Ribonuklease - Ribonuclease

Ribonuklease
3agn.png
Ustilago sphaerogena Ribonuklease U2 mit AMP PDB Eintrag 3agn
Identifikatoren
Symbol Ribonuklease
Pfam PF00545
InterPro IPR000026
SCOP2 1brn / UMFANG / SUPFAM

Ribonuklease (allgemein als RNase abgekürzt ) ist eine Art von Nuklease , die den Abbau von RNA in kleinere Komponenten katalysiert . Ribonukleasen können in Endoribonukleasen und Exoribonukleasen unterteilt werden und umfassen mehrere Unterklassen innerhalb der Enzymklassen EC 2.7 (für die phosphorolytischen Enzyme) und 3.1 (für die hydrolytischen Enzyme).

Funktion

Alle untersuchten Organismen enthalten viele RNasen zweier verschiedener Klassen, was zeigt, dass der RNA-Abbau ein sehr alter und wichtiger Prozess ist. Neben der Beseitigung nicht mehr benötigter zellulärer RNA spielen RNasen eine Schlüsselrolle bei der Reifung aller RNA-Moleküle, sowohl Boten-RNAs, die genetisches Material zur Herstellung von Proteinen tragen, als auch nicht-kodierende RNAs, die in verschiedenen zellulären Prozessen funktionieren. Darüber hinaus sind aktive RNA-Abbausysteme die erste Abwehr gegen RNA-Viren und bilden die zugrunde liegende Maschinerie für fortschrittlichere zelluläre Immunstrategien wie RNAi .

Einige Zellen sezernieren auch große Mengen unspezifischer RNasen wie A und T1. RNasen sind daher sehr verbreitet, was zu einer sehr kurzen Lebensdauer für jede RNA führt, die sich nicht in einer geschützten Umgebung befindet. Es ist erwähnenswert, dass alle intrazellulären RNAs durch eine Reihe von Strategien vor RNase-Aktivität geschützt werden, einschließlich 5'-End-Capping , 3'-End- Polyadenylierung , Bildung eines RNA-RNA-Duplex und Faltung innerhalb eines RNA-Proteinkomplexes ( Ribonukleoprotein- Partikel oder RNP). .

Ein weiterer Schutzmechanismus ist der Ribonuklease-Inhibitor (RI) , der in einigen Zelltypen einen relativ großen Anteil an zellulärem Protein (~0,1%) umfasst und an bestimmte Ribonukleasen mit der höchsten Affinität jeder Protein-Protein-Interaktion bindet ; die Dissoziationskonstante für den RI-RNase A-Komplex beträgt unter physiologischen Bedingungen ~20 fM. RI wird in den meisten Labors verwendet, die RNA untersuchen, um ihre Proben vor dem Abbau durch Umwelt-RNasen zu schützen.

Ähnlich wie Restriktionsenzyme , die hochspezifische Sequenzen von doppelsträngiger DNA spalten, wurden kürzlich eine Vielzahl von Endoribonukleasen klassifiziert, die spezifische Sequenzen von einzelsträngiger RNA erkennen und spalten.

RNasen spielen eine entscheidende Rolle bei vielen biologischen Prozessen, einschließlich Angiogenese und Selbstinkompatibilität bei Blütenpflanzen (Angiospermen). Es wurde gezeigt, dass viele Stress-Reaktions-Toxine von prokaryotischen Toxin-Antitoxin-Systemen RNase-Aktivität und -Homologie aufweisen .

