WikiDer > Четвертичная структура нуклеиновой кислоты

Nucleic acid quaternary structure
Первичная структура нуклеиновой кислотыВторичная структура нуклеиновой кислотыТретичная структура нуклеиновой кислотыЧетвертичная структура нуклеиновой кислоты
Изображение выше содержит интерактивные ссылки
Интерактивное изображение из структура нуклеиновой кислоты (первичный, вторичный, третичный и четвертичный) с использованием Спирали ДНК и примеры из VS рибозим и теломераза и нуклеосома. (PDB: ADNA, 1BNA, 4OCB, 4R4V, 1YMO, 1EQZ​)
ДНК извивается и обвивается вокруг гистоновых белков, чтобы конденсироваться в хроматин.

Нуклеиновая кислота четвертичная структура относится к взаимодействиям между отдельными молекулами нуклеиновой кислоты, или между молекулами нуклеиновой кислоты и белками. Концепция аналогична четвертичная структура белка, но поскольку аналогия не идеальна, этот термин используется для обозначения ряда различных концепций нуклеиновых кислот и встречается реже.[1] Аналогично другие биомолекулы Такие как белки, нуклеиновые кислоты имеют четыре уровня структурного устройства: начальный, вторичный, высшее, и четвертичная структура. Первичная структура - это линейная последовательность нуклеотидывторичная структура включает небольшие локальные сворачивающиеся мотивы, а третичная структура представляет собой трехмерную свернутую форму молекулы нуклеиновой кислоты. В общем, четвертичная структура относится к трехмерным взаимодействиям между несколькими подразделения. В случае нуклеиновых кислот четвертичная структура относится к взаимодействиям между множественными молекулами нуклеиновых кислот или между нуклеиновыми кислотами и белками. Четвертичная структура нуклеиновой кислоты важна для понимания ДНК, РНК, и экспрессия гена потому что четвертичная структура может повлиять на функцию. Например, когда ДНК упакован в хроматин, поэтому проявляя тип четвертичной структуры, транскрипция гена будет заблокировано.

ДНК

Четвертичная структура ДНК используется для обозначения связывания ДНК к гистоны формировать нуклеосомы, а затем их организацию в более высокие хроматин волокна.[2] Четвертичная структура ДНК сильно влияет на доступность последовательности ДНК для человека. аппаратура транскрипции за выражение генов. Четвертичная структура ДНК изменяется с течением времени, поскольку участки ДНК конденсируются или подвергаются транскрипции. Этот термин также использовался для описания иерархической сборки строительных блоков искусственных нуклеиновых кислот, используемых в ДНК-нанотехнологии.[3]

Четвертичная структура ДНК относится к образованию хроматина. Поскольку человеческий геном настолько велик, что ДНК должна быть конденсирована в хроматин, который состоит из повторяющихся единиц, известных как нуклеосомы. Нуклеосомы содержат ДНК и белки, называемые гистоны. Ядро нуклеосомы обычно содержит около 146 пар оснований ДНК, обернутых вокруг октамер гистонов.[4] Гистоновый октамер состоит из восьми общих гистоновых белков, по два каждого из следующих белков: H2A, H2B, H3 и H4.[5] Гистоны в первую очередь отвечают за формирование нуклеосом, поэтому вносят существенный вклад в структуру хроматина.[4] Гистоновые белки заряжены положительно и, следовательно, могут взаимодействовать с отрицательно заряженным фосфатным остовом ДНК.[5] Одна часть ядер гистоновых белков, известная как гистоновые хвостовые домены, чрезвычайно важна для сохранения плотно обернутой нуклеосомы и придания нуклеосоме вторичной и третичной структуры. Это связано с тем, что хвостовые домены гистонов участвуют во взаимодействиях между нуклеосомами. Линкерный гистон или белок H1 также участвует в поддержании структуры нуклеосом. Белок H1 играет особую роль в обеспечении плотной замотки ДНК.[4]

