RNA-dependentní RNA polymeráza - RNA-dependent RNA polymerase

Nesmí být zaměňována s DNA-dependentní RNA polymeráza.
RNA-dependentní RNA polymeráza
HCV NS5B RdRP zastavil 4WTG.png
Zastavená HCV RNA replikáza (NS5B), v komplexu s sofosbuvir (PDB 4WTG).
Identifikátory
EC číslo2.7.7.48
Číslo CAS9026-28-2
Databáze
IntEnzIntEnz pohled
BRENDAVstup BRENDA
EXPASYPohled NiceZyme
KEGGVstup KEGG
MetaCycmetabolická cesta
PRIAMprofil
PDB strukturRCSB PDB PDBe PDBsum
Genová ontologieAmiGO / QuickGO

RNA-dependentní RNA polymeráza (RdRP, RDR) nebo RNA replikáza je enzym který katalyzuje replikace z RNA z RNA šablony. Konkrétně katalyzuje syntézu řetězce RNA komplementární k dané šabloně RNA. To je na rozdíl od typických DNA-dependentní RNA polymerázy, které všechny organismy používají ke katalýze transkripce RNA z a DNA šablona.

RdRP je základní protein kódovaný v genomech všech RNA obsahujících viry bez fáze DNA, tj RNA viry.[1][2] Některé eukaryoty také obsahují RdRP.

Dějiny

Virové RdRP byly objeveny na počátku 60. let 20. století ze studií mengovirus a virus obrny když bylo zjištěno, že tyto viry nejsou citlivé na aktinomycin D, lék, který inhibuje syntézu RNA zaměřenou na buněčnou DNA. Tento nedostatek citlivosti naznačuje, že existuje virus specifický enzym, který by mohl kopírovat RNA z templátu RNA, a nikoli z templátu DNA.

Rozdělení

Struktura a mechanismus prodloužení replikace RdRp

RdRP jsou vysoce konzervovaný v celém viru a dokonce s ním souvisí telomeráza, ačkoli důvodem je přetrvávající otázka od roku 2009.[3] Podobnost vedla ke spekulacím, že virové RdRps jsou původem z lidské telomerázy.

Nejznámějším příkladem RdRP je příklad virus obrny. Virový genom se skládá z RNA, která vstupuje do buňky prostřednictvím zprostředkovaného receptorem endocytóza. Odtamtud je RNA schopna okamžitě působit jako templát pro komplementární syntézu RNA. Samotné komplementární vlákno je pak schopné působit jako templát pro produkci nových virových genomů, které jsou dále zabaleny a uvolněny z buňky připravené infikovat více hostitelských buněk. Výhodou této metody replikace je, že neexistuje žádná fáze DNA; replikace je rychlá a snadná. Nevýhodou je, že neexistuje žádná „záložní“ kopie DNA.

Mnoho RdRP je úzce spojeno s membránami, a proto je obtížné je studovat. Nejznámějšími RdRP jsou poliovirový 3Dpol, virus vezikulární stomatitidy L,[4] a virus hepatitidy C. NS5B protein.

Mnoho eukaryoty také zapojit RdRP Interference RNA; tyto zesilují mikroRNA a malé časové RNA a produkují dvouvláknovou RNA pomocí malé interferující RNA jako primery.[5] Ve skutečnosti mohou být tytéž RdRP, které se používají v obranných mechanismech, uzurpovány RNA viry ve svůj prospěch.[Citace je zapotřebí ] Jejich evoluční historie byla přezkoumána.[6]

Proces replikace

RdRP katalyzuje syntézu řetězce RNA komplementárního k danému templátu RNA. Proces replikace RNA je dvoustupňový mechanismus. Nejprve začíná iniciační krok syntézy RNA na 3 'konci templátu RNA nebo v jeho blízkosti pomocí a primer -nezávislý (de novo), nebo mechanismus závislý na primeru, který využívá a spojené s genomem virového proteinu (VPg) primer. The de novo zahájení spočívá v přidání a nukleosid trifosfát (NTP) na 3'-OH prvního iniciačního NTP. Během následující takzvané elongační fáze se tato reakce přenosu nukleotidylu opakuje s následujícími NTP za vzniku komplementárního produktu RNA.[7][8]

