RNK-ovisna RNK-polimeraza

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Razlikovati: DNK-zavisna RNK-polimeraza.
RNK-zavisna RNK- polimeraza
Zaustavljena HCV RNK-replikaza (NS5B), u kompleksu sa sofosbuvirom (PDB 4WTG).
Identifikatori
Simbol?
CAS broj9026-28-2

RNK-ovisna RNK-polimeraza (RdRp) ili RNK-replikaza je enzim koji katalizira replikaciju RNK iz šablona RNK. Konkretno, katalizuje sintezu lanca RNK komplementarnog datom šablonu RNK. Ovo je u suprotnosti sa tipskim DNK-ovisnim RNK-polimerazama, koje svi organizmi koriste da kataliziraju transkripciju RNK iz DNK šablona.

RdRp je esencijalni protein kodiran u genomima većine virusa koji sadrže RNK bez DNK faze [1][2] including SARS-CoV-2. Neki eukarioti također sadrže RdRps, koji su uključeni u interferenciju RNK i strukturno se razlikuju od virusnih RdRps.

Distribucija[uredi | uredi izvor]

Struktura i mehanizam elongacijske replikacije RdRp-a

RdRps su visoko konzervirana u svim virusima i čak su povezana sa telomerazama, iako je razlog za to stalno pitanje od 2009.[3]

Najpoznatiji primjer RdRp-a je polio virus. Virusni genom se sastoji od RNK, koja ulazi u ćeliju putem receptorima posredovanog endocitozom. Odatle, RNK može odmah da deluje kao šablon za komplementarnu sintezu RNK. Komplementarni lanac je tada sposoban da deluje kao šablon za proizvodnju novih virusnih genoma koji se dalje pakuju i oslobađaju iz ćelije spremni da inficiraju više ćelija domaćina. Prednost ovog načina replikacije je u tome što nema DNK stadija; Replikacija je brza i laka. Nedostatak je što nema 'rezervne' DNK kopije.

Mnogi RdRps su usko povezani s membranama i stoga ih je teško proučavati. Najpoznatiji RdRps su poliovirusni 3Dpol, virus vezikulskog stomatitisa L,[4] i hepatitis C virus NS5B protein.

Mnogi eukarioti također imaju RdRps i uključeni su u interferenciju RNK: oni pojačavaju mikroRNK i malu vremensku RNK i proizvode dvolančanu RNK, koristeći malu interferencijsku RNK kao prajmere.[5] U stvari, ovi isti RdRp-i koji se koriste u odbrambenim mehanizmima mogu biti uzurpirani RNK-virusima u svoju korist.[6] Their evolutionary history has been reviewed.[7]

Proces replikacije[uredi | uredi izvor]

RdRp se razlikuje od DNK-ovisne RNK-polimeraze jer radi na katalizaciji sinteze lanca RNK komplementarnog datom RNK šablonu, umjesto da koristi šablon DNK. Proces replikacije RNK je mehanizam u četiri koraka, kao što je opisano.

  1. Nukleozid-trifosfatno (NTP) vezivanje – u početku, RdRp se pojavljuje sa slobodnim aktivnim mjestom na kojem se NTP vezuje, komplementarno odgovarajućem nukleotidu na lancu šablona. Ispravno NTP vezivanje uzrokuje da RdRp prođe kroz konformacijsku promjenu.[8]
  2. Zatvaranje aktivnog mjesta – konformacijska promjena, inicirana ispravnim NTP vezivanjem, dovodi do ograničenja pristupa aktivnoj lokaciji i proizvodi katalitski kompetentno stanje.[8]
  3. Formiranje fosfodiesterske veze – dva iona Mg2+ su prisutna u katalitski aktivnom stanju i raspoređuju se na takav način oko novosintetizovanog lanca RNK da supstrat NTP može da prođe fosfatidilski transfer i formiraju fosfodiestersku vezu sa novosintetizovanim lancem.[9] Bez upotrebe ovih Mg2+ iona, aktivno mjesto više nije katalitski stabilno i RdRp kompleks se mijenja u otvorenu konformaciju.[9]
  4. Translokacija – kada je aktivno mjesto otvoreno, lanac RNK-šablona može se kretati za jednu poziciju kroz kompleks RdRp proteina i nastaviti produžavanje lanca vezivanjem novog NTP-a, osim ako šablonom nije drugačije određeno.[8]

