CrcB RNA motiv - CrcB RNA motif
crcB RNA motiv | |
---|---|
![]() Konsensuální sekundární struktura crcB RNA | |
Identifikátory | |
Symbol | crcB RNA |
Rfam | RF01734 |
Další údaje | |
RNA typ | Cis-reg; riboswitch |
Domény | Prokaryota |
PDB struktur | PDBe |
The crcB RNA motiv (nyní nazývaný fluoridový riboswitch) je konzervovaný RNA struktura identifikována bioinformatika v široké škále bakterie a archaea.[1] Později se ukázalo, že tyto RNA fungovaly jako riboswitche ten smysl fluorid ionty.[2] Tyto „fluoridové riboswitche“ zvyšují expresi následných genů, když jsou hladiny fluoridů zvýšené, a navrhuje se, aby tyto geny zmírňovaly toxické účinky velmi vysokých hladin fluoridů.
Předpokládá se, že mnoho genů je regulováno těmito fluoridovými riboswitchi. Dva z nejběžnějších kódují proteiny, u nichž se předpokládá, že fungují odstraněním fluoridu z buňky. Tyto proteiny jsou proteiny CrcB a fluoridově specifický podtyp chloridových kanálů označovaný jako EriCF nebo ClCF. ClCF Ukázalo se, že proteiny fungují jako fluoridově specifický fluorid /proton antiportery.[3]
Trojrozměrná struktura fluoridového riboswitche byla vyřešena při atomovém rozlišení rentgenovou krystalografií.[4]
Fluoridové riboswitche se nacházejí v mnoha organismech v doménách bakterie a archaea, což naznačuje, že mnoho z těchto organismů se někdy setkává se zvýšenou hladinou fluoridu. Zvláštní zájem je Streptococcus mutans, hlavní příčina zubní kaz. Bylo prokázáno, že fluorid sodný inhibuje rychlost růstu S. mutans pomocí glukózy jako zdroje energie a uhlíku.[5] Je však také pozoruhodné, že mnoho organismů, které se v lidských ústech nestřetávají s fluoridem, nosí fluoridové riboswitche nebo geny rezistence.
Objev fluoridového riboswitche
Identita fluoridu jako ligandu riboswitche byla náhodně objevena, když sloučenina kontaminovaná fluoridem způsobila významné konformační změny nekódování crcB RNA motiv během in-line sondovacího experimentu.[2] K osvětlení sekundární struktury přístroje bylo použito in-line sondování crcB Motiv RNA a strukturální změny spojené s možnou vazbou na specifické metabolity nebo ionty.[6] Výsledky sondování ukázaly, že přidání zvyšujících se koncentrací fluoridových iontů potlačuje určité oblasti spontánního štěpení RNA a zvyšuje další oblasti. Tyto nukleotidové oblasti v crcB RNA motiv hraje důležitou roli v aptamer vazebná oblast pro fluorid.[2]
Po navázání fluoridových iontů ukázal fluoridový riboswitch regulaci transkripce genů po směru.[2] Tyto následné geny přepisují enzymy citlivé na fluorid [2] jako enoláza, pyrofosfatáza, předpokládaný exportér fluoridů CrcB a nadrodina membránových proteinů CLC zvaná EricF bílkoviny.[3] CLCF Bylo prokázáno, že proteiny fungují jako transportéry fluoridů proti toxicitě fluoridů.[3] The ericF Gen je mutantní verze genu pro chloridový kanál, která je u bakterií méně častá než chlorid -charakteristický homology, ale přesto se nachází v genomu Streptococcus mutans.[7] EricF protein zejména nese ve svých kanálech specifické aminokyseliny, které se zaměřují na fluoridové anionty, zatímco běžný Ericův protein upřednostňuje chlorid před ionty fluoridu.[2]
Struktura fluoridového riboswitche

Objev fluoridového riboswitche byl překvapivý, protože jak fluoridové ionty, tak i crcB Fosfátové skupiny RNA jsou negativně nabité a neměly by být schopné se navzájem vázat.[2] Předchozí výzkum narazil na tuto otázku při objasnění riboswitche kofaktoru thiamin pyrofosfátu (TPP). The TPP riboswitch struktura ukázala pomoc dvou hydratovaných Mg2+ ionty, které pomáhají stabilizovat spojení mezi fosfáty TPP a guaninovými bázemi RNA.[8][9] Tento hlavní výzkum pomáhá charakterizovat vlastní interakce fluoridového riboswitche s fluoridem a jeho strukturou. Díky in-line sondování a mutačním studiím je fluoridový riboswitch organismu Thermotoga petrophila rozpoznán tak, že má dva spirálové kmeny spojené spirálovou smyčkou se schopností stát se pseudoknot.[10] Bylo zjištěno, že vázaný fluoridový ligand je umístěn ve středu záhybu riboswitche, uzavřeného třemi Mg2+ ionty. The Mg2+ ionty jsou oktaedricky koordinovány s pěti vnějšími fosfáty páteře a molekulami vody, které vytvářejí kapsu specifickou pro metabolit pro koordinaci vazby fluoridového ligandu. Umístění Mg2+ ionty umístí fluoridový iont do záporně nabitého crcB RNA skelet.[10]
Biologický význam

V zemské kůře je fluorid 13. nejhojnějším prvkem.[2] Běžně se používá ve výrobcích pro péči o ústní dutinu a ve vodě.[2] Fluorid působí společně s smalt základ na zuby, remineralizuje je a chrání před agresivními kyselinami a bakteriemi v ústní dutině.[11] Kromě toho jeho význam spočívá v účinku toxicity fluoridu při vysokých koncentracích na bakterie, zejména ty, které způsobují zubní kaz. Již dlouho je známo, že mnoho druhů zapouzdřuje senzorový systém toxických kovů, jako je kadmium a stříbro.[2] Senzorový systém proti fluoridu však zůstal neznámý. Fluoridový riboswitch objasňuje mechanismus bakteriální obrany v boji proti toxicitě vysokých koncentrací fluoridu regulací downstream genů riboswitche po navázání fluoridového ligandu.[2] Další objasnění mechanismu, jak se bakterie chrání před toxicitou fluoridů, může pomoci upravit mechanismus tak, aby byly menší koncentrace fluoridů pro bakterie ještě smrtelnější. Kromě toho mohou být fluoridový riboswitch a následně regulované geny potenciálními cíli pro vývoj léků v budoucnu. Celkově tato vylepšení pomohou učinit z fluoridů a budoucích léků silnou ochranu proti chorobám orálního zdraví.
