Рибонуклеаза - Ribonuclease

рибонуклеаза
3agn.png
Ustilago sphaerogena Рибонуклеаза U2 с входом AMP PDB 3agn[1]
Идентификаторы
СимволРибонуклеаза
PfamPF00545
ИнтерПроIPR000026
SCOP21 млрд руб. / Объем / СУПФАМ

Рибонуклеаза (обычно сокращенно РНКаза) является разновидностью нуклеаза который катализирует деградация РНК на более мелкие компоненты. Рибонуклеазы можно разделить на эндорибонуклеазы и экзорибонуклеазы и включают несколько подклассов внутри классов ферментов EC 2.7 (для фосфоролитических ферментов) и 3.1 (для гидролитических ферментов).

Функция

Все изученные организмы содержат много РНКаз двух разных классов, что показывает, что деградация РНК - очень древний и важный процесс. Помимо очистки клеточной РНК, которая больше не требуется, РНКазы играют ключевую роль в созревании всех молекул РНК, как информационных РНК, несущих генетический материал для создания белков, так и некодирующих РНК, которые функционируют в различных клеточных процессах. Кроме того, активные системы деградации РНК являются первой защитой от вирусов РНК и обеспечивают базовый механизм для более продвинутых клеточных иммунных стратегий, таких как РНКи.

Некоторые клетки также секретируют большое количество неспецифических РНКаз, таких как A и T1. Следовательно, РНКазы чрезвычайно распространены, что приводит к очень короткой продолжительности жизни любой РНК, не находящейся в защищенной среде. Стоит отметить, что все внутриклеточные РНК защищены от активности РНКазы с помощью ряда стратегий, включая 5 'торцевая заглушка, 3 'конец полиаденилирование, и сворачивание внутри белкового комплекса РНК (рибонуклеопротеин частица или РНП).

Другой механизм защиты - это ингибитор рибонуклеазы (RI), который включает относительно большую долю клеточного белка (~ 0,1%) в некоторых типах клеток и который связывается с определенными рибонуклеазами с самым высоким сродством из всех белок-белковое взаимодействие; в константа диссоциации для комплекса РИ-РНКаза А составляет ~ 20 фМ в физиологических условиях. RI используется в большинстве лабораторий, изучающих РНК, чтобы защитить свои образцы от разложения РНКазами окружающей среды.

Похожий на рестрикционные ферменты, которые расщепляют высокоспецифичные последовательности двухцепочечных ДНК, разнообразие эндорибонуклеазы которые распознают и расщепляют специфические последовательности одноцепочечной РНК, были недавно классифицированы.

РНКазы играют решающую роль во многих биологических процессах, в том числе ангиогенез и несовместимость с самим собой в цветущие растения (покрытосеменные).[2][3] Многие токсины стресс-реакции прокариотических токсин-антитоксиновые системы было показано, что они обладают активностью РНКазы и гомология.[4]

Классификация

Основные типы эндорибонуклеаз

Структура РНКазы А
  • EC 3.1.27.5: РНКаза А это РНКаза, которая обычно используется в исследованиях. РНКаза А (например, рибонуклеаза А поджелудочной железы крупного рогатого скота: PDB: 2AAS) Является одним из самых выносливых ферментов, обычно используемых в лаборатории; один из методов его выделения - кипячение неочищенного клеточного экстракта до тех пор, пока все ферменты, кроме РНКазы А, не станут денатурированный. Он специфичен для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков C и U, в конечном итоге образуя 3'-фосфорилированный продукт через промежуточное соединение 2 ', 3'-циклический монофосфат.[5] Для своей активности не требует кофакторов. [6]
  • EC 3.1.26.4: РНКаза H представляет собой рибонуклеазу, которая расщепляет РНК в дуплексе ДНК / РНК с образованием оцДНК. РНКаза H является неспецифической эндонуклеазой и катализирует расщепление РНК посредством гидролитического механизма, которому способствует связанный с ферментом ион двухвалентного металла. РНКаза H оставляет 5'-фосфорилированный продукт.[7]
  • EC 3.1.26.3: РНКаза III представляет собой тип рибонуклеазы, которая отщепляет рРНК (16s рРНК и 23s рРНК) от транскрибированного оперона полицистронной РНК у прокариот. Он также переваривает двухцепочечную РНК (dsRNA) -Dicer семейства РНКаз, разрезая пре-миРНК (длиной 60–70 п.н.) в определенном месте и трансформируя ее в миРНК (22-30 п.н.), которая активно участвует в регуляции транскрипции и Время жизни мРНК.
  • Номер ЕС 3.1.26.-??: РНКаза L представляет собой индуцированную интерфероном нуклеазу, которая при активации разрушает всю РНК в клетке.
  • EC 3.1.26.5: РНКаза P представляет собой тип рибонуклеазы, который уникален тем, что рибозим - а рибонуклеиновая кислота который действует как катализатор так же, как фермент. Одна из его функций - отщепление лидерной последовательности от 5'-конца одноцепочечного пре-тРНК. РНКаза P является одним из двух известных в природе рибозимов с множественным оборотом (второй - рибосома ). У бактерий РНКаза P также отвечает за каталитическую активность холоферментов, которые состоят из апофермента, который образует активную ферментную систему в сочетании с коферментом и определяет специфичность этой системы для субстрата. Форма РНКазы P, которая является белок и не содержит РНК.[8]
  • Номер ЕС 3.1.??: РНКаза PhyM является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков A и U.
  • EC 3.1.27.3: РНКаза Т1 является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков G.
  • EC 3.1.27.1: РНКаза Т2 является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец всех 4 остатков, но предпочтительно 3'-конец As.
  • EC 3.1.27.4: РНКаза U2 является последовательностью, специфичной для одноцепочечных РНК. Он расщепляет 3'-конец непарных остатков А.
  • EC 3.1.27.8: РНКаза V специфичен для полиадениновой и полиуридиновой РНК.
  • EC 3.1.26.12: РНКаза E представляет собой рибонуклеазу растительного происхождения, которая модулирует SOS-ответы у бактерий для ответа на стресс повреждения ДНК путем активации механизма SOS с помощью RecA / LexA-зависимого пути передачи сигнала, который транскрипционно подавляет множество генов, приводя к остановке транзита деление клеток, а также начало восстановления ДНК. [9]
  • EC 3.1.26.-: РНКаза G Он участвует в процессинге 16'-конца 5s рРНК. Это связано с разделением хромосом и делением клеток. Считается одним из компонентов цитоплазматических пучков аксиальных нитей. Считается также, что он может регулировать формирование этой структуры.[10]

