WikiDer > Рибонуклеаза E

Ribonuclease E


Рибонуклеаза E
Идентификаторы
Номер ЕС3.1.26.12
Количество CAS76106-82-6
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
БРЕНДАBRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
PDB структурыRCSB PDB PDBe PDBsum

Рибонуклеаза E это бактериальный рибонуклеаза который участвует в обработке рибосомная РНК (От 9S до 5S рРНК) и химической деградации основной клеточной РНК.

Сотовая локализация

Было высказано предположение, что РНКаза E является частью белкового комплекса клеточной мембраны, поскольку она осаждается с рибосомами и неочищенными мембранами. При микроскопии меченая РНКаза Е локализована на внутренней цитоплазматической мембране или спиральный цитоскелет структура тесно связана с внутренним слоем.

Белковая структура

Этот фермент содержит 1061 остаток и разделен на две отдельные функциональные области, которые представляют собой большой домен, расположенный на 5’N-конце, и небольшой домен, расположенный на 3 ’C-конце.[1] В то время как N-концевой половина образует каталитический домен, C-терминал половина образует деградосома[2] строительные леса. Карман для связывания металла разделяет их в середине структуры белка РНКазы E.[3] Хотя образование деградосом не играет ключевой роли в росте E. coli,[4][5][6] Было обнаружено, что делеция С-концевой половины снижает скорость распада некоторых субстратов РНКазы E.[7][8]

Рибонуклеаза E функционирует в тетрамерной конформации, которая содержит четыре субъединицы, связанные друг с другом, чтобы создать структуру, которая выглядит как два ножницы, соединенные в области ручки. Лезвие ножниц состоит из большого домена, а ручка - из малого домена. в каталитический центр В большом домене есть четыре субдомена, которые включают субдомен РНКазы H, субдомен DNase I, субдомен S1 и 5 ’сенсорную область. Эти четыре субъединицы разделены на основании их функции и сходства с гомологичными структурными складками. РНКаза H расположена в начале N-конца и названа в честь РНКазы H. эндорибонуклеаза семья, поскольку они имеют схожую структуру; однако РНКаза H выполняет структурную функцию, а не каталитическую функцию, потому что в ней отсутствует остаток активного центра.[9][10] Затем субдомен S1 и 5’-чувствительная область имплантируются в складку РНКазы Н. Домен S1 РНКазы E принимает OB-складку, в которой гибкие петли прикреплены к хорошо упорядоченному пятицепочечному β-ствол ядро.[11] В рибонуклеазе E домен S1 не только способствует образованию тетрамерной четвертичная структура путем димеризации, но также служит сайтом связывания субстрата для облегчения РНК гидролиз каталитическими доменами внутри этого тетрамерного фермента.[12][11] В субдомене S1 5’-чувствительная область функционирует как сайт связывания субстрата, который помогает стабилизировать целевую молекулу РНК на одной субъединице, так что другая субъединица в димере может расщеплять интересующую РНК.[11] 5’-чувствительная область, расположенная на расстоянии от каталитического сайта, который находится на субдомене ДНКазы I. Последним субдоменом каталитического сайта РНКазы E является ДНКаза I, названная так из-за его конформационного сходства со структурой эндонуклеазы, которая расщепляет двухцепочечную ДНК.[9] В рибонуклеазе E субдомен ДНКазы I самокомплементуется, чтобы доминировать на границе раздела димеров.[10][11] Кроме того, существует два сайта связывания ионов магния, которые опосредуют расщепление путем гидролитической атаки основной цепи РНК, и два сайта связывания ионов цинка, которые помогают в стабилизации димера, состоящего из двух субъединиц.[3]

Функция

кишечная палочка эндорибонуклеаза E оказывает значительное влияние на экспрессию генов. Это важно не только для созревания рибосомная РНК (рРНК) и переносить РНК (тРНК), но также и быстрая деградация информационная РНК[13] (мРНК) по гидролиз реакция.

