RNA-afhængig RNA-polymerase

RNA-afhængig RNA-polymerase ( RdRP fra eng. RNA-afhængig RNA-polymerase ) eller RNA-replikase  , er et enzym , der katalyserer RNA- replikation (RNA-syntese fra en RNA-skabelon). Brugen af ​​RNA som skabelon adskiller fundamentalt RNA-replikase fra den mere almindelige DNA-afhængige RNA-polymerase blandt moderne levende organismer , som katalyserer transkription (RNA-syntese ved hjælp af DNA som skabelon ).

RNA-afhængige RNA-polymeraser (RdRp) er de vigtigste enzymer kodet i genomet af alle RNA-holdige vira, hvis livscyklus forløber uden et DNA-stadium. [2] [3] RNA-afhængig RNA-polymerase katalyserer syntesen af ​​RNA, der er komplementær til den givne RNA-skabelon. Processen med RNA-replikation omfatter to faser. Ved det første trin (initiering) begynder RNA-syntese ved eller nær 3'-enden af ​​RNA-skabelonen ved hjælp af en primer - uafhængig ( de novo ) eller primer-afhængig mekanisme (i dette tilfælde det virale genom-associerede protein (VPg) Under de novo initiering tilsættes nukleosidtrifosfat ( NTP) til 3'-OH-enden af ​​det første, initierende nukleosidtrifosfat. Under det efterfølgende stadium (forlængelse) opbygges datter-RNA under den sekventielle overførsel af nukleosidtrifosfater, som ender med skabelsen komplementær til det originale skabelon RNA-produkt [4] [5]

Historie

Virale RNA-afhængige RNA-polymeraser blev opdaget i begyndelsen af ​​1960'erne i forskning i Mengovirus -gruppen og poliovirus . I det tidlige arbejde blev det bemærket, at disse vira ikke er følsomme over for actinomycin D , et lægemiddel, der hæmmer cellulær DNA-afhængig RNA-syntese (transkription). Som et resultat blev det foreslået, at disse vira har et specifikt enzym, der katalyserer RNA-syntese og direkte bruger RNA som skabelon (uden at danne en DNA-skabelon).

Det mest undersøgte enzym af denne klasse er den RNA-afhængige RNA-polymerase af poliomyelitisvirus. Virusets genom er dannet af RNA, som kommer ind i cellen ved endocytose , medieret af genkendelsen af ​​specielle receptorer på celleoverfladen. I cytoplasmaet af en celle kan viralt RNA fungere som skabelon for syntesen af ​​datter-RNA. De resulterende datter-komplementære kæder kan også tjene som skabeloner til reproduktion af nye virale genomer. Når genomerne reproduceres, pakkes de og frigives fra cellen. De frigivne dattervirioner er i stand til at inficere nye celler. Fordelen ved dette livscyklusskema er fraværet af et viralt DNA-stadium, på grund af hvilket virussen replikerer hurtigere. Samtidig kan fraværet af et DNA-stadium også betragtes som en ulempe, da det gør det umuligt at reproducere nye virioner, når det virale RNA ødelægges.

Mange RNA-afhængige RNA-polymeraser er tæt forbundet med membraner, hvilket i høj grad komplicerer deres isolering og undersøgelse. De bedst kendte RNA-afhængige RNA-polymeraser er: 3Dpol af poliovirus , RNA-afhængig RNA-polymerase af vesikulær stomatitis-virus og NS5B af hepatitis C-virus .

Mange eukaryoter har også RNA-afhængige RNA-polymeraser involveret i RNA-interferens . I eukaryoter amplificerer disse RNA-polymeraser mikroRNA'er , små forbigående RNA'er, der danner dobbeltstrengede RNA'er ved hjælp af små interfererende RNA'er som primere. [6] Interessant nok kan disse RNA-afhængige RNA-polymeraser bruges af vira til at replikere deres eget genetiske materiale.

