Uzavírací enzym - Capping enzyme

mRNA guanylyltransferáza
PDB 1 kč EBI
Identifikátory
EC číslo2.7.7.50
Číslo CAS56941-23-2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum

A zakončovací enzym (CE) je enzym že katalyzuje připevnění 5 'čepice na messenger RNA molekuly, které jsou v procesu syntézy v buněčné jádro během prvních fází genová exprese. Došlo k přidání víčka transkripčně, po pěstování RNA molekula obsahuje pouhých 25 nukleotidy. Enzymatická reakce je konkrétně katalyzována fosforylovaný karboxy-terminální doména (CTD) z RNA polymeráza II. 5 'čepička je proto specifická spíše pro RNA syntetizované touto polymerázou než pro RNA syntetizované touto polymerázou RNA polymeráza I nebo RNA polymeráza III. Pre-mRNA prochází řadou úprav - 5 'zakončení, sestřih a 3' polyadenylace než se stane zralou mRNA, která opouští jádro být přeložen do funkčních proteinů a zakončení 5 'konce je první z těchto modifikací. Tři enzymy, RNA trifosfatáza, guanylyltransferáza (nebo CE) a methyltransferáza se podílejí na přidání methylované 5 'čepičky k mRNA.

Vytvoření víčka

5'koncová struktura
5 'struktura čepice

Capping je třístupňový proces, který využívá enzymy RNA trifosfatáza, guanylyltransferáza a methyltransferáza.[1][2] Prostřednictvím série tří kroků se víčko přidá k 5 'hydroxylové skupině prvního nukleotidu rostoucího mRNA strand while transkripce stále dochází.[1][3] Nejprve RNA 5 'trifosfatáza hydrolyzuje 5' trifosfátovou skupinu za vzniku difosfát-RNA. Poté přidání GMP guanylyltransferázou produkuje guanosin víčko. Nakonec RNA methyltransferáza přenáší a methylová skupina na čepičku guanosinu, čímž se získá čepička 7-methylguanosinu, která je připojena k 5 'konci transkriptu.[1][3][4][5] Tyto tři enzymy, souhrnně nazývané zakončovací enzymy, jsou schopné pouze katalyzovat jejich příslušné reakce při připojení k RNA polymeráze II, enzymu nezbytnému pro transkripci DNA na pre-mRNA. Když je dosaženo tohoto komplexu RNA polymerázy II a zakončovacích enzymů, jsou uzavírací enzymy schopny přidat víčko k mRNA, zatímco je produkováno RNA polymerázou II.[6]

Funkce

MRNAexportimage
Ilustrace toho, jak se mRNA zpracovává pro export, počínaje 5'kapacitním procesem

Aby mohla být eukaryotická RNA exportována z EU, musí podstoupit řadu modifikací jádro a úspěšně přeloženy do funkčních proteinů, z nichž mnohé jsou závislé na omezení mRNA, k první modifikaci mRNA dojde.[6][7] Uzávěr 5 'je nezbytný pro stabilitu mRNA, což zvyšuje zpracování mRNA, export a překlad mRNA.[1][7][8] Po úspěšném cappingu další událost fosforylace iniciuje nábor mechanismu nezbytného pro sestřih RNA, což je proces, při kterém jsou odstraněny introny za vzniku zralé mRNA.[6] Přidání víčka na mRNA poskytuje transkriptu ochranu před exonukleázami, které degradují nechráněnou RNA a napomáhají procesu transportu jaderného exportu, takže mRNA může být translatována za vzniku proteinů.[1] Funkce 5 'čepičky je nezbytná pro konečnou expresi RNA.[1]

Struktura

Uzavírací enzym je součástí kovalentní nukleotidyltransferázy nadčeleď, který také zahrnuje DNA ligázy a RNA ligázy.[7][9][10][11] Enzymy této nadčeledi sdílejí následující podobnosti:

  • Chráněné oblasti známé jako motivy I, II, III, IIIa, IV, V a VI, které jsou uspořádány ve stejném pořadí a podobných rozestupech[7][9][11]
  • A lysin obsahující motiv KxDG (motiv I)[7][9]
  • A kovalentní lysyl-NMP meziprodukt[7][9]