При созревании рРНК предшественник, субстратами для процессинга являются не голые РНК, а несколько неполные немодифицированные комплексы пре-рРНК-рибосомный белок. Оба предварительных16S и предварительно23S рРНК вырезаются из первичного комплекса РНК-белок посредством РНКаза III, который активирует последующие стадии созревания рРНК путем образования 5'-монофосфорилированных продуктов расщепления. РНКаза E еще больше укорачивает предшественник 17S 16S. рРНК. Это действие помогает облегчить 5-минутное созревание рРНК по RNase G[14] и сделать два расщепления, чтобы вырезать пре-5S рРНК. На случай, если тРНК, примерно 50 из 86 тРНК виды E. coli требуют РНКазы E. Рибонуклеаза E расщепляет тРНК-содержащие первичные транскрипты на 3'-конце тРНК. Эти расщепления служат для отделения отдельных предшественников тРНК и отделения тРНК от мРНК или терминаторных последовательностей. Основная функция рибонуклеазы E заключается в расщеплении сайта за зрелым 3'-концом, чтобы обеспечить доступ 3'-экзонуклеазам.[15][16]

При деградации мРНК рибонуклеаза E распознает и расщепляет одноцепочечную РНК в A- и U-богатых областях.[9] Каталитический домен РНКазы E селективно связывается с концами 5'-монофосфатной РНК, но имеет способ расщепления в направлении от 3 'до 5'. РНКаза E может идентифицировать сайты расщепления с помощью механизма сканирования от 3 'до 5'.[17] Якорь РНКазы E на 5'-монофосфорилированном конце этих субстратов ориентирует фермент на направленные расщепления, которые происходят в процессивном режиме. В отсутствие РНК субдомен S1 и 5'-сенсорный сайт РНКазы E подвергаются действию окружающего растворителя, что позволяет РНК легко связываться. В присутствии РНК, РНК-мишень связывается с комбинированным субдоменом S1 и 5'-сенсором в открытой конфигурации. РНК закреплена в первую очередь за счет аффинности связывания 5'-сенсора и ориентирована гидрофобный патч поверхности на подобласти S1. В то время как субдомен S1 действует для ориентации молекулы, 5'-чувствительный карман, вероятно, вносит значительный вклад в сродство связывания с субстратом. Эти два сайта удерживают РНК, в то время как субдомен слияния 5 / S1 перемещается как единый комплекс в закрытую конфигурацию. Он приближает субстрат к каталитический центр где гидроксильная группа атакует фосфатный остов нуклеофильный реакция на атаку. Этот ответ опосредован ионом магния. Когда интересующая РНК расщепляется, и продукты реакции в конечном итоге высвобождаются, когда РНКаза Е возвращается в открытую конфигурацию. Кроме того, РНКаза Е может саморегулироваться, посредством чего мРНК рибонуклеазы Е служит сенсором для общей клеточной активности РНКазы Е и, таким образом, ограничивает активность РНКазы Е из-за доступности субстратов и изменений скорости роста.[2]

Сравнение рибонуклеазы E E. coli и других организмов

На основании сопоставления последовательностей различных бактерий, коррелированных с рибонуклеазой E из кишечная палочка, оказывается, что около 70% последовательностей являются высококонсервативными в начале последовательностей и плохо консервативными к концу последовательностей. При сравнении последовательностей пяти других организмов с последовательностью рибонуклеазы E, похоже, что большинство последовательностей имеют одни и те же остатки в N-концевой поскольку член семейства рибонуклеаз E / G выполняет ту же гидролизную функцию.[10] Другими словами, большой каталитический домен члена семейства рибонуклеаз E / G почти такой же. Напротив, небольшой структурный домен, расположенный в C-конец, варьируется для разных организмов, поскольку небольшой домен содержит структурную последовательность, которая служит каркасом для других ферментов.[3][10] Например, рибонуклеаза E, содержащаяся в Cedecea Дэвисе произошел от гена S3JYP0.[18] При наблюдении за структурой рибонуклеазы E в Cedecea Дэвисе, каталитический домен содержит мотив S1, расположенный на остатках 31-119 в последовательности, и сайт связывания металла, расположенный у остатков 404-407 в последовательностях, которые находятся в том же положении, что и домен S1 и домен связывания металла на РНКазе E кишечная палочка.[18]

