Messenger-RNA-Moleküle werden mit einem invertierten Nukleotid verkappt

Messenger-RNA-Kappungsenzyme.

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In unseren Zellen ist die Transkription nicht nur ein einfacher Prozess, bei dem die DNA gelesen und ein komplementärer RNA-Strang gebildet wird. Fast unmittelbar nachdem die RNA-Polymerase beginnt, nimmt die Zelle Veränderungen vor. Wenn die mRNA nur etwa 30 Nukleotide lang ist, nimmt die Zelle ihre erste Veränderung vor: Sie fügt ein Guanosin-Nukleotid an das Ende an. Diese „Kappe“ ist in mehrfacher Hinsicht ungewöhnlich: Die Guaninbase ist methyliert, die Verbindung besteht aus drei Phosphaten anstelle des normalen Einzelphosphats, und die Ausrichtung des Nukleotids ist entgegengesetzt zur normalen Verbindung von Nukleotid zu Nukleotid. Diese ungewöhnliche Struktur schützt die RNA vor Enzymen, die Nukleinsäuren verdauen, und gibt den Molekülen, die mRNA verwenden, ein erkennbares Signal. Später nimmt die Zelle weitere Veränderungen an der wachsenden mRNA vor, indem sie am anderen Ende eine Kette von Adenosin-Nukleotiden hinzufügt und dann die Bereiche, die nicht für Proteine kodieren, herausspleißt.

Aufsetzen der Kappe

Messenger-RNA-Kappen werden in drei Schritten hergestellt, die jeweils von einem anderen Enzym ausgeführt werden. Die brandneue mRNA hat drei Phosphate am Ende, also wird zunächst eines abgeschnitten. Dann bindet das zweite Enzym GMP an das neue Diphosphat-Ende, wodurch die ungewöhnliche Triphosphat-Bindung und die umgekehrte Ausrichtung entstehen. Erstaunlicherweise sind diese Enzyme an einen langen phosphorylierten Schwanz der RNA-Polymerase gebunden, so dass sie genau an der richtigen Stelle gehalten werden, um eine neue mRNA während der Transkription zu modifizieren.

Capping in Aktion

Alle drei Enzyme sind hier dargestellt. Der hier oben gezeigte Komplex stammt aus Hefe (PDB-Eintrag 3kyh ) und umfasst die ersten beiden Enzyme. Die beiden Untereinheiten in der Mitte (in blau) führen die Trimmreaktion durch, und die beiden Untereinheiten auf beiden Seiten (in grün) führen den Nukleotidtransfer durch. In unseren eigenen Zellen führt eine lange Proteinkette mit zwei miteinander verbundenen Enzymen diese beiden Reaktionen durch. Das untere Enzym (PDB-Eintrag 1ri1 ) führt die Methylierungsreaktion durch.

Taking the Cap Off

Messenger RNA decapping enzymes.

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Wenn Zellen mit ihrer mRNA fertig sind, müssen sie sie recyceln. Dazu müssen sie die Kappe entfernen, so dass die RNA-verdauenden Enzyme ihre Arbeit aufnehmen können. Zwei Decapping-Enzyme sind hier abgebildet. Links ist Dcp1/Dcp2 (PDB-Eintrag 2qkm) zu sehen, ein Enzymkomplex, der alte oder veraltete mRNA erkennt und die Kappe abschneidet, um den Enzymen, die die Nukleotide vom Ende abkauen, Zugang zu verschaffen. Rechts ist ein „Scavenger“-Entkappungsenzym zu sehen (PDB-Eintrag 1st0 ), das die Kappe von RNA entfernt, die von Exosomen in Stücke geschnitten wurde.

Exploring the Structure

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• JSmol 1

Das GMP-addierende Enzym öffnet und schließt sich während seiner komplizierten Reaktion. Es führt die Reaktion in zwei Schritten durch. Zunächst findet es ein GTP-Molekül, schließt sich um dieses und bindet das Nukleotid an eine seiner eigenen Lysin-Aminosäuren. Dann öffnet es sich und gibt das Pyrophosphat frei, das es vom GTP entfernt hat, und schließt sich um das Ende der mRNA, um die Nukleotid-Transferreaktion durchzuführen. Nach diesen beiden Schritten öffnet es sich wieder und gibt die verkappte mRNA frei. Forscher haben eine virale Form des Enzyms in mehreren dieser Schritte erfasst (PDB-Einträge 1ckm ,1ckn und1cko ). Klicken Sie auf das Bild, um eine interaktive Jmol-Ansicht der Strukturen zu sehen.

Januar 2012, David Goodsell

doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2012_1