RNS-függő RNS polimeráz

Az RNS-függő RNS-polimeráz ( RdRP az eng. RNA-dependent RNA-polimerázból ) vagy az RNS-replikáz  egy olyan enzim , amely az RNS - replikációt (RNS-templátból történő RNS-szintézist) katalizálja. Az RNS templátként való használata alapvetően különbözteti meg az RNS-replikázt a modern élő szervezetekben elterjedtebb DNS-függő RNS-polimeráztól , amely katalizálja a transzkripciót (RNS-szintézis DNS -t templátként használva ).

Az RNS-dependens RNS-polimerázok (RdRp) a legfontosabb enzimek, amelyeket a genomban kódol minden RNS-tartalmú vírus, amelyek életciklusa DNS-stádium nélkül zajlik. [2] [3] Az RNS-függő RNS-polimeráz katalizálja az adott RNS-templáttal komplementer RNS szintézisét. Az RNS-replikáció folyamata két szakaszból áll. Az első szakaszban (kezdeményezés) az RNS-szintézis az RNS-templát 3'-végén vagy annak közelében kezdődik egy primer - független ( de novo ) vagy primer-függő mechanizmus (ebben az esetben a vírusgenomhoz kapcsolódó fehérje (VPg) révén) A de novo iniciáció során nukleozid-trifoszfátot (NTP ) adnak az első iniciáló nukleozid-trifoszfát 3'-OH végéhez. A következő szakaszban (elongáció) leány RNS épül fel a nukleozid-trifoszfátok szekvenciális átvitele során, amely az eredeti templát RNS-termékkel komplementer létrehozásával végződik [4] [5]

Történelem

A vírusos RNS-függő RNS-polimerázokat az 1960-as évek elején fedezték fel a Mengovirus -csoport és a poliovírus kutatása során . A munkák korai szakaszában megállapították, hogy ezek a vírusok nem érzékenyek az aktinomicin D -re , egy olyan gyógyszerre, amely gátolja a sejtes DNS-függő RNS szintézist (transzkripciót). Ennek eredményeként felmerült, hogy ezekben a vírusokban van egy specifikus enzim, amely katalizálja az RNS-szintézist, és közvetlenül az RNS-t használja templátként (DNS-templát létrehozása nélkül).

Ennek az osztálynak a legtöbbet tanulmányozott enzime a poliomyelitis vírus RNS-függő RNS-polimeráza. A vírus genomját az RNS alkotja, amely endocitózissal jut be a sejtbe , amelyet a sejtfelszínen található speciális receptorok felismerése közvetít. A sejt citoplazmájában a vírus RNS templátként működhet a leány RNS szintézisében. Az így létrejövő leány-komplementer láncok templátként is szolgálhatnak új vírusgenomok szaporodásához. Amikor a genomokat reprodukálják, becsomagolják és kiszabadulnak a sejtből. A felszabaduló leányvirionok képesek új sejteket megfertőzni. Ennek az életciklus-sémának az előnye a vírus DNS-stádiumának hiánya, aminek köszönhetően a vírus gyorsabban replikálódik. Ugyanakkor a DNS-stádium hiánya is hátránynak tekinthető, mivel lehetetlenné teszi az új virionok szaporodását, ha a vírus RNS-e elpusztul.

Sok RNS-függő RNS polimeráz szorosan kapcsolódik a membránokhoz, ami nagymértékben megnehezíti izolálásukat és vizsgálatukat. A legismertebb RNS-függő RNS-polimerázok: a polio vírus 3Dpol-ja , a hólyagos szájgyulladás vírus RNS-függő RNS-polimeráza és a hepatitis C vírus NS5B -je .

Sok eukarióta RNS-függő RNS-polimerázokkal is rendelkezik, amelyek részt vesznek az RNS-interferenciában . Az eukariótákban ezek az RNS-polimerázok amplifikálják a mikroRNS -eket , a kis átmeneti RNS-eket, amelyek kettős szálú RNS-eket képeznek kis interferáló RNS -ek segítségével primerként. [6] Érdekes módon ezeket az RNS-függő RNS-polimerázokat a vírusok felhasználhatják saját genetikai anyaguk replikálására.

