„Lariat“ pamokos | gamta

„Lariat“ pamokos | gamta

Anonim

Dalykai

  • Biochemija
  • Molekulinė biologija
  • Struktūrinė biologija

Spliceozomų fermento kompleksas pašalina introno sekas iš RNR nuorašų, sudarydamas pasiuntinio RNR. Laso formos RNR kristalinė struktūra rodo šio sujungimo proceso mechanizmą. Žr. P.193 straipsnį

Vienas iš atradimų, paskatinusių biologus labiau suvokti daugelį RNR vaidmenų ląstelių funkcijose, buvo tas, kad genai gali būti suskaidyti su baltymus nekoduojančiomis sekomis, vadinamomis intronais 1, 2 . Vykstant genominės DNR transkripcijai į pasiuntines RNR, iš intronų susidarančios RNR sekos pašalinamos spiceozomos būdu (iš baltymų ir RNR suformuotas sudėtingas fermentas), kurių struktūra blogai suprantama. 193 puslapyje Robartas ir kt . 3 pateikite įžvalgą apie šio sujungimo procesą, pranešdami apie savaime besisiejančio II grupės introno kristalinę struktūrą - RNR fermentą, kuris turi bendrą protėvį su spiceksominėmis RNR.

Spliceozomos ir II grupės intronų evoliucinis ryšys pirmiausia buvo nulemtas jiems naudojant tą patį dviejų pakopų cheminį mechanizmą, skirtą sujungimui (1 pav.). Apibūdinantis šio proceso bruožas yra 2′ – 5 ′ fosfodiesterio jungties sukūrimas adenozino nukleotide introno „šakos vietoje“ pirmojo sujungimo metu. Šis ryšys lemia, kad iškirptas intronas įgauna būdingą lervos struktūrą - kilpą su šaka, pritvirtinta šakos vietoje.

Image

RNR fermentai, vadinami II grupės intronais, katalizuoja jų pačių pašalinimą iš RNR ir sujungia besiribojančias egzono sekas. Pirmajame šio sujungimo proceso etape adenozino nukleotido (A) hidroksilo grupė (OH) introno šakos vietoje užpuola fosfodiesterio ryšį 5 'sujungimo vietoje. Gaunamas laisvas 5 ′ egzonas ir struktūra, kurioje 5 ′ introno galas yra sujungtas su puolančiu adenozinu per naujai suformuotą 2′ – 5 ′ fosfodiesterio jungtį. Antrame etape 3 ′ hidroksilo grupė iš 5 ′ egzono veikia fosfodiesterio ryšį 3 ′ sujungimo vietoje, kad gautųsi jungimosi produktas (kuriame egzonai yra sujungti) ir introno lerijos forma. Garbanotos strėlės rodo elektronų judėjimą; taškai rodo vienišas elektronų poras.

Visas dydis

Jei splaising reakcija buvo vienintelė reakcija, kurią vykdė II grupės intronai, tarpinės lervos nereikėtų. Iš tiesų, evoliuciškai primityvi II grupės introno klasė duoda linijinį sujungimo produktą, o ne kilpą 4 . Tačiau pagrindinis lerijos pranašumas yra tas, kad jis daro pirmąjį sujungimo reakcijos žingsnį grįžtamąjį, leisdamas II grupės intronams įsiveržti į DNR per atvirkštinį sujungimo mechanizmą ir taip pasiskirstyti po visą genomą. Manoma, kad toks II grupės intronų judumas dramatiškai suformavo ankstyvąją eukariotų 5 (organizmų, apimančių grybelius, augalus ir gyvūnus) evoliuciją, kurį iš dalies parodo tai, kad jų palikuonys sudaro bent pusę žmogaus genomo 6 .

II grupės intronus apibūdina bendra antrinė struktūra, padalyta į šešis funkcinius domenus (2 pav.). Šių RNR molekulių branduolį daugiausia sudaro I ir V domenai. Domenas I veikia kaip atrama, organizuojant kitus domenus ir egzonus (baltymus koduojančias sekas, pritvirtintas abiejuose introno galuose) aplink katalizinę vietą, esančią V domene. II grupės intronų šerdis yra trijų evoliuciškai išsaugotų bazinių trigubų (struktūrų, analogiškų bazių poroms, bet turinčių tris pagrindus) rinkinys, kuriame yra metalų katijonų, tiesiogiai dalyvaujančių sujungimo reakcijų katalizėje, rinkinys ('katalitinis tripleksas'). '; 2 pav.). Hidrolizinio sujungimo mechanizmo struktūrinės detalės anksčiau buvo atskleistos analizuojant II grupės introno kristalų struktūrą iš bakterijos Oceanobacillus iheyensis 7 . Šiemet paskelbta biocheminė analizė 8 atskleidė, kad aktyvioji spiceozomos vieta yra panaši į O. iheyensis introno vietą, palaikydama jų evoliucinius ryšius.

Image

Domenai yra sunumeruoti nuo I iki VI. Trijų labai konservuotų bazinių porų, esančių V domene, ir nukleotidų vientisos srities tarp II ir III domenų nukleotidų sąveika sudaro struktūros, vadinamos katalitiniu tripleksu, kuris yra aktyviosios vietos RNR branduolys, dalį. Robartas ir kt . 3 nustato sąveiką (π – π ′ sąveiką) tarp II srities srities kilpos ir VI srities srities, esančios greta šakos vietos adenozino, atkarpos ir pasiūlo, kad ši sąveika introną perjungtų iš dviejų sujungimo žingsnių. IV domenas dažnai perneša geną (ORF; nutrūkusią liniją), koduojantį baltymą, kuris palengvina efektyvią II grupės introno sujungimo ar judėjimo katalizę. Trumpos linijos tarp sulenktų introno sekcijų rodo bazės poravimąsi; konstrukcijoje yra daugiau bazinių porų, nei parodyta čia.