Sinteza RNK se može izvesti pomoću prajmer-nezavisnog (de novo) ili mehanizma zavisnog od prajmera koji koristi prajmer virusni protein povezan sa genomom (VPg).[10] de novo inicijacija se sastoji u dodavanju nukleozid-trifosfata (NTP) na 3'-OH prvog inicijalnog NTP-a.[10] Tokom sljedeće, takozvane faze elongacije, ova reakcija prijenosa nukleotidila se ponavlja sa sljedećim NTP-ovima kako bi se stvorio komplementarni proizvod RNK. Terminacija nastalog lanca RNK koji proizvodi RdRp nije u potpunosti poznata, međutim, pokazalo se da je završetak RdRp neovisan o sekvenci.[11]

Jedan veliki nedostatak replikacije RNK-zavisne RNK-polimeraze je ogromna stopa grešaka tokom transkripcije.[10] Poznato je da RdRps nemaju tačnost reda veličine 104 nukleotida, za koje se smatra da je direktan rezultat njegovih nedovoljnih lektorskih sposobnosti.[10] Ova visoka stopa varijacije je favorizovana u virusnim genomima jer omogućava patogenu da savlada odbranu koju razvijaju domaćini pokušavajući da izbjegavajte infekciju omogućavajući evolucijski rast.

Struktura[uredi | uredi izvor]

Pregled RdRp strukture flavivirusa zasnovane na virusu Zapadnog Nila (WNV) NS5Pol

Virusne/prokariotske RNK-usmjerene RNK-polimeraze, zajedno s mnogim DNK-usmjerenim polimerazama s jednom podjedinicom, koriste nabor čija je organizacija povezana s oblikom desne ruke sa tri poddomena zvana prsti, dlan i palac.<.[12] Samo poddomen dlana, sastavljen od četverolančanog antiparalelnog beta-lista sa dva alfa-heliksa, dobro je konzervirn među svim ovim enzimima. U RdRp, poddomen dlana sastoji se od tri dobro konzervirana motiva (A, B i C). Motiv A (D-x(4,5)-D) i motiv C (GDD) su prostorno suprotstavljeni; aspartatni ostaci ovih motiva su implicirani u vezivanju Mg2+ i/ili Mn2+. Asparaginski ostatak motiva B uključen je u selekciju ribonukleozid-trifosfata u odnosu na dNTP i, na taj način, određuje da li se sintetiše RNK, a ne DNK.[13] Organizacija domena[14] i 3D struktura katalitičkog centra širokog spektra RdRps-a, čak i onih sa niskom ukupnom homologijom sekvence, su očuvane. Katalitički centar je formiran od nekoliko motiva koji sadrže određeni broj konzerviranih aminokiselinskih ostataka.

Eukariotska interferencija RNK zahtijeva ćelijsku RNK-zavisnu RNK-polimerazu (c RdRp). Za razliku od "šakinih" polimeraza, one podsjećaju na pojednostavljene multipodjedinice DNK-ovisne RNK-polimeraze (DdRPs), posebno u katalitskim β/β' podjedinicama, po tome što koriste dva seta dvostrukih psi β-barela na aktivnom mjestu. QDE1 (Q9Y7G6) u Neurospora crassa, koji ima obje cijevi u istom lancu,[15] je primjerr takvog RdRp enzima.[16] Bakteriofagni homolozi c RdRp, uključujući sličan jednolančani DdRp yonO (O31945), izgleda da su bliži c RdRps nego DdRP.[5][17]

RNK-ovisna RNK-polimeraza[a]
Identifikatori
SimbolRdRP-1
RNK-ovisna RNK- polimeraza eukariotskog tipa
Identifikatori
SimbolRdRP_euk
PfamPF05183
InterProIPR007855
Dostupne proteinske strukture:
Pfam  strukture / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumsažetak strukture
PDB2j7n
Bunijavirusna RNK replikaza[b]
Identifikatori
SimbolBunya_RdRp
PfamPF04196
InterProIPR007322
Dostupne proteinske strukture:
Pfam  strukture / ECOD  
PDBRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumsažetak strukture

