Månedens molekyle
| På kategori | På dato | Efter titel |
Messenger RNA-molekyler er kappet med et omvendt nukleotid
Download TIFF-billede af høj kvalitet
I vores celler er transkription ikke bare en simpel proces, hvor DNA læses og en komplementær RNA-streng bygges op. Næsten umiddelbart efter, at RNA-polymerase begynder, foretager cellen ændringer. Når mRNA’et kun er ca. 30 nukleotider langt, foretager cellen sin første ændring: Den forbinder et guanosin-nukleotid til enden. Denne “hætte” er usædvanlig i flere henseender: guanosinbasen er methyleret, forbindelsen består af tre fosfater i stedet for den normale enkeltfosfat, og nukleotidets retning er modsat den normale nukleotid-til-nukleotid-forbindelse. Denne usædvanlige struktur beskytter RNA’et mod enzymer, der fordøjer nukleinsyrer, og giver også et genkendeligt signal til de molekyler, der bruger mRNA. Senere vil cellen foretage yderligere ændringer i det voksende mRNA ved at tilføje en streng af adenosinnukleotider i den anden ende og derefter splejse de regioner ud, der ikke koder for proteiner.
Påsætning af hætten
Messenger RNA-hætter laves i tre trin, der hver især udføres af et andet enzym. Det helt nye mRNA har tre fosfater i enden, så det første trin er at klippe en af dem af. Derefter fastgør det andet enzym GMP til den nye diphosphatende, hvorved den usædvanlige triphosphatbinding og den omvendte orientering skabes. Endelig methylerer et tredje enzym guaninbasen, hvilket gør den endnu mere genkendelig.Utroligt nok er disse enzymer bundet til en lang fosforyleret hale på RNA-polymerase, så de holdes på det helt rigtige sted til at modificere et nyt mRNA, mens det transskriberes.
Capping in Action
Alle tre enzymer er vist her. Det kompleks, der er vist her øverst, er fra gær (PDB entry 3kyh ),og det omfatter de to første enzymer. De to underenheder i midten (i blå) udfører trimmingsreaktionen, og de to underenheder på hver side (i grøn) udfører nukleotidoverførslen. I vores egne celler er der én lang proteinkæde med to forbundne enzymer, der udfører disse to reaktioner. Det nederste enzym (PDB entry 1ri1 ) udfører methyleringsreaktionen.
Taking the Cap Off
Download TIFF-billede af høj kvalitet
Når cellerne er færdige med deres mRNA, skal de genbruge dem. For at gøre dette skal de fjerne hætten, så de RNA-optagende enzymer kan komme i gang med arbejdet. To decapping-enzymer er vist her. Til venstre ses Dcp1/Dcp2(PDB entry 2qkm ),et enzymkompleks, der genkender gammelt eller forældet mRNA og klipper hætten af,hvilket giver adgang til enzymer, der tygger nukleotider væk fra enden. Til højre ses et “scavenger”-decappingenzym (PDB entry 1st0 ), som fjerner hætten fra RNA, der er blevet hakket i stykker af exosomer.
Udforskning af strukturen
- Billede
- JSmol 1
Det GMP-adderende enzym åbner og lukker sig under sin komplicerede reaktion. Det udfører reaktionen i to trin. Først finder det et GTP-molekyle, lukker sig omkring det og knytter nukleotidet til en af sine egne lysinaminosyrer. Derefter åbner den sig og frigiver den pyrofosfat, som den har fjernet fra GTP, og lukker sig omkring enden af mRNA’et og udfører nukleotidoverførselsreaktionen. Efter disse to trin åbner den sig igen for at frigive det kappede mRNA. Forskere har fanget en viral form af enzymet i flere af disse trin (PDB poster 1ckm ,1ckn og1cko ).Klik på billedet for at se en interaktiv Jmol, der viser strukturerne.
Temaer til yderligere diskussion
- PDB-poster(3rtx og1p16)viser en lille del af den C-terminale hale af RNA-polymerase bundet til et afdækningsenzym.
- Liganden i PDB-post1cko er en analog af det afdækkede mRNA. Se nærmere på strukturen og bestem hvilken del af liganden der er det tilføjede nukleotid, og hvilken del der repræsenterer mRNA’et.
Relaterede PDB-101 ressourcer
- Mere om Messenger RNA Capping
- Browsse Proteinsyntese
- A. Ghosh og C. D. Lima (2010) Enzymologi af RNA cap-syntese. Wiley Interdisciplinary Reviewsof RNA 1, 152-172.
Januar 2012, David Goodsell
doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2012_1