RNA-afhængige RNA-polymeraser er meget konserverede blandt vira og har betydelig homologi med eukaryot telomerase , selvom årsagen til så høj konservatisme i så forskellige organismer forbliver diskutabel. [7] Ligheden mellem aminosyresekvenserne af disse enzymer har ført til antagelser om oprindelsen af ​​telomerase fra den RNA-afhængige RNA-polymerase af vira, men denne antagelse forbliver spekulativ og har ingen nøjagtig bekræftelse.

Struktur

Alle RNA-afhængige RNA-polymeraser og mange DNA-afhængige RNA-polymeraser har en tredimensionel organisation, der er formet som en højre hånd med følgende domæner: håndflade, fire fingre og tommelfinger. [8] Kun palmedomænet, bestående af et firestrenget antiparallel beta-ark og to alfa-helixer, er bevaret på tværs af alle enzymer. I RNA-afhængige RNA-polymeraser inkluderer palmedomænet tre konserverede motiver (A, B og C). Motiv A (D-x(4,5)-D) og motiv C (GDD) er rumligt tætte, og asparaginsyreresterne af disse motiver binder Mg2 + og/eller Mn2 + . Asparaginresten i motiv B er involveret i at skelne ribonukleosidtriphosphater fra deoxyribonukleosidtriphosphater, hvilket sikrer syntesen af ​​RNA frem for DNA. [9] Domæneorganisationen [10] og 3D-strukturerne af det katalytiske center af en bred vifte af RNA-afhængige RNA-polymeraser forbliver bevarede, selv med lav overordnet homologi. Det katalytiske center er dannet af flere motiver, der indeholder en række konserverede aminosyrerester.

Klassifikation

RNA-afhængige RNA-polymeraser kan findes i følgende 4 grupper af RNA-vira (alle RNA-vira uden et DNA-stadium):

• Virus indeholdende enkeltstrenget (+) RNA ((+) ssRNA) eller dobbeltstrenget RNA (dsRNA), med undtagelse af retrovira og Birnaviridae. Dette omfatter familierne: Cystoviridae , Reoviridae , Hypoviridae , Partitiviridae , Totiviridae.
• Mononegavirales (vira med et usegmenteret genom af enkeltstrenget (-) RNA, (-) ssRNA)
• Vira med et segmenteret genom af enkeltstrenget (-) RNA. Denne gruppe omfatter orthomyxovirus (herunder influenzavirus A, B og C, Thogotovirus og lakseanæmivirus), Arenavirus , Bunyavirus , Hantavirus , Nairovirus , Phlebovirus , Tenuivirus og Tospovirus.
• Birnaviridae-familien har et dobbeltstrenget RNA (dsRNA)-genom.

De RNA-afhængige RNA-polymeraser i den første af ovenstående superfamilier kan opdeles i følgende tre undergrupper:

• Enkeltstrengede (+) RNA eukaryote vira, intet DNA-stadium
• RNA-holdige bakteriofager. Der kan skelnes mellem to familier af RNA-holdige bakteriofager: Leviviridae ((+) ssRNA-fager) og Cystoviridae (dsRNA-fager)
• Reoviridae - familien af ​​dsRNA-vira.

I flavivira er et polyprotein kodet i det enkeltstrengede RNA-genom, som derefter spaltes til en række produkter, hvoraf et er NS5. Det rekombinante NS5-protein fra dengue type 1 udtrykt i Escherichia coli har RNA-afhængig RNA-polymeraseaktivitet. Denne RNA-afhængige RNA-polymerase har adskillige regioner og motiver, der er homologe med andre RNA-afhængige RNA-polymeraser. [elleve]

