WikiDer > Мотив РНК CrcB

CrcB RNA motif
crcB РНК-мотив
CrcB-RNA.svg
Консенсусная вторичная структура crcB РНК
Идентификаторы
СимволcrcB РНК
РфамRF01734
Прочие данные
РНК типСнг; рибопереключатель
Домен (ы)Прокариота
PDB структурыPDBe

В crcB Мотив РНК (теперь называется фторидный рибопереключатель) является сохраняющимся РНК структура идентифицирована биоинформатика в самых разных бактерии и археи.[1] Позже было показано, что эти РНК функционируют как рибопереключатели это чувство фторид ионы.[2] Эти «фторидные рибопереключатели» увеличивают экспрессию нижестоящих генов при повышении уровня фторида, и предполагается, что эти гены помогают смягчить токсические эффекты очень высоких уровней фторида.

Предполагается, что эти фторидные рибопереключатели регулируют многие гены. Два из наиболее распространенных кодируют белки, которые, как предполагается, функционируют, удаляя фторид из клетки. Эти белки представляют собой белки CrcB и специфичный для фторида подтип хлоридных каналов, называемый EriC.F или ClCF. ClCF белки, как было показано, функционируют как фторид-специфический фторид /протон антипортеры.[3]

Трехмерная структура фторидного рибопереключателя была решена с атомным разрешением с помощью рентгеновской кристаллографии.[4]

Фторидные рибопереключатели обнаружены у многих организмов в доменах бактерии и археи, что указывает на то, что многие из этих организмов иногда встречаются с повышенным уровнем фторида. Особый интерес представляет Streptococcus mutans, основная причина кариес. Было показано, что фторид натрия ингибирует скорость роста S. mutans использование глюкозы в качестве источника энергии и углерода.[5] Однако следует также отметить, что многие организмы, которые не сталкиваются с фтором в ротовой полости человека, несут фторидные рибопереключатели или гены устойчивости.

Открытие фторидного рибопереключателя

Идентичность фторида как лиганда рибопереключателя была обнаружена случайно, когда соединение, загрязненное фторидом, вызвало значительные конформационные изменения в некодирующем crcB Мотив РНК во время поточного зондирования.[2] Проточное зондирование использовалось для освещения вторичной структуры crcB Мотив РНК и структурные изменения, связанные с возможным связыванием со специфическими метаболиты или ионы.[6] Результаты исследования показали, что добавление возрастающих концентраций фторид-иона подавляло определенные области спонтанного расщепления РНК и усиливало другие области. Эти нуклеотидные области в crcB Мотив РНК играет важную роль в аптамер область связывания для фторида.[2]

После связывания фторид-ионов фторидный рибопереключатель показал регуляцию транскрипции нижележащих генов.[2] Эти нижестоящие гены транскрибируют чувствительные к фториду ферменты. [2] такие как энолаза, пирофосфатаза, предполагаемый экспортер фторидов CrcB и суперсемейство мембранных белков CLC под названием EricF белки.[3] CLCF Было показано, что белки действуют как переносчики фторидов против токсичности фторидов.[3] В ЭрикF ген является мутантной версией гена хлоридного канала, который встречается у бактерий реже, чем хлористый-конкретный гомологи, но тем не менее обнаруживается в геноме Streptococcus mutans.[7] ЭрикF белок, в частности, несет в своих каналах определенные аминокислоты, которые нацелены на фторид-анионы, тогда как обычный белок Эрика предпочитает хлорид ионам фтора.[2]

Структура фторидного рибопереключателя

Изображение трехмерной структуры фторидного рибопереключателя, связанного с фторид-ионом (пурпурная сфера), направляемая ионами Mg2 + (три оранжевые сферы в центре).

Открытие фторидного рибопереключателя было неожиданным, поскольку и фторид-ионы, и crcB Фосфатные группы РНК заряжены отрицательно и не должны связываться друг с другом.[2] Предыдущие исследования натолкнулись на этот вопрос при выяснении рибопереключателя тиаминпирофосфата (TPP). В Рибровыключатель TPP структура показала помощь двух гидратированных Mg2+ ионы, которые помогают стабилизировать связь между фосфатами TPP и гуаниновыми основаниями РНК.[8][9] Это исследование помогает охарактеризовать собственное взаимодействие фторидного рибопереключателя с фторидом и его структуру. Посредством поточного зондирования и мутационных исследований было установлено, что фторидный рибопереключатель организма Thermotoga petrophila имеет два спиральных стебля, к которым примыкает спиральная петля, способная стать псевдоузел.[10] Связанный фторидный лиганд находится в центре складки рибопереключателя и окружен тремя Mg2+ ионы. Mg2+ ионы октаэдрически координируются с пятью фосфатами внешнего скелета и молекулами воды, образуя специальный карман для метаболита, координирующий связывание фторидного лиганда. Размещение Mg2+ ионы помещают фторид-ион в отрицательно заряженный crcB Каркас РНК.[10]

Биологическое значение

Влияние концентрации NaF на рост клеток E.coli.