Uzavírací enzym se skládá ze dvou domén, doména nukleotidyltransferázy (NTáza) a doména vázající C-koncový oligonukleotid (OB).[7][10] Doména NTázy, konzervovaná zakončovacími enzymy, DNA a RNA ligázami, je tvořena 5 motivy, I, III, IIIa, IV a V.[7][10] Motiv I nebo KxDG je aktivní místo, kde se tvoří kovalentní (lysyl) -N-GMP meziprodukt.[7][8][9][11] Obě domény NTázy a OB procházejí konformačními změnami, které pomáhají při uzavírací reakci.[10]

Uzavírací enzymy se nacházejí v jádro z eukaryotický buňky.[8][12] V závislosti na organismu je zakončovací enzym buď monofunkční, nebo bifunkční polypeptid.[4][5] Guanylyltransferázy (Ceg1) z Saccharomyces cerevisiae je kódován CEG1 gen a skládá se ze 459 aminokyselin (53-kD).[4][13] RNA trifosfatáza (Cet1) je samostatná 549 aminokyselina polypeptid (80 kD), kódováno CET1 gen.[4][13][14] Lidský zakončovací enzym je příkladem bifunkčního polypeptidu, který má jak trifosfatázovou (N-koncovou), tak guanylyltransferázovou doménu (C-teriminal).[15][16] Člověk mRNA guanylyltransferáza doména zakončovacího enzymu se skládá ze sedmi šroubovice a patnáct β řetězce které jsou seskupeny do tří, pěti a sedmi řetězců, uspořádaných jako antiparalelní β listy.[15] Struktura enzymu má tři subdomény označované jako pant, základna a víčko.[15] The GTP vazebné místo je umístěno mezi pantovou a základní doménou.[15] Doména víka určuje konformaci Aktivní stránky rozštěp, který se skládá z vazebného místa GTP, fosfoamidu spojujícího lysin a okolních zbytků.[15] Guanylyltransferázová doména je spojena s trifosfatázovou doménou prostřednictvím pružné smyčkové struktury o 25 aminokyselinách.[15]

