Tercijarna struktura nukleinske kiseline
Tercijarna struktura nukleinske kiseline je trodimenzijski oblik polimera nukleinske kiseline.[1] Molekule RNK i DNK su sposobne za različite funkcije, od molekularnog prepoznavanja do kataliza. Takve funkcije zahtijevaju preciznu trodimenzionalnu strukturu. Iako su takve strukture raznolike i naizgled složene, sastavljene su od ponavljajućih, lahko prepoznatljivih tercijarnih strukturnih motiva koji služe kao molekulski gradivni blokovi. Neki od najčešćih motiva za tercijarnu strukturu RNK i DNK opisani su u nastavku, ali ove informacije se zasnivaju na ograničenom broju riješenih struktura. Mnogo više tercijarnih strukturnih motiva bit će otkriveno kako se nove molekule RNK i DNK budu strukturno karakterizirale.
Heliksne strukture
[uredi | uredi izvor]
Dvostruka spirala
[uredi | uredi izvor]Dvostruka spirala je dominantna tercijarna struktura biološke DNK, a također je moguća struktura i RNK. Vjeruje se da se u prirodi nalaze tri konformacije DNK: A-DNK, B-DNK i Z-DNK. Smatra se se da "B" oblik, koji su opisali James D. Watson i Francis Crick, prevladava u ćelijama.[2] James D. Watson i Francis Crick su opisali ovu strukturu kao dvostruku spiralu s radijusom od 10 Å i korakom od 34 Å, koja pravi jedan puni okret oko svoje ose svakih 10 bp sekvence.[3] Dvostruka spirala napravi jedan puni okret oko svoje ose svakih 10,4–10,5 baznih parova u rastvoru. Ova frekvencija uvijanja (poznata kao "nagib" spirale) uveliko zavisi od sila slaganja koje svaka baza vrši na svoje susjede u lancu. Dvostruko-spiralna RNK usvaja konformaciju sličnu strukturi A-oblika.
Moguće su i druge konformacije; zapravo, samo slova F, Q, U, V i Y su sada dostupna za opisivanje bilo koje nove strukture DNK koja se može pojaviti u budućnosti.[4][5] Međutim, većina ovih oblika je stvorena sintetski i nisu uočeni u prirodnim biološkim sistemima.
Tripleksi glavnog i sporednog žlijeba
[uredi | uredi izvor]Tripleks sporednog žlijeba je sveprisutni RNK strukturni motivi. Budući da su interakcije sa sporednim žlijebom često posredovane 2'-OH skupinom riboznog šećera, ovaj RNK motiv izgleda vrlo različito od svog DNK ekvivalenta. Najčešći primjer trostrukog žlijeba je A-sporedni motiv ili umetanje adenozinskih baza u sporedan žlijeb (vidi gore). Međutim, ovaj motiv nije ograničen na adenozine, jer je uočeno da i druge nukleobaze interaguju sa sporednim žlijebom RNK.
Sporedni žlijeb predstavlja gotovo savršen komplement za umetnutu bazu. To omogućava optimalne van der Waalsove kontakte, opsežno vodično vezivanje i hidrofobno površinsko ukopavanje, te stvara energetski vrlo povoljnu interakciju.[8][9] Budući da su trojke manjih žlijebova sposobne stabilno pakirati slobodnu petlju i heliks, one su ključni elementi u strukturi velikih ribonukleotida, uključujući intronske grupe I,[10] intronke grupe II,[11] i ribosome.
