Деградосома - Degradosome

В деградосома это мультипротеиновый комплекс присутствует в большинстве бактерии который участвует в обработке рибосомная РНК и деградация информационная РНК и регулируется Некодирующая РНК. Он содержит белки РНК геликаза B, РНКаза E и Полинуклеотидфосфорилаза.[1]

Запасы клеточной РНК в клетках постоянно колеблются. Например, в кишечная палочка, Посланник РНК продолжительность жизни составляет от 2 до 25 минут, у других бактерий она может длиться дольше. Даже в покоящихся клетках РНК деградирует в устойчивом состоянии, и нуклеотидные продукты этого процесса позже повторно используются для новых циклов нуклеиновая кислота синтез. Оборот РНК очень важен для регулирования генов и контроля качества.

У всех организмов есть различные инструменты для деградации РНК, например рибонуклеазы, геликазы, 3'-конец нуклеотидилтрансферазы (которые добавляют хвосты к транскриптам), 5'-конец кэппинга и декапирования ферменты и набор РНК-связывающих белков, которые помогают моделировать РНК для представления в качестве субстрата или для распознавания. Часто эти белки объединяются в стабильные комплексы, в которых их активность координируется или кооперативна. Многие из этих белков метаболизма РНК представлены в компонентах мультиферментной деградосомы РНК. кишечная палочка, который состоит из четырех основных компонентов: гидролитической эндорибонуклеазы РНКаза E, фосфоролитическая экзо-рибонуклеаза PNPase, АТФ-зависимый РНК-геликаза (RhIB) и гликолитический фермент энолаза.

Деградосома РНК была обнаружена в двух разных лабораториях, когда они работали над очисткой и характеристикой Кишечная палочка, РНКаза E и факторы, которые могут влиять на активность ферментов, разрушающих РНК, в частности, PNPase. Он был обнаружен во время изучения двух его основных соединений.

Структура

Состав этого мультифермента может варьироваться в зависимости от организма. Деградосома мультибелкового комплекса РНК в Кишечная палочка состоит из 4 канонических компонентов:

  • РНКаза E: большая гидролитическая эндорибонуклеаза, которая может быть разделена на N-концевую половину РНКазы E, которая содержит каталитический домен и является местом, где находится нуклеотическая активность; и С-концевую половину, которая представляет собой неструктурированный белок с большой цепью без известной функции, который обеспечивает каркас, необходимый для сборки деградосомы. Эта область очень гибкая, что облегчает взаимодействие компонентов деградосомы. В Кишечная палочка, РНКаза E находится в цитоплазматической мембране и может быть обнаружена с помощью флуоресцентной микроскопии.[2] Его структура состоит из 1061 аминокислоты и имеет молекулярную массу 118 кДа.
  • PNPase: фосфоролитическая экзорибонуклеаза, разрушающая РНК. Его цепь состоит из 421 аминокислоты, а его молекулярная масса составляет 47 кДа.
  • Энолаза: гликолитический фермент энолаза, образованный 432 аминокислотами, поэтому его молекулярная масса составляет 46 кДа.
  • РНК-геликаза (RhlB): большое семейство ферментов, этот тип содержит 711 аминокислот и весит 77 кДа.[3] Идентификация этого DEAD-бокса (белки этого типа участвуют в различных метаболических процессах, в которых обычно участвуют РНК) в деградосоме Кишечная палочка был одним из первых индикаторов того, что РНК-геликазы могли принимать участие в деградации мРНК.

Есть несколько альтернативных форм деградосомы РНК с разными белки о которых было сообщено. Дополнительные альтернативные компоненты деградосомы - это PcnB (поли A полимераза ) и РНК-геликазы RHLE и SrmB. Другие альтернативные компоненты во время холодового шока включают РНК-геликазу. CsdA. Дополнительные альтернативные компоненты деградосомы во время стационарной фазы включают Rnr (РНКаза R ) и предполагаемой РНК-геликазы HrpA. ППК (полифосфаткиназа ) является еще одним компонентом, который, как сообщается, является частью комплекса, так же, как РНК шаперон Hfq, PAP (фосфатаза простатической кислоты ), другие виды шаперонов и рибосомальные белки. Они были обнаружены в препаратах деградосом, экстрагированных клетками из Кишечная палочка.[4]

Это будет представлять основную структуру Деградосомы РНК. Структура нарисована симметрично, однако это динамическая структура, поэтому некаталитическая область РНКазы E будет образовывать случайную катушку, и каждая из этих катушек будет действовать независимо от других.

