164.
  12. ^ "O60942 (MCE1_HUMAN)".
  13. ^ а б Чо Э.Дж., Такаги Т., Мур С.Р., Буратовски С. (декабрь 1997 г.). «Кепирующий фермент мРНК рекрутируется в комплекс транскрипции путем фосфорилирования карбоксиконцевого домена РНК-полимеразы II». Гены и развитие. 11 (24): 3319–26. Дои:10.1101 / gad.11.24.3319. ЧВК  316800. PMID  9407025.
  14. ^ Шибагаки Ю., Ито Н., Ямада Х, Нагата С., Мизумото К. (май 1992 г.). «Фермент кэпирования мРНК. Выделение и характеристика гена, кодирующего субъединицу мРНК гуанилитрансферазы из Saccharomyces cerevisiae». Журнал биологической химии. 267 (14): 9521–8. PMID  1315757.
  15. ^ а б c d е ж Чу С., Дас К., Тыминский Дж. Р., Бауман Дж. Д., Гуан Р., Цю В., Монтелионе ГТ, Арнольд Э, Шаткин А. Дж. (Июнь 2011 г.). «Структура гуанилилтрансферазного домена фермента, укрывающего мРНК человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108 (25): 10104–8. Дои:10.1073 / pnas.1106610108. ЧВК  3121809. PMID  21636784.
  16. ^ Крамер П., Сребров А., Каденер С., Вербадж С., де ла Мата М., Мелен Дж., Ногес Дж., Корнблихтт АР (июнь 2001 г.). «Координация транскрипции и обработки пре-мРНК». Письма FEBS. 498 (2–3): 179–82. Дои:10.1016 / s0014-5793 (01) 02485-1. PMID  11412852.
  17. ^ Канеко С., Чу С., Шаткин А.Дж., Мэнли Дж.Л. (ноябрь 2007 г.). «Кепирующий фермент человека способствует образованию транскрипционных петель R in vitro». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 104 (45): 17620–5. Дои:10.1073 / pnas.0708866104. ЧВК  2077024. PMID  17978174.