Основные типы экзорибонуклеаз

Специфичность РНКазы

Активный участок выглядит как рифтовая долина, где все остатки активного участка образуют стену и дно долины. рифт очень тонкий, а небольшой субстрат идеально подходит для середины активного центра, что обеспечивает идеальное взаимодействие с остатками. На самом деле он имеет небольшую кривизну в том месте, где есть субстрат. Хотя обычно большинство экзо- и эндорибонуклеаз не имеют специфической последовательности, в последнее время CRISPR Система / Cas, изначально распознающая и разрезающая ДНК, была сконструирована для расщепления оцРНК специфичным для последовательности образом.[11]

Загрязнение РНКазой во время экстракции РНК

В извлечение РНК в молекулярной биологии эксперименты сильно осложняются наличием повсеместных и выносливых рибонуклеаз, разрушающих образцы РНК. Некоторые РНКазы могут быть чрезвычайно выносливыми, и их сложно инактивировать по сравнению с нейтрализацией. ДНКазы. Помимо высвобождаемых клеточных РНКаз, в окружающей среде присутствует несколько РНКаз. В ходе эволюции РНКазы получили множество внеклеточных функций у различных организмов.[12][13][14] Например, РНКаза 7, член группы РНКаза А суперсемейство, секретируется кожей человека и служит мощной защитой от патогенов.[15][16] В этих секретируемых РНКазах ферментативная активность РНКазы может даже не быть необходимой для ее нового, Exapted функция. Например, иммунные РНКазы действуют, дестабилизируя клеточные мембраны бактерий.[17][18]