Модификации гистоновых белков и их ДНК классифицируются как четвертичные структуры. Конденсированный хроматин, гетерохроматин, предотвращает транскрипцию генов. Другими словами, факторы транскрипции не может получить доступ к ране ДНК-[6] Это в отличие от эухроматин, который деконденсируется и, следовательно, легко доступен для транскрипционного аппарата. Метилирование ДНК нуклеотидам влияет на четвертичную структуру хроматина. Сильно метилированные нуклеотиды ДНК чаще встречаются в гетерохроматине, тогда как неметилированные нуклеотиды ДНК распространены в эухроматине. Более того, посттрансляционные модификации могут быть внесены в основные гистоновые хвостовые домены, которые приводят к изменениям в четвертичной структуре ДНК и, следовательно, к экспрессии генов. Ферменты, известные как эпигенетические писатели и эпигенетические стиратели, катализируют либо добавление, либо удаление нескольких модификаций в доменах гистонового хвоста. Например, писатель фермента может метилировать лизин-9 основного белка H3, который находится в хвостовом домене гистона H3. Это может привести к репрессии генов, поскольку хроматин перестраивается и становится похожим на гетерохроматин. Однако десятки модификаций могут быть сделаны в доменах хвостов гистонов. Следовательно, именно сумма всех этих модификаций определяет, будет ли хроматин напоминать гетерохроматин или эухроматин.[7]

Трехмерный складной мотив, известный как петля для поцелуев. На этой диаграмме наложены две модели цикла поцелуев, чтобы показать структурное сходство. Белый каркас и розовые основания взяты из Б. subtilis, а серая основа и синие основания взяты из V. vulnificus.[8]
Взаимодействие с второстепенным мотивом

РНК

РНК подразделяется на множество категорий, включая информационную РНК (мРНК), рибосомная РНК (рРНК), переносят РНК (тРНК), длинная некодирующая РНК (днРНК) и несколько других малых функциональных РНК. В то время как многие белки имеют четвертичную структуру, большинство молекул РНК имеют только первичную и третичную структуру, но функционируют как отдельные молекулы, а не как многосубъединичные структуры.[1] Некоторые типы РНК демонстрируют четкую четвертичную структуру, которая необходима для функционирования, тогда как другие типы РНК функционируют как отдельные молекулы и не связываются с другими молекулами с образованием четвертичных структур. Молекулы РНК крайне редки по сравнению с белковые олигомеры.[1] Одним из примеров гомодимера РНК является VS рибозим из Нейроспора, с двумя активные сайты состоящий из нуклеотидов обоих мономеров.[9] Самый известный пример РНК, образующей четвертичные структуры с белками, - это рибосома, состоящий из нескольких рРНК, при поддержке rProteins.[10][11] Подобные комплексы РНК-белок также обнаруживаются в сплайсосома.

Рибопереключатели

Рибопереключатели представляют собой тип структуры мРНК, которая помогает регулировать экспрессию генов и часто связывает разнообразный набор лиганды. Рибопереключатели определяют, как экспрессия генов реагирует на различные концентрации малых молекул в клетке.[12] Этот мотив наблюдался в флавинмононуклеотид (FMN), циклический ди-АМФ (c-di-AMP) и глицин. Говорят, что рибопереключатели обладают псевдочетвертичной структурой. Несколько структурно сходных участков одной молекулы РНК симметрично складываются вместе. Поскольку эта структура возникает из одной молекулы, а не из нескольких отдельных молекул, ее нельзя назвать истинной четвертичной структурой.[1] В зависимости от того, где связывается рибопереключатель и как он устроен, он может подавлять или обеспечивать экспрессию гена.[12] Симметрия - важная часть биомолекулярных трехмерных конфигураций. Многие белки симметричны на уровне четвертичной структуры, но РНК редко имеют симметричную четвертичную структуру. Несмотря на то, что третичная структура является вариантной и существенной для всех типов РНК, олигимеризация РНК происходит относительно редко.[1]