Struktura

Přehled struktury flaviviru RdRp na základě viru West Nile Virus (WNV) NS5Pol

Virové / prokaryotické RNA polymerázy řízené RNA, spolu s mnoha polymerázami řízenými DNA s jednou podjednotkou, používají záhyb, jehož organizace byla přirovnána k tvaru pravé ruky se třemi subdoménami nazývanými prsty, dlaň a palec.[9] Pouze palmová subdoména, složená ze čtyř pramenů antiparalelní beta list se dvěma alfa helixy je mezi všemi těmito enzymy dobře konzervovaný. V RdRP obsahuje palmová subdoména tři dobře konzervované motivy (A, B a C). Motiv A (D-x (4,5) -D) a motiv C (GDD) jsou prostorově vedle sebe; the kyselina asparagová zbytky těchto motivů jsou implikovány ve vazbě Mg2+ a / nebo Mn2+. The asparagin zbytek motivu B se účastní selekce ribonukleosid trifosfátů nad dNTP a určuje tak, zda je syntetizována RNA spíše než DNA.[10] Organizace domény[11] a 3D struktura katalytického centra širokého rozsahu RdRP, i těch s nízkou celkovou homologií sekvence, jsou zachovány. Katalytické centrum je tvořeno několika motivy obsahujícími řadu konzervovaných aminokyselinových zbytků.

Eukaryotický Interference RNA vyžaduje buněčnou RNA-dependentní RNA polymerázu (cRdRP). Na rozdíl od „ručních“ polymeráz se podobají zjednodušené více podjednotce DNA-dependentní RNA polymerázy (DdRP), konkrétně v katalytických β / β 'podjednotkách, v tom, že v aktivním místě používají dvě sady β-barelů s dvojitým tlakem. QDE1 (Q9Y7G6) v Neurospora crassa, který tvoří homodimer, je příkladem takového enzymu.[12] Bakteriofág homology, včetně homodimerních DdRp yonO, se zdají být blíže cRdRP než DdRP.[13][14]

Ve virech

Struktura a vývoj RdRp v RNA virech a jejich superrodinách

Existují 4 superrodiny virů, které pokrývají všechny viry obsahující RNA bez fáze DNA:

Transkripce RNA je podobná[jak? ] ale ne totéž jako replikace DNA.

Flaviviry produkují polyprotein z genomu ssRNA. Polyprotein je štěpen na řadu produktů, z nichž jeden je NS5, RNA-dependentní RNA polymeráza. Tato RNA-řízená RNA polymeráza má řadu krátkých oblastí a motivů homologních k jiným RNA-řízeným RNA polymerázám.[15]

RNA replikáza nalezená ve virech ssRNA s pozitivním vláknem spolu souvisí a tvoří tři velké superrodiny.[16] Birnavirová RNA replikáza je jedinečná v tom, že jí chybí motiv C (GDD) v dlani.[17] Mononegavirový RdRP (PDB 5A22) byl automaticky klasifikován jako podobný (+) - ssRNA RdRP, konkrétně jednomu z Pestivirus a jeden z Leviviridae.[18] Bunyavirový monomer RdRP (PDB 5AMQ) se podobá heterotrimernímu komplexu Orthomyxovirového (chřipka; PDB 4WSB) RdRP.[19]

Jelikož se jedná o protein univerzální pro viry obsahující RNA, RdRP je užitečným markerem pro pochopení jejich vývoje.[20] Byl přezkoumán celkový strukturální vývoj virových RdRP.[21][22]

Rekombinace

Při replikaci jeho (+) genom ssRNA, poliovirus RdRP je schopen provádět rekombinace. Zdá se, že k rekombinaci dochází mechanismem volby kopírování, ve kterém RdRP přepíná (+) ssRNA šablony během syntézy negativního řetězce.[23] Frekvence rekombinace je částečně určena věrností replikace RdRP.[24] Varianty RdRP s vysokou věrností replikace vykazují sníženou rekombinaci a nízko věrné RdRps vykazují zvýšenou rekombinaci.[24] Rekombinace přepínáním řetězců RdRP také často dochází během replikace v (+) ssRNA rostlině carmoviry a tombusviry.[25]

Intragenní komplementace

Virus Sendai (rodina Paramyxoviridae) má lineární, jednovláknový, negativně smysluplný, nesegmentovaný genom RNA. Virový RdRP se skládá ze dvou podjednotek kódovaných virem, menší P a větší L. Když byly různé neaktivní mutanty RdRP s defekty po celé délce L podjednotky testovány v párových kombinacích, bylo u některých pozorováno obnovení syntézy virové RNA kombinace.[26] Tato pozitivní interakce L-L se označuje jako intragenní komplementace a naznačuje, že L protein je oligomer v komplexu virové RNA polymerázy.