Dopad aktivity enzymu

Spojování je závislé na přítomnosti víčka 7-methylguanosinu. K defektu sestřihu může dojít v důsledku mutace (mutací) guanylytransferázy, která může inhibovat aktivitu enzymu a zabránit tvorbě víčka. Závažnost účinku však závisí na mutaci guanlyltransferázy.[1] Guanylyltransferáza dále zmírňuje transkripční represi zprostředkovanou NELF.[1][17] NELF společně s DSIF zabraňuje prodloužení transkripce.[1][5] Mutace v enzymu tedy mohou ovlivnit prodloužení transkripce.[1]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j Cowling VH (prosinec 2009). „Regulace metylace víčka mRNA“. The Biochemical Journal. 425 (2): 295–302. doi:10.1042 / BJ20091352. PMC  2825737. PMID  20025612.
  2. ^ Mandal SS, Chu C, Wada T, Handa H, Shatkin AJ, Reinberg D (květen 2004). „Funkční interakce enzymu limitujícího RNA s faktory, které pozitivně a negativně regulují únik promotoru RNA polymerázou II“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 101 (20): 7572–7. doi:10.1073 / pnas.0401493101. PMC  419647. PMID  15136722.
  3. ^ A b Fabrega C, Hausmann S, Shen V, Shuman S, Lima CD (leden 2004). "Struktura a mechanismus mRNA cap (guanin-N7) methyltransferázy". Molekulární buňka. 13 (1): 77–89. doi:10.1016 / s1097-2765 (03) 00522-7. PMID  14731396.
  4. ^ A b C d Ho CK, Sriskanda V, McCracken S, Bentley D, Schwer B, Shuman S (duben 1998). „Doména guanylyltransferázy savčího enzymu zakončujícího mRNA se váže na fosforylovanou karboxylterminální doménu RNA polymerázy II“. The Journal of Biological Chemistry. 273 (16): 9577–85. doi:10.1074 / jbc.273.16.9577. PMID  9545288.
  5. ^ A b C Kim HJ, Jeong SH, Heo JH, Jeong SJ, Kim ST, Youn HD, Han JW, Lee HW, Cho EJ (červenec 2004). „aktivita enzymu omezujícího mRNA je spojena s časným prodloužením transkripce“. Molekulární a buněčná biologie. 24 (14): 6184–93. doi:10.1128 / MCB.24.14.6184-6193.2004. PMC  434235. PMID  15226422.
  6. ^ A b C Watson J (8. dubna 2014). Molekulární biologie genu. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. 429–455. ISBN  9780321762436.
  7. ^ A b C d E F G h i Ghosh A, Lima CD (červenec – srpen 2010). "Enzymologie syntézy víček RNA". Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA. 1 (1): 152–72. doi:10.1002 / wrna.19. PMC  3962952. PMID  21956912.
  8. ^ A b C Wen Y, Yue Z, Shatkin AJ (říjen 1998). "Savčí zakončovací enzym váže RNA a využívá mechanismus protein tyrosin fosfatázy". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 95 (21): 12226–31. doi:10.1073 / pnas.95.21.12226. PMC  22813. PMID  9770468.
  9. ^ A b C d E Shuman S, Schwer B (srpen 1995). „Enzym zakončující RNA a DNA ligáza: nadrodina kovalentních nukleotidyltransferáz“. Molekulární mikrobiologie. 17 (3): 405–10. doi:10.1111 / j.1365-2958.1995.mmi_17030405.x. PMID  8559059.
  10. ^ A b C d Gu M, Rajashankar KR, CD Lima (únor 2010). "Struktura uzavíracího zařízení mRNA Saccharomyces cerevisiae Cet1-Ceg1". Struktura. 18 (2): 216–27. doi:10.1016 / j.str.2009.12.009. PMC  2877398. PMID  20159466.
  11. ^ A b C Wang SP, Deng L, Ho CK, Shuman S (září 1997). „Fylogeneze enzymů limitujících mRNA“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 94 (18): 9573–8. doi:10.1073 / pnas.94.18.9573. PMC  23221. PMID  9275164.
  12. ^ „O60942 (MCE1_HUMAN)“.
  13. ^ A b Cho EJ, Takagi T, Moore CR, Buratowski S (prosinec 1997). „Enzym zakončující mRNA je získáván do transkripčního komplexu fosforylací karboxyterminální domény RNA polymerázy II“. Geny a vývoj. 11 (24): 3319–26. doi:10.1101 / gad.11.24.3319. PMC  316800. PMID  9407025.
  14. ^ Shibagaki Y, Itoh N, Yamada H, Nagata S, Mizumoto K (květen 1992). "Enzym zakončující mRNA. Izolace a charakterizace genu kódujícího podjednotku guanylytransferázy mRNA ze Saccharomyces cerevisiae". The Journal of Biological Chemistry. 267 (14): 9521–8. PMID  1315757.
  15. ^ A b C d E F Chu C, Das K, Tyminski JR, Bauman JD, Guan R, Qiu W, Montelione GT, Arnold E, Shatkin AJ (červen 2011). "Struktura guanylyltransferázové domény lidského enzymu omezujícího mRNA". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 108 (25): 10104–8. doi:10.1073 / pnas.1106610108. PMC  3121809. PMID  21636784.
  16. ^ Cramer P, Srebrow A, Kadener S, Werbajh S, de la Mata M, Melen G, Nogués G, Kornblihtt AR (červen 2001). "Koordinace mezi transkripcí a zpracováním pre-mRNA". FEBS Dopisy. 498 (2–3): 179–82. doi:10.1016 / s0014-5793 (01) 02485-1. PMID  11412852.
  17. ^ Kaneko S, Chu C, Shatkin AJ, Manley JL (listopad 2007). "Lidský zakončovací enzym podporuje tvorbu transkripčních R smyček in vitro". Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (45): 17620–5. doi:10.1073 / pnas.0708866104. PMC  2077024. PMID  17978174.