Le molecole di RNA messaggero sono tappate con un nucleotide invertito

Enzimi tappatori dell’RNA messaggero.

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Nelle nostre cellule, la trascrizione non è solo un semplice processo di lettura del DNA e di costruzione di un filamento di RNA complementare. Quasi immediatamente dopo l’inizio della RNA polimerasi, la cellula sta facendo dei cambiamenti. Quando l’mRNA è lungo solo circa 30 nucleotidi, la cellula fa il suo primo cambiamento: collega un nucleotide di guanosina alla fine. Questo “tappo” è insolito sotto vari aspetti: la base della guanina è metilata, la connessione è formata da tre fosfati invece del normale fosfato singolo, e l’orientamento del nucleotide è opposto alla normale connessione nucleotide-nucleotide. Questa struttura insolita protegge l’RNA dagli enzimi che digeriscono gli acidi nucleici e fornisce anche un segnale riconoscibile alle molecole che usano l’mRNA. Più tardi, la cellula apporterà ulteriori modifiche all’mRNA in crescita, aggiungendo una stringa di nucleotidi di adenosina all’altra estremità, e poi facendo lo splicing delle regioni che non codificano proteine.

Mettere il cappuccio

I cappucci dell’RNA messaggero sono fatti in tre fasi, ciascuna eseguita da un enzima diverso. L’mRNA nuovo di zecca ha tre fosfati alla fine, quindi il primo passo è quello di staccarne uno. Poi, il secondo enzima attacca il GMP alla nuova estremità del difosfato, creando l’insolito legame trifosfato e l’orientamento invertito. Infine, un terzo enzima metila la base della guanina, rendendola ancora più riconoscibile.Sorprendentemente, questi enzimi sono legati a una lunga coda fosforilata sulla RNA polimerasi, così sono tenuti esattamente nel posto giusto per modificare un nuovo mRNA mentre viene trascritto.

Capping in azione

Tutti e tre gli enzimi sono mostrati qui. Il complesso mostrato qui in alto è da lievito (voce PDB 3kyh ), e comprende i primi due enzimi. Le due subunità al centro (in blu) eseguono la reazione di trimming, e le due subunità su entrambi i lati (in verde) eseguono il trasferimento del nucleotide. Nelle nostre cellule, una lunga catena proteica con due enzimi collegati esegue queste due reazioni. L’enzima inferiore (PDB entry 1ri1 ) esegue la reazione di metilazione.

Taking the Cap Off

Enzimi di decapping dell’RNA messaggero.

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Quando le cellule hanno finito il loro mRNA, devono riciclarlo. Per fare questo, hanno bisogno di rimuovere il tappo, in modo che gli enzimi di decapitazione dell’RNA possano mettersi al lavoro. Due enzimi decapping sono mostrati qui. A sinistra c’è Dcp1/Dcp2 (voce PDB 2qkm ), un complesso enzimatico che riconosce l’mRNA vecchio o obsoleto e taglia il cappuccio, permettendo l’accesso agli enzimi che rosicchiano i nucleotidi dalla fine. Un decappingenzyme “scavenger” è mostrato sulla destra (PDB entry 1st0 ), che rimuove il tappo dall’RNA che è stato fatto a pezzi dagli esosomi.

Esplorazione della struttura

• Immagine
• JSmol 1

L’enzima che aggiunge GMP si apre e si chiude durante la sua complicata reazione. Esegue la reazione in due fasi. Prima trova una molecola di GTP, si chiude intorno ad essa, e attacca il nucleotide ad uno dei suoi aminoacidi lisina. Poi, si apre e rilascia il pirofosfato che ha rimosso dal GTP, e si chiude intorno all’estremità dell’mRNA, eseguendo la reazione di trasferimento del nucleotide. Dopo questi due passi si riapre per rilasciare l’mRNA tappato. I ricercatori hanno catturato una forma virale dell’enzima in diversi di questi passaggi (voci PDB 1ckm, 1ckn e1cko ).Clicca sull’immagine per vedere un Jmol interattivo che mostra le strutture.

Gennaio 2012, David Goodsell

doi:10.2210/rcsb_pdb/mom_2012_1