Az RNS-függő RNS-polimerázok erősen konzerváltak a vírusok között, és jelentős homológiát mutatnak az eukarióta telomerázzal , bár az ilyen sokféle organizmusok ilyen magas konzervativizmusának oka továbbra is vitatható. [7] Ezen enzimek aminosav-szekvenciájának hasonlósága olyan feltételezésekhez vezetett, hogy a telomeráz a vírusok RNS-függő RNS-polimerázából származik, de ez a feltételezés továbbra is spekulatív, és nincs pontos megerősítése.

Szerkezet

Minden RNS-függő RNS-polimeráz és sok DNS-függő RNS-polimeráz háromdimenziós szervezettel rendelkezik, amely jobb kéz alakú, és a következő tartományokkal rendelkezik: tenyér, négy ujj és hüvelykujj. [8] Csak a tenyérdomén, amely egy négyszálú antiparallel béta-lemezből és két alfa-hélixből áll, konzervált minden enzimnél. Az RNS-függő RNS-polimerázokban a tenyérdomén három konzervált motívumot tartalmaz (A, B és C). Az A motívum (D-x(4,5)-D) és a C motívum (GDD) térben közel van egymáshoz, és ezen motívumok aszparaginsavmaradékai megkötik Mg 2+ és/vagy Mn 2+ . A B motívum aszparaginmaradéka részt vesz a ribonukleozid-trifoszfátok és a dezoxiribonukleozid-trifoszfátok megkülönböztetésében, ami inkább az RNS, mint a DNS szintézisét biztosítja. [9] Az RNS-függő RNS-polimerázok széles skálájának doménszerveződése [10] és katalitikus centrumának 3D-s szerkezete még alacsony általános homológiával is konzervált marad. A katalitikus centrumot több motívum alkotja, amelyek számos konzervált aminosav-maradékot tartalmaznak.

Osztályozás

Az RNS-függő RNS-polimerázok az RNS-vírusok következő 4 csoportjában találhatók meg (minden RNS-vírus DNS-stádium nélkül):

• Egyszálú (+) RNS-t ((+) ssRNS) vagy kétszálú RNS-t (dsRNS) tartalmazó vírusok, a retrovírusok és a Birnaviridae kivételével. Ide tartoznak a következő családok: Cystoviridae , Reoviridae , Hypoviridae , Partitiviridae , Totiviridae.
• Mononegavirales (egyszálú (-) RNS, (-) ssRNS szegmentálatlan genomjával rendelkező vírusok
• Vírusok egyszálú (-) RNS szegmentált genomjával. Ebbe a csoportba tartoznak az ortomixovírusok (beleértve az A, B és C influenzavírusokat, a Thogotovírusokat és a lazac vérszegénység vírusát), az Arenavírusokat , a Bunyavírusokat , a Hantavírusokat , a Nairovírusokat , a Phlebovírusokat , a Tenuivírusokat és a Tospovírusokat.
• A Birnaviridae család kétszálú RNS (dsRNS) genommal rendelkezik.

A fenti szupercsaládok közül az elsőben található RNS-függő RNS polimerázok a következő három alcsoportra oszthatók:

• Egyszálú (+) RNS eukarióta vírusok, nincs DNS-stádium
• RNS-tartalmú bakteriofágok. Az RNS-tartalmú bakteriofágok két családját különböztethetjük meg: Leviviridae ((+) ssRNS fágok) és Cystoviridae (dsRNS fágok)
• A dsRNS vírusok Reoviridae családja.

A flavivírusokban egy poliproteint kódol az egyszálú RNS genom, amely azután számos termékre hasad, amelyek közül az egyik az NS5. Az 1-es típusú dengue-lázból származó, Escherichia coliban expresszált rekombináns NS5 fehérje RNS-függő RNS-polimeráz aktivitással rendelkezik. Ennek az RNS-függő RNS-polimeráznak számos olyan régiója és motívuma van, amelyek homológok más RNS-függő RNS-polimerázokkal. [tizenegy]