Iako je glavni žlijeb standardne A-oblika RNK prilično uzak i stoga manje dostupan za tripleks interakciju od malog žlijeba, tripleks interakcije glavnog žlijeba mogu se uočiti u nekoliko RNK struktura. Ove strukture se sastoje od nekoliko kombinacija baznog para i Hoogsteen interakcija. Naprimjer, GGC tripleks (GGC amino(N-2)-N-7, imino-karbonil, karbonil-amino(N-4); Watson-Crick) uočen u 50S ribosomu, sastavljen od Watson-Crickovog G-C para i dolaznog G koji formira pseudo-Hoogsteenovu mrežu vodikovih veza između obje baze uključene u kanonsko sparivanje.[12] Drugi značajni primjeri tripleksa glavnog žlijeba uključuju (i) katalitsko jezgro introna grupe II prikazanu na slici lijevo [6] (ii) katalitski esencijalna trostruka spirala uočena kod ljudske telomerazne RNK[7] (iii) SAM-II ribosklopka[14] i (iv) element za jedarnu ekspresiju (ENE), koji djeluje kao element za stabilizaciju RNK putem formiranja trostruke spirale s poli(A) repom.[15][16]
Trostruka DNK je također moguća iz Hoogsteenovih ili obrnutih Hoogsteenovih vodikovih veza u glavnom žlijebu B-oblika DNK.
Kvadripleks
[uredi | uredi izvor]Pored dvostrukih spirala i gore spomenutih tripleksa, RNK i DNK također mogu formirati četverostruke spirale. Postoje različite strukture baznih kvadripleksa RNK. Četiri uzastopna guaninska ostatka mogu formirati kvadripleks u RNK putem Hoogsteenovih vodikovih veza kako bi se formirao "Hoogsteenov prsten" (vidi sliku).[12] G-C i A-U parovi također mogu formirati bazni kvadripleks kombinacijom sparivanja Watson-Crick i nekanonskog sparivanja u malom žlijebu.[17]
Jezgro malahitno zelene boje aptamer je također vrsta baznog kvadripleksa s drugačijim obrascem vodikovih veza (vidi sliku).[13] Kvadripleks se može ponavljati nekoliko puta uzastopno, stvarajući izuzetno stabilnu strukturu.
Jedinstvena struktura kvadripleksnih regija u RNK može služiti različitim funkcijama u biološkom sistemu. Dvije važne funkcije su potencijal vezivanja sa ligandima ili proteinima i njena sposobnost stabilizacije cijele tercijarne strukture DNK ili RNK. Jaka struktura može inhibirati ili modulirati transkripciju i replikaciju DNK, kao što je to slučaj u telomerama hromosoma i netranslatiranoj regiji iRNK.[18] Identitet baze je važan za vezivanje liganda. G-kvadripleks obično veže monovalentne katione poput kalija, dok druge baze mogu vezati brojne druge ligande poput hipoksantina u U-U-C-U kvadripleksu.[17]
Uz ove funkcije, G-kvadripleksa u iRNK oko regija za vezivanje ribosoma mogao bi služiti kao regulator ekspresije gena u bakterijama.[19] Moguće je da postoje još zanimljivije strukture i funkcije koje tek treba otkriti in vivo.
Koaksijalno slaganje
[uredi | uredi izvor]
Koaksijalno slaganje, inače poznato kao spiralno slaganje, glavna je odrednica tercijarne strukture RNK višeg reda. Koaksijalno slaganje se događa kada dva RNK dupleksa formiraju susjednu spiralu, koja je stabilizirana slaganje baza na granici dvije spirale. Koaksijalno slaganje je uočeno u kristalnoj strukturi tRNK za Phe.[21] U novije vrijeme, koaksijalno slaganje je uočeno u strukturama višeg reda mnogih ribozima, uključujući mnoge oblike samospljuskujućih grupa I i grupa II introna. Uobičajeni motivi koaksijalnog slaganja uključuju interakciju ljupljenje petlje i pseudočvora. Stabilnost ovih interakcija može se predvidjeti adaptacijom "Turnerovih pravila".[22][23]