Einstufung

Haupttypen von Endoribonukleasen

Struktur von RNase A
  • EC 3.1.27.5 : RNase A ist eine RNase, die häufig in der Forschung verwendet wird. RNase A ( zB Rinderpankreas-Ribonuklease A: PDB : 2AAS ​) ist eines der widerstandsfähigsten Enzyme im allgemeinen Laborgebrauch; Eine Methode zur Isolierung besteht darin, einen rohen Zellextrakt zu kochen, bis alle Enzyme außer RNase A denaturiert sind . Es ist spezifisch für einzelsträngige RNAs. Es spaltet das 3'-Ende von ungepaarten C- und U-Resten und bildet schließlich über ein 2',3'-cyclisches Monophosphat-Zwischenprodukt ein 3'-phosphoryliertes Produkt. Es benötigt keine Cofaktoren für seine Aktivität
  • EC 3.1.26.4 : RNase H ist eine Ribonuklease, die die RNA in einem DNA/RNA-Duplex spaltet, um ssDNA zu produzieren. RNase H ist eine unspezifische Endonuklease und katalysiert die Spaltung von RNA über einen hydrolytischen Mechanismus, unterstützt durch ein enzymgebundenes zweiwertiges Metallion. RNase H hinterlässt ein 5'-phosphoryliertes Produkt.
  • EC 3.1.26.3 : RNase III ist eine Art von Ribonuklease, die rRNA (16s rRNA und 23s rRNA) vom transkribierten polycistronischen RNA-Operon in Prokaryoten spaltet. Es verdaut auch Doppelstrang-RNA (dsRNA)-Dicer-RNAse-Familie, schneidet pre-miRNA (60–70bp lang) an einer bestimmten Stelle und wandelt sie in miRNA (22–30bp) um, die aktiv an der Regulation der Transkription beteiligt ist und mRNA-Lebensdauer.
  • EG-Nummer 3.1.26.-??: RNase L ist eine Interferon-induzierte Nuklease, die bei Aktivierung die gesamte RNA in der Zelle zerstört
  • EC 3.1.26.5 : RNase P ist eine Art von Ribonuklease, die insofern einzigartig ist, als sie ein Ribozym ist – eine Ribonukleinsäure, die wie ein Enzym als Katalysator wirkt . Eine seiner Funktionen besteht darin, eine Leadersequenz vom 5'-Ende einer einsträngigen pre- tRNA abzuspalten . RNase P ist eines von zwei in der Natur bekannten multiplen Turnover-Ribozymen (das andere ist das Ribosom ). In Bakterien ist RNase P auch für die katalytische Aktivität von Holoenzymen verantwortlich, die aus einem Apoenzym bestehen, das durch Kombination mit einem Coenzym ein aktives Enzymsystem bildet und die Spezifität dieses Systems für ein Substrat bestimmt. Kürzlich wurde eine Form von RNase P entdeckt, die ein Protein ist und keine RNA enthält.
  • EC-Nummer 3.1.??: RNase PhyM ist sequenzspezifisch für einzelsträngige RNAs. Es spaltet das 3'-Ende von ungepaarten A- und U-Resten.
  • EC 3.1.27.3 : RNase T1 ist sequenzspezifisch für einzelsträngige RNAs. Es spaltet das 3'-Ende von ungepaarten G-Resten.
  • EC 3.1.27.1 : RNase T2 ist sequenzspezifisch für einzelsträngige RNAs. Es spaltet das 3'-Ende aller 4 Reste, aber vorzugsweise das 3'-Ende von As.
  • EC 3.1.27.4 : RNase U2 ist sequenzspezifisch für einzelsträngige RNAs. Es spaltet das 3'-Ende von ungepaarten A-Resten.
  • EC 3.1.27.8 : RNase V ist spezifisch für Polyadenin- und Polyuridin-RNA.
  • EC 3.1.26.12 : RNase E ist eine Ribonuklease pflanzlichen Ursprungs, die SOS-Reaktionen in Bakterien moduliert, für eine Reaktion auf den Stress von DNA-Schäden durch Aktivierung des SOS-Mechanismus durch den RecA/LexA-abhängigen Signaltransduktionsweg, der transkriptionell eine Multiplizität unterdrückt von Genen, die zu einem Transitstopp der Zellteilung sowie zur Initiierung der DNA-Reparatur führen.
  • EC 3.1.26.- : RNase G Es ist an der Verarbeitung des 16'-Endes der 5s-rRNA beteiligt. Es hängt mit der Chromosomentrennung und der Zellteilung zusammen. Es gilt als eine der Komponenten der zytoplasmatischen axialen Filamentbündel. Es wird auch angenommen, dass es die Bildung dieser Struktur regulieren kann.

Haupttypen von Exoribonukleasen

RNase-Spezifität

Das aktive Zentrum sieht aus wie ein Rift Valley, in dem alle Reste des aktiven Zentrums die Wand und den Boden des Tals bilden. der Riss ist sehr dünn und das kleine Substrat passt perfekt in die Mitte des aktiven Zentrums, was eine perfekte Wechselwirkung mit den Rückständen ermöglicht. Es hat tatsächlich eine kleine Krümmung zur Stelle, die auch das Substrat hat. Obwohl die meisten Exo- und Endoribonukleasen normalerweise nicht sequenzspezifisch sind, wurde kürzlich das CRISPR /Cas-System, das DNA nativ erkennt und schneidet, konstruiert, um ssRNA in einer sequenzspezifischen Weise zu spalten.

RNase-Kontamination während der RNA-Extraktion

Die Extraktion von RNA in molekularbiologischen Experimenten wird durch das Vorhandensein allgegenwärtiger und robuster Ribonukleasen, die RNA-Proben abbauen, stark erschwert. Bestimmte RNasen können extrem robust sein und ihre Inaktivierung ist im Vergleich zu neutralisierenden DNasen schwierig . Zusätzlich zu den freigesetzten zellulären RNasen gibt es mehrere RNasen, die in der Umwelt vorhanden sind. RNasen haben sich so entwickelt, dass sie in verschiedenen Organismen viele extrazelluläre Funktionen haben. Zum Beispiel wird RNase 7, ein Mitglied der RNase A- Superfamilie, von der menschlichen Haut sezerniert und dient als starke antipathogene Abwehr. In diesen sezernierten RNasen ist die enzymatische RNase-Aktivität möglicherweise nicht einmal für ihre neue, erweiterte Funktion erforderlich . Beispielsweise wirken Immun-RNasen, indem sie die Zellmembranen von Bakterien destabilisieren.

Verweise

Quellen

  • D'Alessio G und Riordan JF, Hrsg. (1997) Ribonukleasen: Strukturen und Funktionen , Academic Press.
  • Gerdes K, Christensen SK und Lobner-Olesen A (2005). „Prokaryontische Toxin-Antitoxin-Stress-Reaktions-Loci“. Nat. Rev. Mikrobiol. (3) 371–382.

Externe Links