RNA-riippuvainen RNA-polymeraasi

RNA-riippuvainen RNA-polymeraasi ( RdRP eng. RNA-dependent RNA-polymerase ) tai RNA-replikaasi  on entsyymi , joka katalysoi RNA:n replikaatiota (RNA-synteesi RNA-templaatista). RNA:n käyttö templaattina erottaa pohjimmiltaan RNA-replikaasin nykyaikaisten elävien organismien yleisemmästä DNA-riippuvaisesta RNA-polymeraasista , joka katalysoi transkriptiota (RNA-synteesi käyttäen DNA :ta templaattina ).

RNA-riippuvaiset RNA-polymeraasit (RdRp) ovat kaikkien RNA:ta sisältävien virusten genomiin koodattuja tärkeimpiä entsyymejä, joiden elinkaari etenee ilman DNA-vaihetta. [2] [3] RNA-riippuvainen RNA-polymeraasi katalysoi tietylle RNA-templaatille komplementaarisen RNA:n synteesiä. RNA:n replikaatioprosessi sisältää kaksi vaihetta. Ensimmäisessä vaiheessa (aloitus) RNA-synteesi alkaa RNA-templaatin 3'-päästä tai sen lähellä alukkeesta riippumattomalla ( de novo ) tai alukkeesta riippuvaisella mekanismilla (tässä tapauksessa viruksen genomiin liittyvällä proteiinilla (VPg). ; eng. viraalisen proteiinin genomiin linkitetystä ).De novo -käynnistyksen aikana nukleosiditrifosfaattia (NTP) lisätään ensimmäisen, initioivan nukleosiditrifosfaatin 3'-OH-päähän.Seuraavan vaiheen (elongaatio) aikana tytär-RNA kerääntyy nukleosiditrifosfaattien peräkkäisen siirron aikana, joka päättyy alkuperäisen templaatti-RNA-tuotteen kanssa komplementaariseen syntymiseen [4] [5]

Historia

Viruksen RNA-riippuvaisia ​​RNA-polymeraaseja löydettiin 1960-luvun alussa mengovirusryhmän ja polioviruksen tutkimuksessa . Varhaisessa työssä havaittiin, että nämä virukset eivät ole herkkiä aktinomysiini D :lle, lääkkeelle, joka estää solun DNA-riippuvaisen RNA-synteesin (transkription). Tämän seurauksena ehdotettiin, että näillä viruksilla on spesifinen entsyymi, joka katalysoi RNA-synteesiä ja käyttää suoraan RNA:ta templaattina (muodostamatta DNA-templaattia).

Tämän luokan tutkituin entsyymi on poliomyeliittiviruksen RNA-riippuvainen RNA-polymeraasi. Viruksen genomin muodostaa RNA, joka tulee soluun endosytoosin kautta , jota välittää erityisten reseptorien tunnistaminen solun pinnalla. Solun sytoplasmassa virus-RNA voi toimia templaattina tytär-RNA:n synteesille. Tuloksena olevat tytärkomplementaariset ketjut voivat myös toimia mallina uusien virusgenomien lisääntymiselle. Kun genomit lisääntyvät, ne pakataan ja vapautetaan solusta. Vapautuneet tytärvirionit pystyvät infektoimaan uusia soluja. Tämän elinkaarikaavion etuna on viruksen DNA-vaiheen puuttuminen, minkä vuoksi virus replikoituu nopeammin. Samanaikaisesti DNA-vaiheen puuttumista voidaan pitää myös haittana, koska se tekee uusien virionien lisääntymisen mahdottomaksi, kun viruksen RNA tuhoutuu.

Monet RNA-riippuvaiset RNA-polymeraasit liittyvät läheisesti kalvoihin, mikä vaikeuttaa suuresti niiden eristämistä ja tutkimista. Tunnetuimmat RNA-riippuvaiset RNA-polymeraasit ovat: polioviruksen 3Dpol, vesicular stomatitis -viruksen RNA-riippuvainen RNA-polymeraasi ja hepatiitti C -viruksen NS5B .

Monilla eukaryooteilla on myös RNA-riippuvaisia ​​RNA-polymeraaseja, jotka osallistuvat RNA-häiriöihin . Eukaryooteissa nämä RNA-polymeraasit monistavat mikroRNA :ita, pieniä ohimeneviä RNA:ita, jotka muodostavat kaksijuosteisia RNA:ita käyttämällä pieniä häiritseviä RNA :ita alukkeina. [6] Mielenkiintoista on, että virukset voivat käyttää näitä RNA-riippuvaisia ​​RNA-polymeraaseja replikoidakseen omaa geneettistä materiaaliaan.