Эволюционная история

Семейство белков рибонуклеаз (РНКаз), участвующих в основном в РНК метаболизм, играя важную роль в созревании РНК, концевом обороте РНК и деградации аберрантных РНК или просроченных видов в клетке.[19] Они подразделяются на экзорибонуклеазы и эндорибонуклеазы на основе их деградационной деятельности. Рибонуклеаза E (РНКаза E) была первоначально обнаружена как эндорибонуклеаза из кишечная палочка штамм К12. На основе анализа последовательности ДНК, ортологи РНКазы E E. coli, как предполагалось, существовали среди десятков эволюционно различных видов бактерий. В E. coli фермент рибонуклеаза E играет важную роль в контроле жизнеспособности клеток, регулируя метаболизм РНК, такой как распад большинства мРНК, и активирует процессинг пре-тРНК.[20] Помимо функции деградации, РНКаза E необходима для созревания предшественников 5S. рибосомная РНК, тРНК, а компонент РНК M1 РНКазы P рибозим.[20][3]

использованная литература

  1. ^ Коэн С.Н., МакДауэлл К.Дж. (март 1997 г.). «РНКаза Е: по-прежнему удивительно загадочный фермент». Молекулярная микробиология. 23 (6): 1099–106. Дои:10.1111 / j.1365-2958.1997.tb02593.x. PMID 9106202.
  2. ^ а б Ванцо Н.Ф., Ли Ю.С., Пи Б., Блюм Э., Хиггинс К.Ф., Рейнал Л.К. и др. (Сентябрь 1998 г.). «Рибонуклеаза E организует белковые взаимодействия в деградосоме РНК Escherichia coli». Гены и развитие. 12 (17): 2770–81. Дои:10.1101 / gad.12.17.2770. ЧВК 317140. PMID 9732274.
  3. ^ а б c d Koslover DJ, Callaghan AJ, Marcaida MJ, Garman EF, Martick M, Scott WG, Luisi BF (август 2008 г.). «Кристаллическая структура апопротеина РНКазы Е Escherichia coli и механизм деградации РНК». Структура. 16 (8): 1238–44. Дои:10.1016 / j.str.2008.04.017. ЧВК 2631609. PMID 18682225.
  4. ^ МакДауэлл К.Дж., Коэн С.Н. (январь 1996 г.). «N-концевой домен продукта гена rne обладает активностью РНКазы E и не перекрывается с сайтом связывания РНК, богатым аргинином». Журнал молекулярной биологии. 255 (3): 349–55. Дои:10.1006 / jmbi.1996.0027. PMID 8568879.
  5. ^ Лопес П.Дж., Маршан И., Джойс С.А., Дрейфус М. (июль 1999 г.). «С-концевая половина РНКазы Е, которая организует деградосому Escherichia coli, участвует в деградации мРНК, но не в процессинге рРНК in vivo». Молекулярная микробиология. 33 (1): 188–99. Дои:10.1046 / j.1365-2958.1999.01465.x. PMID 10411735.
  6. ^ Ow MC, Лю Q, Кушнер SR (ноябрь 2000). «Анализ распада мРНК и процессинга рРНК в Escherichia coli в отсутствие сборки деградосом на основе РНКазы E». Молекулярная микробиология. 38 (4): 854–66. Дои:10.1046 / j.1365-2958.2000.02186.x. PMID 11115119.
  7. ^ Khemici V, Poljak L, Toesca I., Carpousis AJ (май 2005 г.). «Доказательства in vivo того, что DEAD-бокс-РНК-геликаза Rh1B способствует расщеплению свободной от рибосом мРНК РНКазой E». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 102 (19): 6913–8. Bibcode:2005PNAS..102.6913K. Дои:10.1073 / pnas.0501129102. ЧВК 1100780. PMID 15867149.
  8. ^ Морита Т., Кавамото Х., Мизота Т, Инада Т, Айба Х. (ноябрь 2004 г.). «Энолаза в деградосоме РНК играет решающую роль в быстром распаде мРНК переносчика глюкозы в ответ на фосфосахарный стресс у Escherichia coli». Молекулярная микробиология. 54 (4): 1063–75. Дои:10.1111 / j.1365-2958.2004.04329.x. PMID 15522087.
