Сестринский рибозим Twister - Twister sister ribozyme

Твистер-сестра
RF02681.svg
Идентификаторы
СимволТвистер-сестра
РфамRF02681
Прочие данные
РНК типГен; Рибозим
ИДТИGO: 0003824
ТАКТАК: 0000374
PDB структурыPDBe

В сестра-твистер рибозим (TS) представляет собой структуру РНК, которая катализирует собственное расщепление в определенном месте. Другими словами, это саморасасывающийся рибозим. Сестринский рибозим Twister был открыт с помощью биоинформатической стратегии. [1] как РНК, ассоциированной с генами, ассоциированными с рибозимами Twister и Hammerhead, или РАГАТ.

Сестринский рибозим Twister имеет возможное структурное сходство с рибозимы-твистеры.[1] Были отмечены некоторые поразительные сходства, но также и неожиданные различия, такие как отсутствие двух взаимодействий псевдоузлов в твистер-рибозиме.[1] Точный характер структурных взаимоотношений между рибозимами твистера и сестры твистера, если таковой имеется, не определен.

Открытие

Основная статья: Мотивы РНК RAGATH

Сестринский рибозим-твистер был обнаружен в результате биоинформатического поиска.[1] В этом исследовании был проведен поиск консервативных структур РНК рядом с известными рибозимами твистера и головки молотка, а также некоторых генов, кодирующих белок, на основании того факта, что многие рибозимы расположены рядом друг с другом и рядом с этими генетическими фрагментами. Позже они проверили активность саморасщепления 15 консервативных мотивов РНК, обнаруженных в этих областях. 3 из 15 мотивов РНК проявили активность саморасщепления, это был сестринский рибозим-твистер, пистолетный рибозим и рубить рибозим.[1]

Структура

Схематическая и третичная структура рибозима-твистера. Схема вторичной складки dC62-содержащего четырехкомпонентного соединительного рибозима-твистера. b Схема третичной складки на основе кристаллической структуры dC62-содержащего четырехкомпонентного соединительного твистер-сестринского рибозима. c Вид с ленты на структуру 2 Å четырехкомпонентного соединительного рибозима-твистера, имеющего цветовую кодировку, как показано на рисунках а и b. Ионы двухвалентных металлов, идентифицированные в третичной структуре, показаны зелеными шарами. d Высококонсервативные остатки (показаны красным) находятся в непосредственной близости за счет взаимодействия между частично закрытыми петлями L1 и SL4 в третичной складке сестринского рибозима.

Кристаллические структуры докаталитического состояния сестринских рибозимов-твистеров были решены двумя исследовательскими группами независимо.

Структура трехкомпонентного сестринского рибозима-твистера состоит из двух коаксиальных уложенных друг на друга спиральных секций, соединенных трехсторонним соединением и двумя третичными контактами.[2] Активный центр, ножничный фосфат, расположен в петле с квазигелевым характером в одной коаксиальной спирали со стопкой оснований. Пять ионов двухвалентных металлов координированы с лигандами РНК, один из которых непосредственно связан с C54 O2 ’рядом с подвижным фосфатом и обменивает внутренние молекулы воды с лигандами РНК.[2]

Кристаллическая структура сестринского рибозима-твистера с четырьмя соединениями отличается от рибозима с трехсторонним соединением с точки зрения дальнодействующего взаимодействия и структуры активного центра.[3] Активный сайт сестры-твистера с четырьмя путями соединения раздвигается за счет взаимодействия гуанина и ножничного фосфата. Кроме того, в этом рибозиме семь ионов двухвалентных металлов.[3]

Пока что нам известна только докаталитическая конформация сестринских рибозимов твистера. Понимание переходного состояния необходимо для объяснения взаимоотношений между твистер-рибозимом и твистер-сестринским рибозимом, а также структурных различий активного сайта между трех- и четырехсторонними соединительными сестринскими рибозимами.

Каталитический механизм

Как правило, нуклеолитические рибозимы расщепляют специфическую фосфодиэфирную связь с помощью SN2 механизм. O2 'действует как нуклеофил, атакующий соседний P, с O5 ’в качестве уходящей группы. Каталитические продукты представляют собой циклический 2 ’, 3’ фосфат и 5’-гидроксил.[4]

Каталитическая активность сестры твистера увеличивается с увеличением pH и зависит от иона двухвалентного металла. Скорость расщепления увеличивается в 10 раз с каждым увеличением единицы pH и достигает плато около pH 7.[2], что указывает на то, что 2-гидроксильная группа цитидина рядом с активным центром полностью депротонирована при pH 7 в рибозиме. Однако структурные основы каталитической активности все еще исследуются.

Сестра-твистер с трехкомпонентным соединением - это металлофермент. Вода внутренней сферы иона двухвалентного металла, связанного с C54 O2 ’действует как основное основание для депротонирования 2-гидроксильной группы, что делает ее более сильным нуклеофилом, но общая кислота, которая может стабилизировать уходящую оксианионную группу, остается неизвестной.[2] Этот механизм подтверждается экспоненциальной корреляцией между каталитической активностью и pKa гидратированного иона металла.

Рен и его коллеги считают, что сестра-твистер с четырьмя путями гуанин с аминогруппой, вероятно, играет роль в катализе, потому что мутации G5 приводят к очень низкой каталитической активности. Однако остается неясным, участвует ли гуанин непосредственно в катализе, поскольку он не является абсолютно консервативным. Установлено, что образование псевдоузла для четырехстороннего стыковочного ТС связано с высоким содержанием Mg.2+ зависит от проведения экспериментов SHAPE (селективное 2'-гидроксилацилирование, анализируемое с помощью удлинения праймера).[5]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Вайнберг З., Ким ПБ, Чен Т.Х., Ли С., Харрис К.А., Люнсе К.Э., Брейкер Р.Р. (август 2015 г.). «Новые классы саморасщепляющихся рибозимов, выявленные сравнительным геномным анализом». Природа Химическая Биология. 11 (8): 606–10. Дои:10.1038 / nchembio.1846. ЧВК  4509812. PMID  26167874.
  2. ^ а б c d Лю Ю., Уилсон Т.Дж., Лилли Д.М. (май 2017 г.). «Структура нуклеолитического рибозима, в котором используется каталитический ион металла». Природа Химическая Биология. 13 (5): 508–513. Дои:10.1038 / nchembio.2333. ЧВК  5392355. PMID  28263963.
  3. ^ а б Zheng L, Mairhofer E, Teplova M, Zhang Y, Ma J, Patel DJ, Micura R, Ren A (октябрь 2017 г.). «Структурные данные о саморасщеплении четырехкомпонентным рибозимом-твистером». Nature Communications. 8 (1): 1180. Дои:10.1038 / s41467-017-01276-у. ЧВК  5660989. PMID  29081514.
  4. ^ Рен А., Микура Р., Патель DJ (декабрь 2017 г.). «Структурные механистические открытия в катализе малыми саморасщепляющимися рибозимами». Современное мнение в области химической биологии. 41: 71–83. Дои:10.1016 / j.cbpa.2017.09.017. PMID  29107885.
  5. ^ Гассер С., Гебетсбергер Дж., Гебетсбергер М., Микура Р. (август 2018 г.). «ФОРМОВЫЕ зондирующие изображения Mg2 + -зависимого складывания малых саморасщепляющихся рибозимов». Исследования нуклеиновых кислот. 46 (14): 6983–6995. Дои:10.1093 / нар / gky555. ЧВК  6101554. PMID  29924364.