RNA-riippuvaiset RNA-polymeraasit ovat erittäin konservoituneita virusten joukossa ja niillä on merkittävä homologia eukaryoottisen telomeraasin kanssa , vaikka syy tällaiseen korkeaan konservatiivisuuteen tällaisissa erilaisissa organismeissa on edelleen kiistanalainen. [7] Näiden entsyymien aminohapposekvenssien samankaltaisuus on johtanut oletuksiin telomeraasin alkuperästä virusten RNA-riippuvaisesta RNA-polymeraasista, mutta tämä oletus on edelleen spekulatiivinen eikä sillä ole tarkkaa vahvistusta.

Rakenne

Kaikilla RNA-riippuvaisilla RNA-polymeraaseilla ja monilla DNA-riippuvaisilla RNA-polymeraaseilla on oikean käden muotoinen kolmiulotteinen organisaatio, jossa on seuraavat domeenit: kämmen, neljä sormea ​​ja peukalo. [8] Ainoastaan ​​kämmendomeeni, joka koostuu nelisäikeisestä antirinnakkaisesta beetalevystä ja kahdesta alfaheliksistä, on säilynyt kaikissa entsyymeissä. RNA-riippuvaisissa RNA-polymeraaseissa kämmendomeeni sisältää kolme konservoitunutta motiivia (A, B ja C). Motiivi A (D-x(4,5)-D) ja motiivi C (GDD) ovat spatiaalisesti lähellä, ja näiden motiivien asparagiinihappotähteet sitovat Mg2 + :aa ja/tai Mn2 + :aa . Asparagiinitähde motiivissa B osallistuu ribonukleosiditrifosfaattien erottamiseen deoksiribonukleosiditrifosfaateista, mikä varmistaa RNA:n synteesin DNA:n sijaan. [9] Monien RNA-riippuvaisten RNA-polymeraasien domeeniorganisaatio [10] ja katalyyttisen keskuksen 3D-rakenteet säilyvät, vaikka kokonaishomologia olisikin alhainen. Katalyyttinen keskus muodostuu useista motiiveista, jotka sisältävät useita konservoituneita aminohappotähteitä.

Luokitus

RNA-riippuvaisia ​​RNA-polymeraaseja löytyy seuraavista neljästä RNA-virusryhmästä (kaikki RNA-virukset ilman DNA-vaihetta):

• Virukset, jotka sisältävät yksijuosteista (+) RNA:ta ((+) ssRNA) tai kaksijuosteista RNA:ta (dsRNA), lukuun ottamatta retroviruksia ja Birnaviridae. Tämä sisältää perheet: Cystoviridae , Reoviridae , Hypoviridae , Partitiviridae , Totiviridae.
• Mononegavirales (virukset, joissa on segmentoimaton yksijuosteisen (-) RNA:n, (-) ssRNA:n genomi)
• Virukset, joissa on yksijuosteisen (-) RNA:n segmentoitu genomi. Tähän ryhmään kuuluvat ortomyksovirukset (mukaan lukien influenssavirukset A, B ja C, Thogotovirukset ja lohen anemiavirus), Arenavirukset , Bunyavirukset , Hantavirukset , Nairovirukset , Flebovirukset , Tenuivirukset ja Tospovirukset.
• Birnaviridae-perheellä on kaksijuosteinen RNA (dsRNA) -genomi.

Ensimmäisessä edellä mainituista superperheistä RNA-riippuvaiset RNA-polymeraasit voidaan jakaa seuraaviin kolmeen alaryhmään:

• Yksijuosteiset (+) RNA-eukaryoottivirukset, ei DNA-vaihetta
• RNA:ta sisältävät bakteriofagit. Kaksi RNA:ta sisältävien bakteriofagien perhettä voidaan erottaa: Leviviridae ((+) ssRNA-faagit) ja Cystoviridae (dsRNA-faagit)
• dsRNA-virusten Reoviridae - perhe.