Visas dydis

Robartas ir bendradarbiai nustatė II grupės introno atominio lygio struktūrą iš rudųjų dumblių Pylaiella littoralis , kad suprastų lervos vaidmenį splaisinge. Ši RNR priklauso vienai iš vyraujančių II grupės introno klasių, kuri daugiausia naudoja šakos vietoje esančią adenoziną VI srityje domenams sujungti, todėl ji labiau atspindi šių RNR fermentų struktūrą ir mechanizmą nei O. iheyensis intronai. . Struktūroje pavaizduotas sujungimo reakcijos produktas, kuriame latroninė introno forma yra sujungta su sujungtais egzonais per bazių porų sąveiką su I domenu. Šiame introne yra domenai, kurie yra labai sutrumpinti (II ir III domenai) arba visiškai nėra. (VI domenas) O. iheyensis struktūroje, o tai reiškia, kad jis suteikia geresnį supratimą apie tai, kaip šios RNR pasiekia visiškai grįžtamąjį splaisą su dideliu ištikimybe.

Autoriai atskleidžia, kaip periferiniai plėtiniai, kurių nėra O. iheyensis introne, vaidina svarbų vaidmenį palaikant katalizę. II ir III domenai turėjo įtakos intronų katalitiniam efektyvumui didinti, sąveikaudami atitinkamai su VI ir V domenais 9 . Robarto ir kolegų struktūra stulbinamai parodo, kad II sritis, kurios funkcija buvo blogai suprantama, tarnauja kaip sąsaja su keturių „tetraloopo tarpininkautų“ sąveikų su I, III ir VI domenais rinkinyje. Šios sąveikos rūšys padeda nustatyti aukštesnės eilės daugelio biologinių RNR architektūrą, sujungiant sraigtus. Šiuo atveju panašu, kad tokia sąveika iš esmės palaiko RNR architektūrą aplink aktyviąją introno vietą.

Svarbiausias radinys susijęs su tuo, kaip šakos vietoje esantis adenozinas skatina grįžtamąjį susiuvimą. Autoriai įvardija naujai apibrėžtą tetraloopo tarpininkaujamą sąveiką tarp II ir VI domenų π – π ′ sąveika (2 pav.). Pagrindinis VI srities domeno uždavinys yra adenozino atšakos vietos išdėstymas katalizinėje šerdyje, kad ji galėtų atakuoti 5 'taškymo vietą 9 . Šis domenas yra panašus į spiralę, susiformavusią spliceosomoje tarp vienos iš spliceozomą sudarančių RNR ir introno, esančio aplink introno šakos vietą adenoziną 10 . Kai Robartas ir kt . vienu metu nutraukdami π – π ′ sąveiką ir antrąją tetraloopo tarpininkautą sąveiką, jie pastebėjo beveik visišką antrojo sujungimo žingsnio blokadą.

Šis pastebėjimas kartu su autorių mažos skiriamosios gebos introno struktūra ikkatalizinėje būsenoje rodo, kad π – π ′ sąveika yra pagrindinis struktūrinis jungiklis pereinant nuo pirmojo iki antrojo sujungimo žingsnio. Tyrėjai teigia, kad išsišakojusio adenozino susidarymas tiesiogiai skatina π – π ′ sąveiką, sukeldamas šakelės vietą iš katalizinės vietos maždaug 20 ångströmų atstumu, kaip stebima introno produkto formos kristalų struktūroje. Tai patraukia 3 'sujungimo vietą į aktyviąją vietą ir 5' egzonas išdėstomas paruoštas antrajam sujungimo žingsniui. Tačiau tikslus būsimų tyrimų mechanizmas, kurio dėka lervų formavimasis atstato aktyviąją vietą, išlieka klausimas. Norint atskleisti išsamią informaciją apie laritos tarpininkaujamąjį sujungimą, reikės didelės skiriamosios gebos struktūrų rinkinio, apimančio kiekvieną sujungimo reakcijos etapą.

Taigi, ką laritos struktūra mus moko apie splaisingo sukėlimą? Spliceosominių RNR sąveikos, analogiškos π – π ′ sąveikai, nežinoma, iškyla klausimas, kaip susiformavus šakos vietai spiceozomoje, pereinama iš dviejų pakopų. Kaip ir daugelis šiuolaikinių RNR, tie, kurie yra spliceozomos, vystėsi taip, kad veiktų kartu su papildomais baltymais 11 . Nors RNR beveik neabejotinai yra spliceozomos esmė, šie baltymai akivaizdžiai vaidina lemiamą vaidmenį reguliuojant ir susiejant specifiškumą bei palengvinant RNR architektūros formavimąsi. Akivaizdu, kad vienas iš baltymų, esančių šalia aktyviosios vietos, skatina šį judesį.

Vienas galimas kandidatas į tai yra Prp8, baltymas, randamas šalia aktyviosios spliciceozomos vietos ir kurio struktūra buvo nustatyta 12 . Deja, nepakanka biocheminės ir genetinės informacijos, leidžiančios parodyti, kaip Prp8 sąveikauja su RNR aktyviojoje spliceozomos vietoje. Tačiau krioelektroninės mikroskopijos 13 metu padaryta pažanga turėtų padėti pasiekti splicerozomos struktūrą. Tuo tarpu Robartas ir jo kolegos II grupės introno lervinės formos struktūrą pateikia gąsdinančiais įkalčiais apie vieną iš sudėtingiausių biologinių makromolekulinių aparatų.

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.