Intron skupiny II - Group II intron

Katalytický intron skupiny II, D5
IntronGroupII.jpg
úplná sekundární struktura intronu skupiny II
Identifikátory
SymbolIntron_gpII
RfamRF00029
Další údaje
PDB strukturPDBe 6cih
Informace navícZáznam obsahuje spojovací doménu V (D5) a určitou shodu 3 'k ní.
Katalytický intron skupiny II, D1-D4
Identifikátory
Symbolskupina-II-D1D4
RfamCL00102
Další údaje
PDB strukturPDBe 4fb0
Informace navícZáznam obsahuje D1-D4, části 5 'až D5.

Introny skupiny II jsou velkou třídou samokatalytické ribozymy a mobilní genetické prvky nalezené v geny ze všech tří oblasti života. Aktivita ribozymu (např.sestřih ) může nastat za podmínek s vysokým obsahem solí in vitro. Pomoc od bílkoviny je požadováno pro in vivo sestřih.[1] Na rozdíl od introny skupiny I., dochází k excizi intronu v nepřítomnosti GTP a zahrnuje vznik a laso s větvícím bodem zbytku A silně podobným tomu, který se nachází v lariatech vytvořených během sestřihu jaderné pre-mRNA. Předpokládá se, že sestřih pre-mRNA (viz spliceosome ) se možná vyvinuly z intronů skupiny II kvůli podobnému katalytickému mechanismu a strukturální podobnosti substruktury domény II skupiny II s prodlouženou U6 / U2 snRNA.[2][3] A konečně byla jako nástroj využita jejich schopnost specificky mobilizovat na nová místa DNA biotechnologie.

Struktura a katalýza

Substruktura domény V, která je sdílena mezi introny skupiny II a Spliceozomální RNA U6.

Sekundární struktura intronů skupiny II je charakterizována šesti typickými strukturami kmenové smyčky, nazývanými také domény I až VI (DI až DVI nebo D1 až D6). Domény vyzařují z centrálního jádra, které přivádí spojovací spojení 5 'a 3' do těsné blízkosti. Proximální spirální struktury šesti domén jsou spojeny několika nukleotidy v centrální oblasti (spojovací nebo spojovací sekvence). Vzhledem ke své obrovské velikosti byla doména, kterou jsem rozdělil, dále na subdomény a, b, c a d. Byly identifikovány sekvenční rozdíly intronů skupiny II, které vedly k dalšímu rozdělení na podskupiny IIA, IIB a IIC, spolu s různou vzdáleností vypouklých adenosin v doméně VI (perspektivní bod větvení tvořící lariat) z 3 'spojovacího místa a zahrnutí nebo vynechání strukturních prvků, jako je koordinační smyčka v doméně I, která je přítomna v intronech IIB a IIC, ale ne IIA.[1] Introny skupiny II se také tvoří velmi komplikovaně Terciární struktura RNA.

Introny skupiny II mají jen velmi málo konzervovaných nukleotidů a nukleotidy důležité pro katalytickou funkci se šíří po celé struktuře intronu. Těch několik přísně konzervovaných primárních sekvencí je shoda na 5 'a 3' spojovacím místě (... ↓ GUGYG & ... a ... AY ↓ ..., přičemž Y představuje a pyrimidin ), některé z nukleotidů centrálního jádra (truhlářské sekvence), relativně vysoký počet nukleotidů DV a některé krátké sekvence DI. Nepárový adenosin v DVI (označený hvězdičkou na obrázku a umístěný 7 nebo 8 nt od místa 3 'sestřihu) je také zachován a hraje ústřední roli v procesu sestřihu. 2 'hydroxyl vypouklé adenosin zaútočí na 5 'spojovací místo, následované nukleofilní útok na 3 'spojovacím místě 3' OH proti proudu exon. To má za následek rozvětvený intronový lariát spojený 2 'fosfodiesterovou vazbou na DVI adenosinu.