Viz také

RNA závislá RNA polymeráza[A]
Identifikátory
SymbolRdRP_1
PfamPF00680
Pfam klanCL0027
InterProIPR001205
SCOP22jlg / Rozsah / SUPFAM
Bunyavirová RNA replikáza[b]
Identifikátory
SymbolBunya_RdRp
PfamPF04196
InterProIPR007322
RNA-dependentní RNA polymeráza, eukaryotického typu
Identifikátory
SymbolRdRP_euk
PfamPF05183
InterProIPR007855

Poznámky

  1. ^ Viz klan Pfam pro další (+) rodiny ssRNA / dsRNA.
  2. ^ A (-) ssRNA polymeráza.

Reference

  1. ^ Koonin EV, Gorbalenya AE, Chumakov KM (červenec 1989). „Předběžná identifikace RNA-závislých RNA polymeráz dsRNA virů a jejich vztah k pozitivním řetězcům RNA virových polymeráz“. FEBS Dopisy. 252 (1–2): 42–6. doi:10.1016/0014-5793(89)80886-5. PMID  2759231. S2CID  36482110.
  2. ^ Zanotto PM, Gibbs MJ, Gould EA, Holmes EC (září 1996). „Přehodnocení vyšší taxonomie virů na základě RNA polymeráz“. Journal of Virology. 70 (9): 6083–96. doi:10.1128 / JVI.70.9.6083-6096.1996. PMC  190630. PMID  8709232.
  3. ^ Suttle CA (září 2005). "Viry v moři". Příroda. 437 (7057): 356–61. Bibcode:2005 Natur.437..356S. doi:10.1038 / nature04160. PMID  16163346. S2CID  4370363.
  4. ^ Timm C, Gupta A, Yin J (srpen 2015). „Robustní kinetika viru RNA: Míra transkripce je dána úrovněmi genomu“. Biotechnologie a bioinženýrství. 112 (8): 1655–62. doi:10,1002 / bit. 2578. PMC  5653219. PMID  25726926.
  5. ^ Iyer LM, Koonin EV, Aravind L (leden 2003). „Evoluční spojení mezi katalytickými podjednotkami DNA-závislých RNA polymeráz a eukaryotických RNA-závislých RNA polymeráz a původem RNA polymeráz“. BMC strukturní biologie. 3: 1. doi:10.1186/1472-6807-3-1. PMC  151600. PMID  12553882.
  6. ^ Zong J, Yao X, Yin J, Zhang D, Ma H (listopad 2009). „Vývoj genů RNA-dependentní RNA polymerázy (RdRP): duplikace a možné ztráty před a po divergenci hlavních eukaryotických skupin“. Gen. 447 (1): 29–39. doi:10.1016 / j.gene.2009.07.004. PMID  19616606.
  7. ^ Jin Z, Leveque V, Ma H, Johnson KA, Klumpp K (březen 2012). „Sestavení, čištění a kinetická analýza před ustáleným stavem aktivního komplexu pro prodloužení aktivní polymerázy RNA závislé na RNA“. The Journal of Biological Chemistry. 287 (13): 10674–83. doi:10.1074 / jbc.M111.325530. PMC  3323022. PMID  22303022.
  8. ^ Kao CC, Singh P, Ecker DJ (září 2001). "De novo zahájení syntézy RNA závislé na RNA". Virologie. 287 (2): 251–60. doi:10.1006 / viro.2001.1039. PMID  11531403.
  9. ^ Hansen JL, Long AM, Schultz SC (srpen 1997). "Struktura RNA-dependentní RNA polymerázy polioviru". Struktura. 5 (8): 1109–22. doi:10.1016 / S0969-2126 (97) 00261-X. PMID  9309225.
  10. ^ Gohara DW, Crotty S, Arnold JJ, Yoder JD, Andino R, Cameron CE (srpen 2000). „Poliovirus RNA-dependentní RNA polymeráza (3Dpol): strukturální, biochemická a biologická analýza konzervovaných strukturních motivů A a B“. The Journal of Biological Chemistry. 275 (33): 25523–32. doi:10,1074 / jbc.M002671200. PMID  10827187.
  11. ^ O'Reilly EK, Kao CC (prosinec 1998). „Analýza struktury a funkce RNA-závislé RNA polymerázy na základě známých struktur polymerázy a počítačových předpovědí sekundární struktury“. Virologie. 252 (2): 287–303. doi:10.1006 / viro.1998.9463. PMID  9878607.
  12. ^ Werner F, Grohmann D (únor 2011). "Vývoj multisubunitních RNA polymeráz ve třech doménách života". Recenze přírody. Mikrobiologie. 9 (2): 85–98. doi:10.1038 / nrmicro2507. PMID  21233849. S2CID  30004345.