Структура деградосомы РНК не такая жесткая, как кажется на картинке, потому что это всего лишь модель, чтобы понять, как она работает. Структура деградосомы РНК динамична, и каждый компонент взаимодействует с близкими к нему компонентами. Таким образом, структура похожа на молекулярный домен, где РНК может взаимодействовать в качестве субстрата с каждым из компонентов, и когда это происходит, РНК действительно трудно отделиться от комплекса.[3]

Функции

Деградосома РНК - огромная мультифермент ассоциации, которая участвует в метаболизме РНК и посттранскрипционном контроле ген экспрессия в многочисленных бактериях, таких как кишечная палочка и Pseudoalteromonas haloplanktis. Мультибелковый комплекс также служит машиной для обработки предшественников структурированной РНК в процессе их созревания.[5][6]

Считается, что РНК-геликаза помогает в процессе деградации развить структуру двойной спирали в стеблевых петлях РНК. Иногда соочищение рРНК с деградосомой, что предполагает, что комплекс может принимать участие в деградации рРНК и мРНК. Существует очень мало четкой информации о роли деградосомы. Рассмотрение этапов деградации стенограммы в Кишечная палочка, известно, что в первую очередь эндорибонуклеазы может расщеплять субстраты, чтобы в дальнейшем экзорибонуклеазы могли воздействовать на продукты. Сам по себе RhIB имеет очень низкую активность, но взаимодействие с РНКазой E может ее стимулировать.[7] Роль енолазы в процессе деградации РНК до сих пор должным образом не описана, очевидно, она помогает комплексу быть более специфичным в процессе деградации.[8][9]

Одним особенно интригующим аспектом деградосомы бактериальной РНК является присутствие метаболических ферментов во многих изученных комплексах. В дополнение к ферменту энолазе, присутствующему в Кишечная палочка деградосома, метаболические ферменты аконитаза и фосфофруктокиназа были идентифицированы в C. crescentus и Б. subtilis деградосомы соответственно.[10][11] Причина присутствия этих ферментов в настоящее время неясна.

Активация деградосомы

Этот мультибелковый комплекс стимулируется некодирующая РНК, называемая miRNA в Эукариотический клетки и мРНК в бактерии. Небольшие последовательности аминокислот обычно используются для нацеливания мРНК для его разрушения. Отсюда есть два способа сделать это: таргетинг область инициации трансляции (МДП) или кодирующая последовательность ДНК (CDS). Во-первых, чтобы присоединить мРНК к целевой мРНК a Hfq (сопровождающий белок) необходим. После завершения присоединения, если комплекс Hfq-sRna заканчивается на МДП, он блокирует сайт связывания рибосомы (RBS) так рибосомы не может транслироваться и активирует нуклеазы (РНКазу E) для устранения мРНК. Другая возможность - это конец в другом регионе, что делает сложную работу завершающей точкой перевода. Таким образом, рибосомы могут выполнять свою работу по декодированию, процесс, который останавливается, когда они прибывают в комплекс, где включается вся процедура разрушения.[5]

На этом рисунке показан процесс деградации РНК с определенными фазами.

Деградация РНК

Процесс разрушения РНК очень сложен. Чтобы облегчить понимание, мы используем в качестве примера процедуру деградации мРНК в кишечная палочка потому что это самый известный процесс. Опосредуется в основном эндо- и рибонуклеазами. Ферменты РНКаза II и ПНФаза (полинуклеотидфосфорилаза) расщепляют мРНК по схеме 3 '→ 5'. Деградосома имеет 4 отсека, в которых есть несколько рибонуклеазы. Первоначально синтезированная РНК представляет собой полифосфатную структуру. Вот почему дефосфорилирование необходим для получения монофосфата под действием РНК пирофосфогидролаза PppH. Транскрипты состоят из двух частей: фосфатного конца (P-конца) и структуры петля-стержень в качестве конца. Р-конец эндорибонуклеолитически расщепляется РНКазой Е, тогда как петля-стержень расщепляется РНК-геликазами. Если есть какие-либо вторичные структуры, эффективность полимеразы PAP необходима для упрощения восстановления экзорибонуклеазами, такими как PNPase. Наконец, лоскуты обрабатываются олигорибонуклеазами.

Процесс аналогичен у других видов и только изменяет ферментативный аппарат. Например, bacillus subtilis вместо использования РНКазы E в качестве эндо-рибонуклеазы, он использует РНКазу Y или РНКазу J или в археи используется экзосома (везикула) на эту работу.[5]

Эволюция

Деградосома, которая является динамичной по конформации, изменчивым по составу и несущественной в определенных лабораторных условиях, тем не менее, поддерживалась на протяжении всей эволюции многих видов бактерий (Археи, Эукариот, кишечная палочка, Митохондрии и др.), скорее всего, из-за его разнообразного вклада в глобальную клеточную регуляцию. Экспериментально продемонстрировано, что присутствие деградосом является селективным преимуществом для Кишечная палочка.[5]

Считается, что подобные деградосомам структуры являются частью многих γ-протеобактрий и фактически были обнаружены в других отдаленных бактериальных линиях. Они построены на РНКазе E. Однако состав этих подобных деградосомам сборок не всегда одинаков, он может отличаться для некоторых белковых компонентов.