Pro sestřih je zapotřebí proteinový aparát in vivo Interakce intron-intron a intron-exon s dlouhým dosahem jsou důležité pro umístění místa sestřihu, stejně jako řada terciárních kontaktů mezi motivy, včetně interakcí líbání-smyčka a tetraloop-receptor. V roce 2005 A. De Lencastre a kol. zjistili, že během sestřihu intronů skupiny II jsou všechny reaktanty před zahájením sestřihu preorganizované. Místo odbočky, oba exony, katalyticky esenciální oblasti DV a J2 / 3 a ε − ε 'jsou v těsné blízkosti, než dojde k prvnímu kroku sestřihu. Kromě oblastí boule a AGC triády DV jsou pro architekturu a funkci aktivního místa klíčové oblasti linkeru J2 / 3, nukleotidy ε − ε a koordinační smyčka v DI.[4]

První krystalová struktura intronu skupiny II byla vyřešena v roce 2008 pro Oceanobacillus iheyensis katalytický intron skupiny IIC a připojil se k němu Pylaiella littoralis (P.li.LSUI2) intron skupiny IIB v roce 2014. Byly provedeny pokusy modelovat terciární strukturu dalších intronů skupiny II, jako je intron skupiny IIB skupiny ai5y, pomocí kombinace programů pro mapování homologie na známé struktury a de novo modelování dříve nevyřešených oblastí.[5] Skupina IIC je charakterizována katalytickou triádou tvořenou CGC, zatímco skupina IIA a skupina IIB jsou tvořena AGC katalytickou triádou, která je více podobná katalytické triádě spliceosomu. Předpokládá se, že skupina IIC je také menší, reaktivnější a starodávnější. První krok sestřihu v intronu Skupiny IIC se provádí vodou a místo lariátu tvoří lineární strukturu.[6]

Distribuce a fylogeneze

Doména X
Identifikátory
SymbolDoména_X
PfamPF01348
Pfam klanCL0359
InterProIPR024937
Intron skupiny II, specifický pro maturasu
Identifikátory
SymbolGIIM
PfamPF08388
Pfam klanCL0359
InterProIPR013597

Introny skupiny II se nacházejí v rRNA, tRNA, a mRNA z organely (chloroplasty a mitochondrie) v houby, rostliny, a protistů, a také v mRNA v bakterie. První intron, který byl identifikován jako odlišný od skupiny I, byl intron aB5 skupiny IIB, který byl izolován v roce 1986 z transkriptu pre-mRNA oxi 3 mitochondriální gen Saccharomyces cerevisiae.[7]

Podmnožina skupiny II introny kódují esenciální sestřihové proteiny, známé jako proteiny kódované intronem nebo IEP, v intronu ORF. Délka těchto intronů může být ve výsledku až 3 kb. K sestřihu dochází téměř stejným způsobem jako k sestřihu nukleární pre-mRNA se dvěma transesterifikačními kroky, přičemž oba také používají ionty hořčíku ke stabilizaci odstupující skupiny v každém kroku, což vedlo některé k teoretizování fylogenetické vazby mezi introny skupiny II a nukleárním spliceosomem. Další důkazy pro tento odkaz zahrnují strukturní podobnost mezi spojením U2 / U6 spliceosomální RNA a doménou V intronů skupiny II, která obsahuje katalytickou AGC triádu a velkou část srdce aktivního místa, stejně jako paritu mezi konzervativním 5 'a 3 'koncové sekvence.[8]

Mnoho z těchto IEP, včetně LtrA, sdílet doménu reverzní transkriptázy a „doménu X“.[9] Maturase K. (MatK) je protein poněkud podobný těm intronově kódovaným proteinům, které se nacházejí v rostlinných chloroplastech. Je to nutné pro in vivo sestřih intronů skupiny II a lze je nalézt v chloroplastických intronech nebo v jaderném genomu. Jeho doména RT je poškozená.[9]

