Hydrolýza RNA - RNA hydrolysis

Hydrolýza RNA je reakce, při které a fosfodiesterová vazba v páteři cukru a fosfátu RNA je rozbitý a štěpí molekulu RNA. RNA je na toto bazicky katalyzovaná hydrolýza protože ribóza cukr v RNA má a hydroxyl skupina na pozici 2 “.[1] Tato vlastnost činí RNA chemicky nestabilní ve srovnání s DNA, který nemá tuto 2 '-OH skupinu, a proto není citlivý na bazicky katalyzovanou hydrolýzu.[1]

Mechanismus bazické katalyzované hydrolýzy RNA. 1) Báze katalyzovaná deprotonace 2'-OH skupiny, umožňující deprotonovaný 2 'hydroxylový nukleofilní útok na sousední fosfor. 2) Přechodový stav. 3) Fosfodiesterová vazba je přerušena a štěpí páteř RNA. 4) 2 ', 3'-cyklická fosfátová skupina (v kroku 3) hydrolyzuje na 2' nebo 3 'fosfát.

Mechanismus

K hydrolýze RNA dochází, když deprotonovaný 2 ‘OH ribózy, působící jako a nukleofil, napadá sousední fosfor ve fosfodiesterové vazbě cukr-fosfátové kostry RNA.[1] Existuje přechodový stav (zobrazený výše), kdy je fosfor vázán na pět atomů kyslíku.[2] Fosfor se poté oddělí od kyslíku, který jej spojuje se sousedním cukrem, což má za následek odštěpení esteru RNA hlavního řetězce. (Tento mechanismus se také označuje jako štěpení RNA.) Tím se vytvoří 2 ’, 3’-cyklický fosfát, který pak může při hydrolyzování poskytnout buď 2’- nebo 3’-nukleotid. Tento proces je znázorněn na obrázku 1.[1]

Automatická hydrolýza

Hydrolýza nebo štěpení RNA může nastat spontánně, bez přítomnosti katalyzátoru nebo enzymu. Tento proces je znám jako auto-hydrolýza nebo samostřiková reakce. Spontánní štěpení v molekule RNA je mnohem pravděpodobnější, když je jednovláknové.[2] Auto-hydrolýza nebo samostřikovací reakce probíhají v bazických roztocích, kde volné hydroxidové ionty v roztoku mohou snadno deprotonovat 2 'OH ribózy. Tato deprotonace způsobuje, že je reakční báze katalyzována a zvyšuje spontánnost reakce.[2]

Štěpení enzymů

Pokud je RNA dvouvláknová nebo je zapojena do párování nukleotidových bází, je stabilnější a spontánní štěpení je významně méně pravděpodobné. V těchto případech se štěpení provádí pomocí katalyzátoru enzymy. Několik různých enzymů katalyzuje štěpení na specifických místech na molekule RNA.[2]

Jeden takový enzym je Ribonukleáza A (RNáza A), proteinový enzym. RNáza A obsahuje histidin na svém aktivním webu a používá jej k uskutečnění acidobazická katalýza a štěpení RNA.[2] Určité zbytky histidinu v aktivním místě fungují jako báze k odstranění protonů z 2 'hydroxylových skupin ribózových cukrů, zatímco jiné působí jako kyseliny, které darují protony 5' kyslíku sousedních ribóz, aby byly lépe odcházející skupiny. A lysin zbytek, také v aktivním místě RNázy A, stabilizuje negativně nabité atomy kyslíku v přechodném stavu.[2]

Kategorie ribozymů zvaná malé ribonukleolytické ribozymy zvyšuje spontánnost štěpení vlastní RNA pomocí acidobazické katalýzy. Příklady takových ribozymů zahrnují ribozym hammerhead, Ribozym viru hepatitidy delta (HDV) a vlásenka ribozym.[2] Velké ribozymy, jako např Introny skupiny I, Introny skupiny II, a RNáza P, katalyzovat sestřih a další post-transkripční modifikace během zpracování mRNA pomocí výše popsaného mechanismu štěpení.[2]

Možné aplikace

Vědci vyvíjejí a používají různé aplikace pro hydrolýzu RNA, které lze provádět kontrolovaným způsobem. Mezi aplikace patří použití ribozymů v genové terapii ke kontrole genové exprese v bakteriích a eukaryotech a k inhibici replikace virů.[2]Zejména ribozymy Hammerhead mohou být navrženy tak, aby štěpily požadovanou RNA.[3] Tyto ribozymy mohou být navrženy tak, aby například zabránily expresi konkrétního genu.[4]

Kromě inhibice genové exprese lze sestřihové ribozymy použít k opravě poškozené nebo defektní RNA. Sestřih ribozymů katalyzuje sestřih RNA, odstraní část RNA, která obsahuje mutaci, a nahradí ji dobře fungující RNA.[5]Stávající ribozymy lze také změnit způsobem, který mění reakci (reakce), kterou ribozym katalyzuje.[6]

Reference

  1. ^ A b C d Voet, Donald; Voet, Judith (2011). Biochemie (4. vyd.). New York: J. Wiley & Sons. str. 85.
  2. ^ A b C d E F G h i Elliot, David; Ladomery, Michael (2011). Molekulární biologie RNA (1. vyd.). New York: Oxford University Press. str. 34–64.
  3. ^ Leonidas A. Phylactou = Ribozymová genová terapie (2001). Starkey, Michael; Elaswarapu, Ramnath (eds.). Genomické protokoly. Totowa, NJ: Humana Press. str.521–529. ISBN  978-0-89603-774-8.
  4. ^ Thompson, JD; Macejak, D; Couture, L; Stinchcomb, DT (1995). "Ribozymy v genové terapii". Přírodní medicína. 1 (3): 277–278. doi:10,1038 / nm0395-277. PMID  7585047.
  5. ^ Sullenger, BA; Čech, TR (1994). „Oprava defektní mRNA zprostředkovaná ribozymem cíleným trans-sestřihem“. Příroda. 371 (6498): 619–622. doi:10.1038 / 371619a0. PMID  7935797.
  6. ^ Beaudry, Amber; Joyce, Gerald (1992). "Řízená evoluce enzymu RNA". Věda. 257 (5070): 635–641. doi:10.1126 / science.1496376.