Рекомендации

  1. ^ Ногучи С. (июль 2010 г.). «Механизм изомеризации аспартата в изоаспартат, подразумеваемый структурами рибонуклеазы U2 Ustilago sphaerogena в комплексе с аденозин-3'-монофосфатом». Acta Crystallographica D. 66 (Пт 7): 843–9. Дои:10.1107 / S0907444910019621. PMID  20606265.
  2. ^ Sporn MB, Roberts AB (6 декабря 2012 г.). Факторы роста пептидов и их рецепторы II. Springer Science & Business Media. п. 556. ISBN  978-3-642-74781-6.
  3. ^ Рагхаван V (6 декабря 2012 г.). Биология развития цветковых растений. Springer Science & Business Media. п. 237. ISBN  978-1-4612-1234-8.
  4. ^ Ramage HR, Connolly LE, Cox JS (декабрь 2009 г.). «Комплексный функциональный анализ систем токсин-антитоксин Mycobacterium tuberculosis: значение для патогенеза, реакции на стресс и эволюции». PLoS Genetics. 5 (12): e1000767. Дои:10.1371 / journal.pgen.1000767. ЧВК  2781298. PMID  20011113.
  5. ^ Cuchillo CM, Nogués MV, Raines RT (сентябрь 2011 г.). «Рибонуклеаза поджелудочной железы крупного рогатого скота: пятьдесят лет первому механизму ферментативной реакции». Биохимия. 50 (37): 7835–41. Дои:10.1021 / bi201075b. ЧВК  3172371. PMID  21838247.
  6. ^ [1]
  7. ^ Новотны М (февраль 2009 г.). «Ретровирусное суперсемейство интегразы: структурная перспектива». EMBO отчеты. 10 (2): 144–51. Дои:10.1038 / embor.2008.256. ЧВК  2637324. PMID  19165139.
  8. ^ Хольцманн Дж., Франк П., Лёффлер Э., Беннетт К.Л., Гернер С., Россманиф В. (октябрь 2008 г.). «РНКаза P без РНК: идентификация и функциональное восстановление фермента процессинга митохондриальной тРНК человека». Клетка. 135 (3): 462–74. Дои:10.1016 / j.cell.2008.09.013. PMID  18984158.
  9. ^ Шамшер С. Канвар *, Пуранджан Мишра, Кхем Радж Мина, Шрути Гупта и Ракеш Кумар, Рибонуклеазы и их приложения, 2016 г., Журнал передовых биотехнологий и биоинженерии
  10. ^ Вачи М., Умицуки Г., Симидзу М., Такада А., Нагаи К. Ген cafA Escherichia coli кодирует новую РНКазу, обозначенную как РНКаза G, участвующую в процессинге 5'-конца 16S рРНК. Biochem Biophys Res Commun. 1999; 259 (2): 483-488. DOI: 10.1006 / bbrc.1999.0806
  11. ^ Тамулайтис Г., Казлаускене М., Манакова Е., Венцловас Ч., Нвокеоджи А.О., Дикман М.Дж., Хорват П., Сикснис В. (ноябрь 2014 г.). «Программируемое измельчение РНК системой CRISPR-Cas типа III-A Streptococcus thermophilus». Молекулярная клетка. 56 (4): 506–17. Дои:10.1016 / j.molcel.2014.09.027. PMID  25458845.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  12. ^ Россье О., Дао Дж., Чианчотто Н. П. (март 2009 г.). «Секретируемая РНКаза II типа Legionella pneumophila способствует оптимальному внутриклеточному инфицированию Hartmannella vermiformis». Микробиология. 155 (Pt 3): 882–90. Дои:10.1099 / мик.0.023218-0. ЧВК  2662391. PMID  19246759.
  13. ^ Лухтала Н., Паркер Р. (май 2010 г.). «Рибонуклеазы семейства Т2: древние ферменты с разнообразными ролями». Тенденции в биохимических науках. 35 (5): 253–9. Дои:10.1016 / j.tibs.2010.02.002. ЧВК  2888479. PMID  20189811.
  14. ^ Дайер К.Д., Розенберг Х.Ф. (ноябрь 2006 г.). «РНКазы - суперсемейство: генерация разнообразия и врожденная защита хозяина» (PDF). Молекулярное разнообразие. 10 (4): 585–97. Дои:10.1007 / s11030-006-9028-2. PMID  16969722.
  15. ^ Хардер Дж., Шредер Дж. М. (ноябрь 2002 г.). «РНКаза 7, новый противомикробный белок врожденной иммунной защиты здоровой кожи человека». Журнал биологической химии. 277 (48): 46779–84. Дои:10.1074 / jbc.M207587200. PMID  12244054.
  16. ^ Köten B, Simanski M, Gläser R, Podschun R, Schröder JM, Harder J (июль 2009 г.). «РНКаза 7 способствует кожной защите от Enterococcus faecium». PLOS ONE. 4 (7): e6424. Дои:10.1371 / journal.pone.0006424. ЧВК  2712763. PMID  19641608.
  17. ^ Хуанг Ю.К., Лин Ю.М., Чанг Т.В., Ву С.Дж., Ли Ю.С., Чанг М.Д., Чен С., Ву Ш., Ляо Ю.Д. (февраль 2007 г.). «Гибкие и сгруппированные остатки лизина человеческой рибонуклеазы 7 имеют решающее значение для проницаемости мембраны и антимикробной активности». Журнал биологической химии. 282 (7): 4626–33. Дои:10.1074 / jbc.M607321200. PMID  17150966.
  18. ^ Розенберг Х.Ф. (май 2008 г.). «Рибонуклеазы РНКазы А и защита хозяина: развивающаяся история». Журнал биологии лейкоцитов. 83 (5): 1079–87. Дои:10.1189 / jlb.1107725. ЧВК  2692241. PMID  18211964.

Источники

  • Д'Алессио Дж. И Риордан Дж. Ф., ред. (1997) Рибонуклеазы: структуры и функции, Academic Press.
  • Гердес К., Кристенсен С.К. и Лобнер-Олесен А. (2005). «Прокариотические токсин-антитоксиновые стрессовые реакции». Nat. Rev. Microbiol. (3) 371–382.

внешняя ссылка