Proteinová doména

IEP skupiny II sdílejí související konzervovanou doménu, známou jako „doména X“ v organelách nebo „GIIM“ v bakteriích, která se v jiných retroelementech nenachází.[10][11] Doména X je nezbytná pro sestřih v kvasinkových mitochrondrích.[12] Tato doména může být zodpovědná za rozpoznávání a vazbu na intronovou RNA[11] nebo DNA.[13]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Lambowitz AM, Zimmerly S (srpen 2011). „Introny skupiny II: mobilní ribozymy, které napadají DNA“. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii. 3 (8): a003616. doi:10.1101 / cshperspect.a003616. PMC  3140690. PMID  20463000.
  2. ^ Seetharaman M, Eldho NV, Padgett RA, Dayie KT (únor 2006). „Struktura samosestřihovací intronové katalytické efektorové domény skupiny II: paralely se spliceosomální U6 RNA“. RNA. 12 (2): 235–47. doi:10,1261 / rna.2237806. PMC  1370903. PMID  16428604.
  3. ^ Valadkhan S (květen – červen 2010). „Role snRNA ve spliceozomálně aktivním místě“. RNA Biology. 7 (3): 345–53. doi:10,4161 / rna.7.3.12089. PMID  20458185.
  4. ^ de Lencastre A, Hamill S, Pyle AM ​​(červenec 2005). "Jedna oblast aktivního místa pro intron skupiny II". Přírodní strukturní a molekulární biologie. 12 (7): 626–7. doi:10.1038 / nsmb957. PMID  15980867.
  5. ^ Somarowthu S, Legiewicz M, Keating KS, Pyle AM ​​(únor 2014). „Vizualizace intronu IIB skupiny ai5γ“. Výzkum nukleových kyselin. 42 (3): 1947–58. doi:10.1093 / nar / gkt1051. PMC  3919574. PMID  24203709.
  6. ^ Keating KS, Toor N, Perlman PS, Pyle AM ​​(leden 2010). „Strukturní analýza aktivního místa intronu skupiny II a důsledky pro spliceosom“. RNA. 16 (1): 1–9. doi:10.1261 / rna.1791310. PMC  2802019. PMID  19948765.
  7. ^ Peebles CL, Perlman PS, Mecklenburg KL, Petrillo ML, Tabor JH, Jarrell KA, Cheng HL (leden 1986). „Samosestřihovací RNA exciduje intron lariat“. Buňka. 44 (2): 213–23. doi:10.1016/0092-8674(86)90755-5. PMID  3510741.
  8. ^ Gordon PM, Sontheimer EJ, Piccirilli JA (únor 2000). „Katalýza kovovými ionty během kroku ligace exonů sestřihu jaderné pre-mRNA: prodloužení rovnoběžek mezi spliceosomem a introny skupiny II“. RNA. 6 (2): 199–205. doi:10.1017 / S1355838200992069. PMC  1369906. PMID  10688359.
  9. ^ A b Ahlert D, Piepenburg K, Kudla J, Bock R (červenec 2006). "Evoluční původ rostlinného mitochondriálního intronu skupiny II od předka kódujícího reverzní transkriptázu / maturázu". Journal of Plant Research. 119 (4): 363–71. doi:10.1007 / s10265-006-0284-0. PMID  16763758.
  10. ^ Mohr G, Perlman PS, Lambowitz AM (listopad 1993). „Evoluční vztahy mezi proteiny kódovanými introny skupiny II a identifikace konzervované domény, která může souviset s funkcí maturázy“. Výzkum nukleových kyselin. 21 (22): 4991–7. doi:10.1093 / nar / 21.22.4991. PMC  310608. PMID  8255751.
  11. ^ A b Centrón D, Roy PH (květen 2002). „Přítomnost intronu skupiny II v multirezistentním kmeni Serratia marcescens, který obsahuje tři integrony a novou genovou fúzi“. Antimikrobiální látky a chemoterapie. 46 (5): 1402–9. doi:10.1128 / AAC.46.5.1402-1409.2002. PMC  127176. PMID  11959575.
  12. ^ Moran JV, Mecklenburg KL, Sass P, Belcher SM, Mahnke D, Lewin A, Perlman P (červen 1994). „Sestřih defektních mutantů genu COXI kvasinkové mitochondriální DNA: počáteční definice maturázové domény intronu aI2 skupiny II“. Výzkum nukleových kyselin. 22 (11): 2057–64. doi:10.1093 / nar / 22.11.2057. PMC  308121. PMID  8029012.
  13. ^ Guo H, Zimmerly S, Perlman PS, Lambowitz AM (listopad 1997). „Intronové endonukleázy skupiny II používají k rozpoznání specifických sekvencí ve dvouřetězcové DNA jak podjednotky RNA, tak proteinové“. Časopis EMBO. 16 (22): 6835–48. doi:10.1093 / emboj / 16.22.6835. PMC  1170287. PMID  9362497.

Další čtení

externí odkazy