В земной коре фторид является 13-м по содержанию элементом.[2] Он обычно используется в продуктах для ухода за полостью рта и в воде.[2] Фторид действует как отвердитель с эмаль основание на зубах, реминерализация и защита их от агрессивных кислот и бактерий в полости рта.[11] Кроме того, его значение заключается в воздействии токсичности фторида в высоких концентрациях на бактерии, особенно те, которые вызывают кариес. Давно известно, что многие виды инкапсулируют сенсорную систему для токсичных металлов, таких как кадмий и серебро.[2] Однако сенсорная система против фторида осталась неизвестной. Фторидный рибопереключатель проясняет бактериальный защитный механизм в противодействии токсичности высоких концентраций фтора путем регулирования последующих генов рибопереключателя при связывании фторидного лиганда.[2] Дальнейшее выяснение механизма того, как бактерии защищают себя от токсичности фтора, может помочь изменить механизм, чтобы сделать меньшие концентрации фтора еще более смертоносными для бактерий. Кроме того, фторидный рибопереключатель и нижестоящие регулируемые гены могут быть потенциальными мишенями для разработки лекарств в будущем. В целом, эти достижения помогут сделать фтор и будущие лекарства сильными защитниками от болезней полости рта.

использованная литература

  1. ^ Вайнберг З., Ван Дж. Х, Бог Дж. И др. (Март 2010 г.). «Сравнительная геномика обнаруживает 104 кандидата структурированных РНК из бактерий, архей и их метагеномов». Геном Биол. 11 (3): R31. Дои:10.1186 / gb-2010-11-3-r31. ЧВК 2864571. PMID 20230605.
  2. ^ а б c d е ж г час я j k Бейкер Дж. Л., Сударсан Н., Вайнберг З. и др. (Январь 2012 г.). «Широко распространенные генетические переключатели и белки устойчивости к токсичности для фторида». Наука. 335 (6065): 233–235. Дои:10.1126 / science.1215063. ЧВК 4140402. PMID 22194412.
  3. ^ а б c Стокбридж, РБ; Lim HH; Otten R; Уильямс C; Шейн Т; Вайнберг З; Миллер С. (18 сентября 2012 г.). «Устойчивость к фторидам и транспорт антипортерами CLC, контролируемыми рибопереключателем». Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (38): 15289–15294. Дои:10.1073 / pnas.1210896109. ЧВК 3458365. PMID 22949689.
  4. ^ Рен А., Раджашанкар К.Р., Патель DJ (июнь 2012 г.). «Инкапсуляция иона фтора ионами Mg2 + и фосфатами во фторидном рибопереключателе». Природа. 486 (7401): 85–89. Дои:10.1038 / природа11152. ЧВК 3744881. PMID 22678284.
  5. ^ Йост, К. Г.; ВанДемарк, П. Дж. (Май 1978 г.). «Подавление роста Streptococcus mutans и Leuconostoc mesenteroides фторидом натрия и ионным оловом». Прикладная и экологическая микробиология. 35 (5): 920–924. ЧВК 242953. PMID 655708.
  6. ^ Регульский, Э. Разрушитель RR (2008). Анализатор рибопереключателей на линии. Методы молекулярной биологии. Методы молекулярной биологии ™. 419. стр.53–67. Дои:10.1007/978-1-59745-033-1_4. ISBN 978-1-58829-783-9. PMID 18369975.
  7. ^ Брейкер, Р.Р. (10 февраля 2012 г.). «Новое понимание реакции бактерий на фторид». Исследование кариеса. 46 (1): 78–81. Дои:10.1159/000336397. ЧВК 3331882. PMID 22327376. Получено 25 февраля 2013.
  8. ^ Серганов А; Полонская А; Phan AT; Выключатель RR; Патель DJ (29 июня 2006 г.). «Структурная основа регуляции генов с помощью рибопереключателя, чувствительного к тиаминпирофосфату». Природа. 441 (7097): 1167–1171. Дои:10.1038 / природа04740. ЧВК 4689313. PMID 16728979.
  9. ^ Тор, S; Leibundgut M; Ban N (26 мая 2006 г.). «Структура рибопереключателя тиаминпирофосфата эукариот с его регуляторным лигандом». Наука. 312 (5777): 1208–1211. Дои:10.1126 / science.1128451. PMID 16675665.
  10. ^ а б Рен, А; Раджашанкар КР; Патель DJ (13 мая 2012 г.). "Инкапсуляция фторид-иона Mg2+ ионы и фосфаты во фторидном рибопереключателе ". Природа. 486 (7401): 85–89. Дои:10.1038 / природа11152. ЧВК 3744881. PMID 22678284.
  11. ^ Вольфганг, Арнольд; Андреас Доров; Стефани Лангенхорст; Зено Гинтнер; Йолан Баноци; Питер Генглер (15 июня 2006 г.). «Влияние фторсодержащих зубных паст на деминерализацию эмали». BMC Здоровье полости рта. 6 (8): 8. Дои:10.1186/1472-6831-6-8. ЧВК 1543617. PMID 16776820.