Se også

• Spiegelmans monster

Noter

1. ↑ Akutsu, M; Ja, Y; Virdee, S; Chin, JW; Komander, D. Molekylær basis for ubiquitin og ISG15 krydsreaktivitet i virale ovarietumordomæner  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2011. - Februar ( bind 108 , nr. 6 ). - P. 2228-2233 . - doi : 10.1073/pnas.1015287108 . — PMID 21266548 .
2. ↑ Koonin EV, Gorbalenya AE, Chumakov KM Tentativ identifikation af RNA-afhængige RNA-polymeraser af dsRNA-vira og deres forhold til positiv streng RNA-virale polymeraser  // FEBS Lett  . : journal. - 1989. - Juli ( bd. 252 , nr. 1-2 ). - S. 42-6 . - doi : 10.1016/0014-5793(89)80886-5 . — PMID 2759231 .
3. ↑ Zanotto PM, Gibbs MJ, Gould EA, Holmes EC En revurdering af den højere taksonomi af vira baseret på RNA-polymeraser  //  J. Virol. : journal. - 1996. - September ( bind 70 , nr. 9 ). - P. 6083-6096 . — PMID 8709232 .
4. ↑ Z; jin; Leveque, V; Ma, H; Johnson, K.A.; Klumpp, K. Montering, oprensning og præ-steady-state kinetisk analyse af aktivt RNA-afhængigt RNA polymerase forlængelseskompleks  //  Journal of Biological Chemistry  : tidsskrift. - 2012. - Bd. 287 , nr. 13 . - P. 10674-10683 . - doi : 10.1074/jbc.M111.325530 . — PMID 22303022 .
5. ↑ Kao CC, Singh P., Ecker DJ De novo initiering af viral RNA-afhængig RNA-syntese  //  Virology : journal. - 2001. - September ( bind 287 , nr. 2 ). - S. 251-260 . - doi : 10.1006/viro.2001.1039 . — PMID 11531403 .
6. ↑ Iyer LM, Koonin EV, Aravind L. Evolutionær forbindelse mellem de katalytiske underenheder af DNA-afhængige RNA-polymeraser og eukaryote RNA-afhængige RNA-polymeraser og oprindelsen af ​​RNA-polymeraser  // BMC Struct  . Biol. : journal. - 2003. - Januar ( bind 3 ). — S. 1 . - doi : 10.1186/1472-6807-3-1 . — PMID 12553882 .
7. ↑ Suttle CA Virus i havet   // Nature . - 2005. - September ( vol. 437 , nr. 7057 ). - S. 356-361 . - doi : 10.1038/nature04160 . — PMID 16163346 .
8. ↑ Structure of the RNA-dependent RNA polymerase of poliovirus  //  Structure : journal. - 1997. - August ( bind 5 , nr. 8 ). - S. 1109-1122 . - doi : 10.1016/S0969-2126(97)00261-X . — PMID 9309225 .
9. ↑ Poliovirus RNA-afhængig RNA-polymerase (3Dpol): strukturel, biokemisk og biologisk analyse af bevarede strukturelle motiver A og B  //  J. Biol. Chem.  : journal. - 2000. - August ( bind 275 , nr. 33 ). - P. 25523-25532 . - doi : 10.1074/jbc.M002671200 . — PMID 10827187 .
10. ↑ Analyse af RNA-afhængig RNA-polymerasestruktur og -funktion som styret af kendte polymerasestrukturer og computerforudsigelser af sekundær struktur  //  Virology : journal. - 1998. - December ( bd. 252 , nr. 2 ). - S. 287-303 . - doi : 10.1006/viro.1998.9463 . — PMID 9878607 .
11. ↑ Rekombinant dengue type 1-virus NS5-protein udtrykt i Escherichia coli udviser RNA-afhængig RNA-polymeraseaktivitet  //  Virology : journal. - 1996. - Februar ( bind 216 , nr. 2 ). - s. 317-325 . - doi : 10.1006/viro.1996.0067 . — PMID 8607261 .

Links

• MeSH RNA+ Replikase
• Kode KF 2.7.7.48

Denne artikel bruger tekst fra det offentlige domæne af Pfam og InterPro IPR000208