рРНК

Рибосомы, то органелла за трансляция белков имеет место, состоят из рРНК и белков. Рибосомы могут быть лучшим и наиболее распространенным примером четвертичной структуры нуклеиновых кислот. Специфика структуры рибосом варьируется среди разных царств и видов, но все рибосомы состоят из большой субъединицы и маленькой единицы. У разных классов организмов есть рибосомные субъединицы разных характерных размеров. Трехмерная ассоциация рибосомных субъединиц важна для функции рибосом. Малая субъединица сначала связывается с мРНК, а затем рекрутируется большая субъединица. Для того, чтобы полипептид Для образования должна произойти правильная ассоциация мРНК и обеих субъединиц рибосомы. Слева, вторичная структура рРНК в пептидилтрансферазном центре рибосомы у дрожжей. Пептидилтрансферазный центр - это место, где во время трансляции катализируется образование пептидной связи. Справа - трехмерная структура пептидилтрансферазного центра. Спиральная рРНК связана с глобулярными рибосомными белками. Входящие кодоны прибывают в сайт A и перемещаются в сайт P, где катализируется образование пептидной связи. Одна специфическая трехмерная структура, которая обычно наблюдается в рРНК, - это минорный мотив A. Существует четыре типа мотивов ля минор, каждый из которых включает множество непарных аденозины. Эти одиночные аденозины выходят наружу и позволяют молекулам РНК связывать другие нуклеиновые кислоты в малая бороздка.[1]

тРНК

Хотя консенсусные вторичные и третичные структуры наблюдались в тРНК, до сих пор не было доказательств того, что тРНК создают четвертичную структуру.[1] Следует отметить, что с помощью визуализации с высоким разрешением было обнаружено, что тРНК взаимодействует с четвертичной структурой бактериальной 70S рибосома и другие белки.[13][12]

Другие малые РНК

пРНК

Бактериофаг φ29 проголовая РНК (пРНК) имеет способность образовывать четвертичную структуру.[1] пРНК способна формировать четвертичную структуру путем олигимеризации с образованием капсид что включает геномная ДНК бактериофага. Несколько молекул пРНК окружают геном, и благодаря взаимодействиям стэкинга и спариванию оснований пРНК заключают и защищают ДНК.[1] Кристаллография исследования показывают, что пРНК образует тетрамерные кольца, хотя крио-ЭМ структуры предполагают, что пРНК также может образовывать пентамерные кольца.[14]

Мотив петли для поцелуев

В этой модели, основанной на метилтрансферазе вируса Денге, четыре мономера метилтрансферазы окружают два октамера РНК. Ассоциации нуклеиновых кислот демонстрируют мотив петли поцелуя. Трехмерный мотив складывания, известный как петля поцелуя. На этой диаграмме наложены две модели цикла поцелуев, чтобы показать структурное сходство. Белый каркас и розовые основания взяты из Б. subtilis, а серая основа и синие основания взяты из V. vulnificus.

Мотив поцелуев петли наблюдался в ретровирусы и РНК, которые кодируются плазмиды.[12] Определение количества петель поцелуев для формирования капсида варьируется от 5 до 6. Было показано, что пять петель поцелуев обладают большей стабильностью из-за особой симметрии, которую обеспечивает структура 5 петель поцелуев.