Napomene

  1. ^ See Pfam clan za ostale porodice (+)ssRNK/dsRNK.
  2. ^ A (–)ssRNK-polimeraza.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Koonin EV, Gorbalenya AE, Chumakov KM (juli 1989). "Tentative identification of RNA-dependent RNA polymerases of dsRNA viruses and their relationship to positive strand RNA viral polymerases". FEBS Letters. 252 (1–2): 42–6. doi:10.1016/0014-5793(89)80886-5. PMID 2759231. S2CID 36482110.
  2. ^ Zanotto PM, Gibbs MJ, Gould EA, Holmes EC (septembar 1996). "A reevaluation of the higher taxonomy of viruses based on RNA polymerases". Journal of Virology. 70 (9): 6083–96. doi:10.1128/JVI.70.9.6083-6096.1996. PMC 190630. PMID 8709232.
  3. ^ Suttle CA (septembar 2005). "Viruses in the sea". Nature. 437 (7057): 356–61. Bibcode:2005Natur.437..356S. doi:10.1038/nature04160. PMID 16163346. S2CID 4370363.
  4. ^ Timm C, Gupta A, Yin J (august 2015). "Robust kinetics of an RNA virus: Transcription rates are set by genome levels". Biotechnology and Bioengineering. 112 (8): 1655–62. doi:10.1002/bit.25578. PMC 5653219. PMID 25726926.
  5. ^ a b Iyer LM, Koonin EV, Aravind L (januar 2003). "Evolutionary connection between the catalytic subunits of DNA-dependent RNA polymerases and eukaryotic RNA-dependent RNA polymerases and the origin of RNA polymerases". BMC Structural Biology. 3: 1. doi:10.1186/1472-6807-3-1. PMC 151600. PMID 12553882.
  6. ^ Tan FL, Yin JQ (decembar 2004). "RNAi, a new therapeutic strategy against viral infection". Cell Research. 14 (6): 460–6. doi:10.1038/sj.cr.7290248. PMC 7092015. PMID 15625012.
  7. ^ Zong J, Yao X, Yin J, Zhang D, Ma H (novembar 2009). "Evolution of the RNA-dependent RNA polymerase (RdRP) genes: duplications and possible losses before and after the divergence of major eukaryotic groups". Gene. 447 (1): 29–39. doi:10.1016/j.gene.2009.07.004. PMID 19616606.
  8. ^ a b c Wu J, Gong P (januar 2018). "Visualizing the Nucleotide Addition Cycle of Viral RNA-Dependent RNA Polymerase". Viruses. 10 (1): 24. doi:10.3390/v10010024. PMC 5795437. PMID 29300357.
  9. ^ a b Shu B, Gong P (juli 2016). "Structural basis of viral RNA-dependent RNA polymerase catalysis and translocation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (28): E4005–14. doi:10.1073/pnas.1602591113. PMC 4948327. PMID 27339134.
  10. ^ a b c d Venkataraman S, Prasad BV, Selvarajan R (februar 2018). "RNA Dependent RNA Polymerases: Insights from Structure, Function and Evolution". Viruses. 10 (2): 76. doi:10.3390/v10020076. PMC 5850383. PMID 29439438.
  11. ^ Adkins S, Stawicki SS, Faurote G, Siegel RW, Kao CC (april 1998). "Mechanistic analysis of RNA synthesis by RNA-dependent RNA polymerase from two promoters reveals similarities to DNA-dependent RNA polymerase". RNA. 4 (4): 455–70. PMC 1369631. PMID 9630251.
  12. ^ Hansen JL, Long AM, Schultz SC (august 1997). "Structure of the RNA-dependent RNA polymerase of poliovirus". Structure. 5 (8): 1109–22. doi:10.1016/S0969-2126(97)00261-X. PMID 9309225.
  13. ^ Gohara DW, Crotty S, Arnold JJ, Yoder JD, Andino R, Cameron CE (august 2000). "Poliovirus RNA-dependent RNA polymerase (3Dpol): structural, biochemical, and biological analysis of conserved structural motifs A and B". The Journal of Biological Chemistry. 275 (33): 25523–32. doi:10.1074/jbc.M002671200. PMID 10827187.
  14. ^ O'Reilly EK, Kao CC (decembar 1998). "Analysis of RNA-dependent RNA polymerase structure and function as guided by known polymerase structures and computer predictions of secondary structure". Virology. 252 (2): 287–303. doi:10.1006/viro.1998.9463. PMID 9878607.
  15. ^ Sauguet L (septembar 2019). "The Extended "Two-Barrel" Polymerases Superfamily: Structure, Function and Evolution". Journal of Molecular Biology. 431 (20): 4167–4183. doi:10.1016/j.jmb.2019.05.017. PMID 31103775.
  16. ^ Werner F, Grohmann D (februar 2011). "Evolution of multisubunit RNA polymerases in the three domains of life". Nature Reviews. Microbiology. 9 (2): 85–98. doi:10.1038/nrmicro2507. PMID 21233849. S2CID 30004345.
  17. ^ Forrest D, James K, Yuzenkova Y, Zenkin N (juni 2017). "Single-peptide DNA-dependent RNA polymerase homologous to multi-subunit RNA polymerase". Nature Communications. 8: 15774. Bibcode:2017NatCo...815774F. doi:10.1038/ncomms15774. PMC 5467207. PMID 28585540.

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]

Portal iconPortal Biologija
Ovaj članak uključuje tekst iz javnog domena Pfam i InterPro: IPR000208
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=RNK-ovisna_RNK-polimeraza&oldid=3482633"