Reference
- ^ Weinberg Z, Wang JX, Bogue J a kol. (Březen 2010). „Srovnávací genomika odhaluje 104 kandidátských strukturovaných RNA z bakterií, archea a jejich metagenomů“. Genome Biol. 11 (3): R31. doi:10.1186 / gb-2010-11-3-r31. PMC 2864571. PMID 20230605.
- ^ A b C d E F G h i j k Baker JL, Sudarsan N, Weinberg Z a kol. (Leden 2012). „Rozšířené genetické přepínače a proteiny rezistence na toxicitu pro fluorid“. Věda. 335 (6065): 233–235. doi:10.1126 / science.1215063. PMC 4140402. PMID 22194412.
- ^ A b C Stockbridge, RB; Lim HH; Otten R; Williams C; Shane T; Weinberg Z; Miller C (18. září 2012). „Odolnost vůči fluoru a transport pomocí antiporterů CLC řízených riboswitchi“. Proc Natl Acad Sci U S A. 109 (38): 15289–15294. doi:10.1073 / pnas.1210896109. PMC 3458365. PMID 22949689.
- ^ Ren A, Rajashankar KR, Patel DJ (červen 2012). „Fluoridové iontové zapouzdření ionty Mg2 + a fosfáty ve fluoridovém riboswitchi“. Příroda. 486 (7401): 85–89. doi:10.1038 / příroda11152. PMC 3744881. PMID 22678284.
- ^ Yost, KG; VanDemark, P J (květen 1978). „Inhibice růstu Streptococcus mutans a Leuconostoc mesenteroides fluoridem sodným a iontovým cínem“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 35 (5): 920–924. PMC 242953. PMID 655708.
- ^ Regulski, EE; Breaker RR (2008). In-line sondovací analýza riboswitchů. Metody v molekulární biologii. Metody v molekulární biologii ™. 419. str.53–67. doi:10.1007/978-1-59745-033-1_4. ISBN 978-1-58829-783-9. PMID 18369975.
- ^ Breaker, R.R. (10. února 2012). „Nový pohled na reakci bakterií na fluorid“. Výzkum zubního kazu. 46 (1): 78–81. doi:10.1159/000336397. PMC 3331882. PMID 22327376. Citováno 25. února 2013.
- ^ Serganov, A; Polonskaia A; Phan AT; Breaker RR; Patel DJ (29. června 2006). „Strukturální základ pro regulaci genů pomocí riboswitche snímajícího thiamin pyrofosfát“. Příroda. 441 (7097): 1167–1171. doi:10.1038 / nature04740. PMC 4689313. PMID 16728979.
- ^ Thore, S; Leibundgut M; Zákaz N (26. května 2006). "Struktura eukaryotického thiamin pyrofosfátového riboswitche s jeho regulačním ligandem". Věda. 312 (5777): 1208–1211. doi:10.1126 / science.1128451. PMID 16675665.
- ^ A b Ren, A; Rajashankar KR; Patel DJ (13. května 2012). "Fluoridové iontové zapouzdření pomocí Mg2+ ionty a fosfáty ve fluoridovém riboswitchi ". Příroda. 486 (7401): 85–89. doi:10.1038 / příroda11152. PMC 3744881. PMID 22678284.
- ^ Wolfgang, Arnold; Andreas Dorow; Stephanie Langenhorst; Zeno Gintner; Jolan Banoczy; Peter Gaengler (15. června 2006). „Vliv fluoridových zubních past na demineralizaci skloviny“. BMC Orální zdraví. 6 (8): 8. doi:10.1186/1472-6831-6-8. PMC 1543617. PMID 16776820.