Малая ядерная РНК

Малая ядерная РНК (мяРНК) соединяется с белками с образованием сплайсосома в ядро. Сплайсосома отвечает за зондирование и разрезание интроны снаружи пре-мРНК, что является одним из первых шагов обработка мРНК. Сплайсосома - это большая макромолекулярныйсложный. Четвертичная структура позволяет мяРНК обнаруживать последовательности мРНК, которые необходимо вырезать.[15]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я Джонс С.П., Ферре-Д'Амаре, АР (апрель 2015 г.). «Четвертичная структура РНК и глобальная симметрия». Тенденции в биохимических науках. 40 (4): 211–20. Дои:10.1016 / j.tibs.2015.02.004. ЧВК 4380790. PMID 25778613.
  2. ^ Сипски М.Л., Вагнер Т.Э. (март 1977 г.). "Исследование четвертичного порядка ДНК с помощью спектроскопии кругового дихроизма: исследования хромосомных волокон спермы лошадей". Биополимеры. 16 (3): 573–82. Дои:10.1002 / bip.1977.360160308. PMID 843604.
  3. ^ Чворос А, Джагер, Люк (2007). «Фолдамеры нуклеиновых кислот: разработка, разработка и выбор программируемых биоматериалов с узнаваемыми, каталитическими и самосборными свойствами». В Hecht S, Huc I (ред.). Фолдамеры: структура, свойства и применение. Weinheim: Wiley-VCH-Verl. С. 298–299. ISBN 978-3-527-31563-5.
  4. ^ а б c Каттер А. Р., Хейс Дж. Дж. (Октябрь 2015 г.). «Краткий обзор структуры нуклеосом». Письма FEBS. 589 (20 Pt A): 2914–22. Дои:10.1016 / j.febslet.2015.05.016. ЧВК 4598263. PMID 25980611.
  5. ^ а б Аннунциато А (2008). «Упаковка ДНК: нуклеосомы и хроматин». Природное образование. 1 (1): 26.
  6. ^ Дугган Н.М., Тан З.И. (2010). «Формирование гетерохроматина и интерференция РНК». Природное образование. 3 (9): 5.
  7. ^ Гриффитс А (2015). Введение в генетический анализ. В. Х. Фриман и компания. ISBN 978-1464109485.
  8. ^ Аппасами С.Д., Рамлан Э.И., Фирдаус-Райх М. (05.09.2013). «Сравнительный анализ последовательности и структуры показывает сохранение и разнообразие положений нуклеотидов и связанных с ними третичных взаимодействий в рибопереключателях». PLOS One. 8 (9): e73984. Bibcode:2013PLoSO ... 873984A. Дои:10.1371 / journal.pone.0073984. ЧВК 3764141. PMID 24040136.
  9. ^ Суслов Н.Б., ДасГупта С., Хуанг Х., Фуллер-младший, Лилли Д.М., Райс П.А., Пичкирилли Дж.А. (ноябрь 2015 г.). «Кристаллическая структура рибозима-спутника Варкуд». Природа Химическая Биология. 11 (11): 840–6. Дои:10.1038 / nchembio.1929. ЧВК 4618023. PMID 26414446.
  10. ^ Ноллер HF (1984). «Структура рибосомальной РНК». Ежегодный обзор биохимии. 53: 119–62. Дои:10.1146 / annurev.bi.53.070184.001003. PMID 6206780.
  11. ^ Nissen P, Ippolito JA, Ban N, Moore PB, Steitz TA (апрель 2001 г.). «Третичные взаимодействия РНК в большой субъединице рибосомы: A-минорный мотив». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 98 (9): 4899–903. Bibcode:2001PNAS ... 98.4899N. Дои:10.1073 / pnas.081082398. ЧВК 33135. PMID 11296253.
  12. ^ а б c d Чен Ю., Варани Г. (2010), «Структура РНК», eLS, Американское онкологическое общество, Дои:10.1002 / 9780470015902.a0001339.pub2, ISBN 9780470015902
  13. ^ Koehler C, Round A, Simader H, Suck D, Svergun D (январь 2013 г.). «Четвертичная структура дрожжевого комплекса Arc1p-аминоацил-тРНК синтетаза в растворе и его уплотнение при связывании тРНК». Исследования нуклеиновых кислот. 41 (1): 667–76. Дои:10.1093 / нар / гкс1072. ЧВК 3592460. PMID 23161686.
  14. ^ Дин Ф., Лу Ч., Чжао В., Раджашанкар К.Р., Андерсон Д.Л., Джардин П.Дж. и др. (Май 2011 г.). «Структура и сборка важнейшего компонента кольца РНК в двигателе упаковки вирусной ДНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108 (18): 7357–62. Bibcode:2011PNAS..108.7357D. Дои:10.1073 / pnas.1016690108. ЧВК 3088594. PMID 21471452.
  15. ^ Will CL, Lührmann R (июль 2011 г.). «Структура и функция сплайсосом». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии. 3 (7): a003707. Дои:10.1101 / cshperspect.a003707. ЧВК 3119917. PMID 21441581.