  13. ^ Iyer LM, Koonin EV, Aravind L (leden 2003). „Evoluční spojení mezi katalytickými podjednotkami DNA-závislých RNA polymeráz a eukaryotických RNA-závislých RNA polymeráz a původem RNA polymeráz“. BMC strukturní biologie. 3: 1. doi:10.1186/1472-6807-3-1. PMC  151600. PMID  12553882.
  14. ^ Forrest D, James K, Yuzenkova Y, Zenkin N (červen 2017). „Single-peptide DNA-dependent RNA polymerase homologous to multi-subunit RNA polymerase“. Příroda komunikace. 8: 15774. Bibcode:2017NatCo ... 815774F. doi:10.1038 / ncomms15774. PMC  5467207. PMID  28585540.
  15. ^ Tan BH, Fu J, Sugrue RJ, Yap EH, Chan YC, Tan YH (únor 1996). „Rekombinantní protein NS5 viru dengue typu 1 exprimovaný v Escherichia coli vykazuje aktivitu RNA polymerázy závislou na RNA“. Virologie. 216 (2): 317–25. doi:10.1006 / viro.1996.0067. PMID  8607261.
  16. ^ Koonin EV (září 1991). „Fylogeneze RNA-dependentních RNA polymeráz pozitivních RNA virů“ (PDF). The Journal of General Virology. 72 (Pt 9) (9): 2197–206. doi:10.1099/0022-1317-72-9-2197. PMID  1895057.
  17. ^ Shwed PS, Dobos P, Cameron LA, Vakharia VN, Duncan R (květen 2002). „Birnavirové VP1 proteiny tvoří zřetelnou podskupinu RNA-závislých RNA polymeráz bez GDD motivu“. Virologie. 296 (2): 241–50. doi:10.1006 / viro.2001.1334. PMID  12069523.
  18. ^ Strukturální podobnosti pro entity v PNR 5A22.
  19. ^ Gerlach P, Malet H, Cusack S, Reguera J (červen 2015). „Structural Insights into Bunyavirus Replication and its Regulation by the vRNA Promoter“. Buňka. 161 (6): 1267–79. doi:10.1016 / j.cell.2015.05.006. PMC  4459711. PMID  26004069.
  20. ^ Wolf YI, Kazlauskas D, Iranzo J, Lucía-Sanz A, Kuhn JH, Krupovic M, Dolja VV, Koonin EV (listopad 2018). „Počátky a vývoj globálního RNA viromu“. mBio. 9 (6). doi:10,1 128 / mBio.02329-18. PMC  6282212. PMID  30482837.
  21. ^ Venkataraman S, Prasad BV, Selvarajan R (únor 2018). „RNA závislé polymerázy: poznatky ze struktury, funkce a vývoje“. Viry. 10 (2): 76. doi:10,3390 / v10020076. PMC  5850383. PMID  29439438.
  22. ^ Černý J, Černá Bolfíková B, Valdés JJ, Grubhoffer L, Růžek D (2014). "Vývoj terciární struktury virových RNA dependentních polymeráz". PLOS ONE. 9 (5): e96070. Bibcode:2014PLoSO ... 996070C. doi:10.1371 / journal.pone.0096070. PMC  4015915. PMID  24816789.
  23. ^ Kirkegaard K, Baltimore D (listopad 1986). "Mechanismus rekombinace RNA v polioviru". Buňka. 47 (3): 433–43. doi:10.1016/0092-8674(86)90600-8. PMC  7133339. PMID  3021340.
  24. ^ A b Woodman A, Arnold JJ, Cameron CE, Evans DJ (srpen 2016). "Biochemická a genetická analýza role virové polymerázy v enterovirové rekombinaci". Výzkum nukleových kyselin. 44 (14): 6883–95. doi:10.1093 / nar / gkw567. PMC  5001610. PMID  27317698.
  25. ^ Cheng CP, Nagy PD (listopad 2003). „Mechanismus rekombinace RNA ve virech karmy a tombusu: důkazy o změně templátu pomocí RNA-dependentní RNA polymerázy in vitro“. Journal of Virology. 77 (22): 12033–47. doi:10.1128 / jvi.77.22.12033-12047.2003. PMC  254248. PMID  14581540.
  26. ^ Smallwood S, Cevik B, Moyer SA. Intragenní komplementace a oligomerizace L podjednotky RNA polymerázy viru sendai. Virologie. 2002; 304 (2): 235-245. doi: 10.1006 / viro.2002.1720

externí odkazy

Tento článek včlení text od public domain Pfam a InterPro: IPR000208