  9. ^ а б c Каллаган AJ, Marcaida MJ, Stead JA, McDowall KJ, Scott WG, Luisi BF (октябрь 2005 г.). «Структура каталитического домена РНКазы E Escherichia coli и значение для оборота РНК». Природа. 437 (7062): 1187–91. Bibcode:2005 Натур.437.1187C. Дои:10.1038 / природа04084. PMID 16237448. S2CID 4413278.
  10. ^ а б c d Кайм Л., Журдан СС, МакДауэлл К.Дж. (2008). «Идентификация и характеристика субстратов семейства ферментов РНКазы E / G». Методы в энзимологии. 447: 215–41. Дои:10.1016 / S0076-6879 (08) 02212-X. PMID 19161846.
  11. ^ а б c d Schubert M, Edge RE, Lario P, Cook MA, Strynadka NC, Mackie GA, McIntosh LP (июль 2004 г.). «Структурная характеристика домена РНКазы E S1 и идентификация его олигонуклеотид-связывания и интерфейсов димеризации». Журнал молекулярной биологии. 341 (1): 37–54. Дои:10.1016 / j.jmb.2004.05.061. PMID 15312761.
  12. ^ Каллаган А.Дж., Гроссманн Дж.Г., Редко Ю.Ю., Илаг Л.Л., Монкриффе М.С., Симмонс М.Ф. и др. (Декабрь 2003 г.). «Четвертичная структура и каталитическая активность аминоконцевого каталитического домена рибонуклеазы E Escherichia coli». Биохимия. 42 (47): 13848–55. Дои:10.1021 / bi0351099. PMID 14636052.
  13. ^ Стидж Д.А. (август 2000 г.). «Новые особенности распада мРНК у бактерий». РНК. 6 (8): 1079–90. Дои:10.1017 / S1355838200001023. ЧВК 1369983. PMID 10943888.
  14. ^ Ли, Чжунвэй; Пандит, Шилпа; Дойчер, Мюррей П. (1999-05-17). «РНКаза G (белок CafA) и РНКаза E необходимы для 5'-созревания 16S рибосомной РНК». Журнал EMBO. 18 (10): 2878–2885. Дои:10.1093 / emboj / 18.10.2878. ISSN 0261-4189. ЧВК 1171368. PMID 10329633.
  15. ^ Ой, Мария С .; Кушнер, Сидни Р. (01.05.2002). «Инициирование созревания тРНК с помощью РНКазы E необходимо для жизнеспособности клеток E. coli». Гены и развитие. 16 (9): 1102–1115. Дои:10.1101 / gad.983502. ISSN 0890-9369. ЧВК 186257. PMID 12000793.
  16. ^ Ли, Чжунвэй; Дойчер, Мюррей (01.02.2002). «РНКаза E играет важную роль в созревании предшественников тРНК Escherichia coli». РНК (Нью-Йорк, Нью-Йорк). 8 (1): 97–109. Дои:10.1017 / S1355838202014929. ЧВК 1370232. PMID 11871663.
  17. ^ Фэн Й., Викерс Т.А., Коэн С.Н. (ноябрь 2002 г.). «Каталитический домен РНКазы E демонстрирует присущую 3'-5'-направленность при выборе сайта расщепления». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 99 (23): 14746–51. Bibcode:2002PNAS ... 9914746F. Дои:10.1073 / pnas.202590899. ЧВК 137490. PMID 12417756.
  18. ^ а б Martinetti Lucchini G, Altwegg M (июль 1992 г.). «Паттерны рестрикции гена рРНК как таксономические инструменты для рода Aeromonas». Международный журнал систематической бактериологии. 42 (3): 384–9. Дои:10.1099/00207713-42-3-384. PMID 1380286.
  19. ^ Arraiano CM, Andrade JM, Domingues S, Guinote IB, Malecki M, Matos RG и др. (Сентябрь 2010 г.). «Решающая роль процессинга и деградации РНК в контроле экспрессии генов». Обзор микробиологии FEMS. 34 (5): 883–923. Дои:10.1111 / j.1574-6976.2010.00242.x. PMID 20659169.
  20. ^ а б Маки, Джордж А. (2013). «РНКаза E: на границе процессинга и распада бактериальной РНК». Обзоры природы. Микробиология. 11 (1): 45–57. Дои:10.1038 / nrmicro2930. ISSN 1740-1534. PMID 23241849. S2CID 8549476.

внешние ссылки