Flaviviruksissa polyproteiini on koodattu yksijuosteiseen RNA-genomiin, joka sitten pilkkoutuu useiksi tuotteiksi, joista yksi on NS5. Escherichia colissa ilmennetyllä tyypin 1 denguekuumeen rekombinantilla NS5-proteiinilla on RNA-riippuvaista RNA-polymeraasiaktiivisuutta. Tällä RNA-riippuvaisella RNA-polymeraasilla on useita alueita ja motiiveja, jotka ovat homologisia muille RNA-riippuvaisille RNA-polymeraaseille. [yksitoista]

Katso myös

• Spiegelmanin hirviö

Muistiinpanot

1. ↑ Akutsu, M; Joo, Y; Virdee, S; Chin, JW; Komander, D. Ubikitiinin ja ISG15:n ristireaktiivisuuden molekyyliperusta viruksen munasarjakasvainalueissa  (englanniksi)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America  : Journal. - 2011. - Helmikuu ( osa 108 , nro 6 ). - P. 2228-2233 . - doi : 10.1073/pnas.1015287108 . — PMID 21266548 .
2. ↑ Koonin EV, Gorbalenya AE, Chumakov KM dsRNA-virusten RNA-riippuvaisten RNA-polymeraasien alustava tunnistaminen ja niiden suhde positiivisen juosteen RNA-viruspolymeraaseihin  // FEBS Lett  . : päiväkirja. - 1989. - Heinäkuu ( nide 252 , nro 1-2 ). - s. 42-6 . - doi : 10.1016/0014-5793(89)80886-5 . — PMID 2759231 .
3. ↑ Zanotto PM, Gibbs MJ, Gould EA, Holmes EC RNA-polymeraasiin perustuvien virusten korkeamman taksonomian uudelleenarviointi  //  J. Virol. : päiväkirja. - 1996. - syyskuu ( osa 70 , nro 9 ). - P. 6083-6096 . — PMID 8709232 .
4. ↑ Z; jin; Leveque, V; Ma, H; Johnson, K.A.; Klumpp, K. Aktiivisen RNA-riippuvaisen RNA-polymeraasin elongaatiokompleksin kokoonpano, puhdistus ja pre-steady-state kineettinen analyysi  //  Journal of Biological Chemistry  : Journal. - 2012. - Vol. 287 , nro. 13 . - P. 10674-10683 . - doi : 10.1074/jbc.M111.325530 . — PMID 22303022 .
5. ↑ Kao CC, Singh P., Ecker DJ Viruksen RNA-riippuvaisen RNA-synteesin de novo aloitus  //  Virology : Journal. - 2001. - syyskuu ( nide 287 , nro 2 ). - s. 251-260 . - doi : 10.1006/viro.2001.1039 . — PMID 11531403 .
6. ↑ Iyer LM, Koonin EV, Aravind L. Evoluutioyhteys DNA-riippuvaisten RNA-polymeraasien ja eukaryoottisten RNA-riippuvaisten RNA-polymeraasien katalyyttisten alayksiköiden ja RNA-polymeraasien alkuperän välillä  // BMC Struct  . Biol. : päiväkirja. - 2003. - tammikuu ( osa 3 ). — s. 1 . - doi : 10.1186/1472-6807-3-1 . — PMID 12553882 .
7. ↑ Suttle CA -virukset meressä   // Luonto . - 2005. - syyskuu ( nide 437 , nro 7057 ). - s. 356-361 . - doi : 10.1038/luonto04160 . — PMID 16163346 .
8. ↑ Polioviruksen RNA-riippuvaisen RNA-polymeraasin  rakenne //  Rakenne : Journal. - 1997. - elokuu ( osa 5 , nro 8 ). - s. 1109-1122 . - doi : 10.1016/S0969-2126(97)00261-X . — PMID 9309225 .
9. ↑ Polioviruksen RNA-riippuvainen RNA-polymeraasi (3Dpol): konservoituneiden rakennemotiivien A ja B rakenteellinen, biokemiallinen ja biologinen analyysi  //  J. Biol. Chem.  : päiväkirja. - 2000. - elokuu ( nide 275 , nro 33 ). - P. 25523-25532 . - doi : 10.1074/jbc.M002671200 . — PMID 10827187 .
10. ↑ RNA-riippuvaisen RNA-polymeraasin rakenteen ja toiminnan analyysi tunnettujen polymeraasirakenteiden ja sekundaarirakenteen tietokoneennusteiden ohjaamana  //  Virology : Journal. - 1998. - joulukuu ( osa 252 , nro 2 ) . - s. 287-303 . - doi : 10.1006/viro.1998.9463 . — PMID 9878607 .
11. ↑ Rekombinantti tyypin 1 dengueviruksen NS5-proteiini, jota ekspressoidaan Escherichia colissa, osoittaa RNA-riippuvaista RNA-polymeraasiaktiivisuutta  //  Virology : Journal. - 1996. - Helmikuu ( osa 216 , nro 2 ) . - s. 317-325 . - doi : 10.1006/viro.1996.0067 . — PMID 8607261 .

Linkit

• MeSH RNA + replikaasi
• Koodi KF 2.7.7.48

Tässä artikkelissa käytetään Pfamin ja InterPro IPR000208 :n julkista tekstiä