Boodschapper-RNA-moleculen worden afgedekt met een omgekeerde nucleotide

Boodschapper-RNA-afdekkende enzymen.

Download een TIFF-afbeelding van hoge kwaliteit

In onze cellen is transcriptie niet slechts een eenvoudig proces van het lezen van DNA en het bouwen van een complementaire RNA-streng. Vrijwel onmiddellijk nadat de RNA-polymerase is begonnen, brengt de cel veranderingen aan. Wanneer het mRNA nog maar ongeveer 30 nucleotiden lang is, brengt de cel zijn eerste verandering aan: hij verbindt een guanosine nucleotide aan het eind. Deze “dop” is in verschillende opzichten ongewoon: de guaninebase is gemethyleerd, de verbinding bestaat uit drie fosfaten in plaats van het normale enkele fosfaat, en de oriëntatie van de nucleotide is tegengesteld aan die van de normale nucleotide-nucleotideverbinding. Deze ongewone structuur beschermt het RNA tegen enzymen die nucleïnezuren verteren, en geeft ook een herkenbaar signaal af aan de moleculen die het mRNA gebruiken. Later brengt de cel nog meer veranderingen aan in het groeiende mRNA, door aan het andere eind een reeks adenosine-nucleotiden toe te voegen, en vervolgens de delen die niet voor eiwitten coderen te splitsen.

Het kapje plaatsen

De kapjes van het boodschapper-RNA worden in drie stappen gemaakt, die elk door een ander enzym worden uitgevoerd. Het gloednieuwe mRNA heeft drie fosfaten aan het eind, dus de eerste stap is om er een af te knippen. Vervolgens hecht het tweede enzym GMP aan het nieuwe difosfaatuiteinde, waardoor de ongebruikelijke trifosfaatkoppeling en de omgekeerde oriëntatie ontstaan. Verbazingwekkend is dat deze enzymen gebonden zijn aan een lange gefosforyleerde staart van RNA polymerase, zodat ze precies op de juiste plaats worden gehouden voor het modificeren van een nieuw mRNA terwijl het wordt getranscribeerd.

Capping in Action

Alle drie enzymen worden hier getoond. Het hier bovenaan afgebeelde complex is van gist (PDB entry 3kyh ), en omvat de eerste twee enzymen. De twee subeenheden in het midden (in blauw) voeren de trimreactie uit, en de twee subeenheden aan weerszijden (in groen) voeren de nucleotide-overdracht uit. In onze eigen cellen voert één lange eiwitketen met twee verbonden enzymen deze twee reacties uit. Het onderste enzym (PDB entry 1ri1 ) voert de methyleringsreactie uit.

Taking the Cap Off

Messenger RNA decapping enzymen.

Download hoge kwaliteit TIFF image

Wanneer cellen klaar zijn met hun mRNA, moeten ze dat recyclen. Daartoe moeten ze het kapje verwijderen, zodat de RNA-afbrekende enzymen aan het werk kunnen. Twee decapping enzymen worden hier getoond. Links is Dcp1/Dcp2 (PDB entry 2qkm ), een enzymcomplex dat oud of verouderd mRNA herkent en de kap afknipt, zodat enzymen die nucleotiden van het uiteinde wegkauwen, aan de slag kunnen. Rechts is een “scavenger”-ontkappingsenzym te zien (PDB-code 1st0 ), dat de kap verwijdert van RNA dat door exosomen in stukken is gehakt.

Exploring the Structure

• Image
• JSmol 1

Het GMP-adderende enzym opent en sluit zich tijdens zijn gecompliceerde reactie. Het voert de reactie in twee stappen uit. Eerst vindt het een GTP-molecuul, sluit zich eromheen en bindt de nucleotide aan een van zijn eigen lysine-aminozuren. Dan opent het zich en laat het pyrofosfaat los dat het van GTP heeft verwijderd, en sluit het zich rond het uiteinde van het mRNA, waarbij het de nucleotide-transferreactie uitvoert. Na deze twee stappen opent hij zich weer om het afgedekte mRNA vrij te geven. Onderzoekers hebben een virale vorm van het enzym in verschillende van deze stappen vastgelegd (PDB entries 1ckm,1ckn en1cko ). Klik op het plaatje om een interactieve Jmol te zien die de structuren toont.