Lásd még

• Spiegelman szörnyetege

Jegyzetek

1. ↑ Akutsu, M; Igen, Y; Virdee, S; Chin, JW; Komander, D. Az ubiquitin és az ISG15 keresztreaktivitásának molekuláris alapja vírusos petefészek-tumor doménekben  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : Journal. - 2011. - február ( 108. évf. , 6. sz.). - P. 2228-2233 . - doi : 10.1073/pnas.1015287108 . — PMID 21266548 .
2. ↑ Koonin EV, Gorbalenya AE, Chumakov KM A dsRNS vírusok RNS-függő RNS polimerázainak kísérleti azonosítása és kapcsolatuk a pozitív szálú RNS virális polimerázokkal  // FEBS Lett  . : folyóirat. - 1989. - július ( 252. évf . , 1-2. sz. ). - P. 42-6 . - doi : 10.1016/0014-5793(89)80886-5 . — PMID 2759231 .
3. ↑ Zanotto PM, Gibbs MJ, Gould EA, Holmes EC Az RNS polimerázokon alapuló vírusok magasabb taxonómiájának újraértékelése  //  J. Virol. : folyóirat. - 1996. - szeptember ( 70. évf. , 9. sz.). - P. 6083-6096 . — PMID 8709232 .
4. ↑ Z; jin; Leveque, V; Ma, H; Johnson, K. A.; Klumpp, K. Aktív RNS-függő RNS-polimeráz elongációs komplex összeállítása, tisztítása és pre-steady-state kinetikai elemzése  //  Journal of Biological Chemistry  : folyóirat. - 2012. - Kt. 287. sz . 13 . - P. 10674-10683 . - doi : 10.1074/jbc.M111.325530 . — PMID 22303022 .
5. ↑ Kao CC, Singh P., Ecker DJ De novo initiation of viral RNA-dependent RNA synthesis  //  Virology : Journal. - 2001. - szeptember ( 287. évf . , 2. sz.). - P. 251-260 . - doi : 10.1006/viro.2001.1039 . — PMID 11531403 .
6. ↑ Iyer LM, Koonin EV, Aravind L. A DNS-függő RNS-polimerázok és az eukarióta RNS-függő RNS-polimerázok katalitikus alegységei közötti evolúciós kapcsolat és az RNS-polimerázok eredete  // BMC Struct  . Biol. : folyóirat. - 2003. - január ( 3. köt. ). — 1. o . - doi : 10.1186/1472-6807-3-1 . — PMID 12553882 .
7. ↑ Suttle CA vírusok a tengerben   // Természet . - 2005. - szeptember ( 437. köt. , 7057. sz.). - P. 356-361 . - doi : 10.1038/nature04160 . — PMID 16163346 .
8. ↑ A poliovírus RNS-függő RNS-polimerázának  szerkezete //  Szerkezet : folyóirat. - 1997. - augusztus ( 5. köt. , 8. sz.). - P. 1109-1122 . - doi : 10.1016/S0969-2126(97)00261-X . — PMID 9309225 .
9. ↑ Poliovírus RNS-függő RNS-polimeráz (3Dpol): az A és B konzervált szerkezeti motívumok szerkezeti, biokémiai és biológiai elemzése  //  J. Biol. Chem.  : folyóirat. - 2000. - augusztus ( 275. köt . , 33. sz.). - P. 25523-25532 . - doi : 10.1074/jbc.M002671200 . — PMID 10827187 .
10. ↑ Az RNS-függő RNS-polimeráz szerkezetének és működésének elemzése ismert polimeráz-struktúrák és a másodlagos szerkezet számítógépes előrejelzései alapján  //  Virology : Journal. - 1998. - December ( 252. évf. , 2. sz.). - P. 287-303 . - doi : 10.1006/viro.1998.9463 . — PMID 9878607 .
11. ↑ Az 1-es típusú rekombináns dengue-láz vírus Escherichia coliban expresszált NS5 fehérje RNS-függő RNS-polimeráz aktivitást mutat  //  Virology : Journal. - 1996. - február ( 216. évf. , 2. sz.). - P. 317-325 . - doi : 10.1006/viro.1996.0067 . — PMID 8607261 .

Linkek

• MeSH RNS+replikáz
• KF kód 2.7.7.48

Ez a cikk a Pfam és az InterPro IPR000208 nyilvános tartományából származó szöveget használja