Деградосома РНК Кишечная палочка

У людей и других животных есть Кишечная палочка как комменсал в их кишечном тракте. Это один из наиболее изученных организмов в лабораториях, и он стал полезной моделью для понимания генетической регуляции у бактерий и других сфер жизни. Деградосома РНК Кишечная палочка представляет собой структуру, которая играет различные роли в метаболизме РНК. Он имеет гомологичные компоненты и функциональную аналогию с аналогичными узлами, встречающимися во всех сферах жизни. Одним из его компонентов является АТФ -зависимый мотор, который активируется через белок-белковые взаимодействия и сотрудничает с рибонуклеазы в энергозависимом режиме деградации РНК.[5]

Кишечная палочка не имеет пути разложения 5 '→ 3'. Его мРНК не имеет 5'-кэпированных концов и не известны какие-либо 5 '→ 3' экзонуклеазы. То же самое происходит и с другими эубактериями, поэтому путь разложения 5 '→ 3' может быть исключительным лечением для эукариотических клеток.[7]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Carpousis AJ (апрель 2002 г.). «Деградосома РНК Escherichia coli: структура, функция и взаимосвязь в других рибонуклеолитических мультиферментных комплексах». Сделки Биохимического Общества. 30 (2): 150–5. Дои:10.1042 / BST0300150. PMID  12035760.
  2. ^ Бандира К.Дж., Бувье М., Карпусис А.Дж., Луизи Б.Ф. (июнь 2013 г.). «Социальная ткань деградосомы РНК». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - механизмы регуляции генов. 1829 (6–7): 514–22. Дои:10.1016 / j.bbagrm.2013.02.011. ЧВК  3991390. PMID  23459248.
  3. ^ а б Карпусис А.Дж. (26 сентября 2007 г.). «Деградосома РНК Escherichia coli: машина для разложения мРНК, собранная на РНКазе Е». Ежегодный обзор микробиологии. 61 (1): 71–87. Дои:10.1146 / annurev.micro.61.080706.093440. PMID  17447862.
  4. ^ EcoGene. «ЭкоДжен». www.ecogen.org. Архивировано из оригинал на 2016-10-20. Получено 2016-10-19.
  5. ^ а б c d е Горна М.В., Карпусис А.Дж., Луизи Б.Ф. (май 2012 г.). «От конформационного хаоса к надежной регуляции: структура и функция мультиферментной деградосомы РНК». Ежеквартальные обзоры биофизики. 45 (2): 105–45. Дои:10.1017 / S003358351100014X. PMID  22169164.
  6. ^ Айт-Бара С., Карпусис А.Дж. (октябрь 2010 г.). «Характеристика РНК-деградосомы Pseudoalteromonas haloplanktis: сохранение взаимодействия РНКазы E-RhlB в гаммапротеобактериях». Журнал бактериологии. 192 (20): 5413–23. Дои:10.1128 / JB.00592-10. ЧВК  2950506. PMID  20729366.
  7. ^ а б Карпусис, А. Дж. (2002). «Деградосома РНК Escherichia coli: структура, функция и взаимосвязь с другими рибонуклеолитическими мультиэнзимными комплексами». Сделки Биохимического Общества. 30 (2): 150–155. Дои:10.1042/0300-5127:0300150.
  8. ^ Браун Т (30.06.2008). Геномы / Геном (на испанском). Эд. Médica Panamericana. ISBN  9789500614481.
  9. ^ Гарсия-Мена Х. "Polinucleótido fosforilasa: una joya de las ribonucleasas". ResearchGate. Получено 18 октября 2016.
  10. ^ Hardwick SW, Chan VS, Broadhurst RW, Luisi BF (март 2011 г.). «Сборка деградосом РНК в Caulobacter crescentus». Исследования нуклеиновых кислот. 39 (4): 1449–59. Дои:10.1093 / nar / gkq928. ЧВК  3045602. PMID  20952404.
  11. ^ Чо К.Х. (2017). «Структура и функция деградосомы грамположительной бактериальной РНК». Границы микробиологии. 8: 154. Дои:10.3389 / fmicb.2017.00154. ЧВК  5289998. PMID  28217125.