U 1994., Walter i Turner su odredili doprinose slobodne energije interakcija slaganja najbližeg susjeda unutar heliks-heliks interfejsa koristeći modelni sistem koji je kreirao heliks-heliks interfejs između kratkog oligomera i prevjesa od četiri-nukleotida na kraju ukosnice. Njihovi eksperimenti su potvrdili da termodinamički doprinos slaganja baza između dvije spiralne sekundarne strukture blisko oponaša termodinamiku standardnog formiranja dupleksa (interakcije najbližeg susjeda predviđaju termodinamičku stabilnost rezultirajuće spirale). Relativna stabilnost interakcija najbližeg susjeda može se koristiti za predviđanje povoljnog koaksijalnog slaganja na osnovu poznate sekundarne strukture. Walter i Turner su otkrili da se, u prosjeku, predviđanje strukture RNK poboljšalo sa 67% na 74% tačnosti kada su uključeni doprinosi koaksijalnog slaganja.[24]
Većina dobro proučenih tercijarnih struktura RNK sadrži primjere koaksijalnog slaganja. Neki istaknuti primjeri su tRNK-Phe, introni grupe I, introni grupe II i ribosomske RNK. Kristalne strukture tRNK otkrile su prisustvo dvije proširene spirale koje nastaju koaksijalnim slaganjem stabla akceptora aminokiselina s T-krakom i slaganjem D- i antikodonskih krakova. Ove interakcije unutar tRNK orijentiraju stablo antikodona okomito na stablo aminokiselina, što dovodi do funkcionalne tercijarne strukture u obliku slova L.[21] U intronima grupe I, pokazano je da se spirale P4 i P6 koaksijalno slažu korištenjem kombinacije biohemijskih[25] i kristalografske metode. Kristalna struktura P456 pružila je detaljan uvid u to kako koaksijalno slaganje stabilizuje pakovanje RNK heliksa u tercijarne strukture.[26] U intronu grupe II sa samosplajsujućim djelovanjem iz Oceanobacillus iheyensis, stabljike IA i IB se koaksijalno slažu i doprinose relativnoj orijentaciji konstitutivnih heliksa petosmjernog spoja.[6] Ova orijentacija olakšava pravilno savijanje aktivnog mjesta funkcionalnog ribozima. Ribosom sadrži brojne primjere koaksijalnog slaganja, uključujući naslagane segmente dužine i do 70 bp.[27]

Dva uobičajena motiva koja uključuju koaksijalno slaganje su petlje za poljubac i pseudočvorovi. U interakcijama petlji za poljubac, područja jednolančane petlje dvije ukosnice interaguju putem sparivanja baza, formirajući kompozitnu, koaksijalno složenu spiralu. Važno je napomenuti da ova struktura omogućava svim nukleotidima u svakoj petlji da učestvuju u interakcijama sparivanja baza i slaganja. Ovaj motiv su vizualizirali i proučavali pomoću NMR analize Lee i Crothers.[28] Motiv pseudočvora nastaje kada se jednolančana regija u obliku ukosnice upari s uzvodnom ili nizvodnom sekvencom unutar istog lanca RNK. Dvije rezultirajuće dupleks regije često se slažu jedna na drugu, formirajući stabilnu koaksijalno složenu kompozitnu spiralu. Jedan primjer motiva pseudočvora je visoko stabilan ribozim virusa hepatitisa delta, u kojem osnovni lanac pokazuje ukupnu topologiju dvostrukog pseudočvora.[29] Efekat sličan koaksijalnom slaganju uočen je u racionalno dizajniranim DNK strukturama. DNK-origami strukture sadrže veliki broj dvostrukih spirala sa izloženim tupim krajevima. Uočeno je da se ove strukture lijepe duž rubova koji sadrže ove izložene tupe krajeve, zbog hidrofobnih interakcija slaganja.[30] Kombinacijom ovih racionalno dizajniranih DNK-nanostruktura i DNA-PAINT snimanja superrezolucije, istraživači su uočili individualnu snagu energija slaganja između svih mogućih dinukleotida.[31]
Mjerenje koaksijalnog slaganja u nukleinskoj kiselini
[uredi | uredi izvor]Rana mjerenja koaksijalnog slaganja provedena su korištenjem biokemijskih testova koji proučavaju relativnu migraciju različitih molekula nukleinskih kiselina na osnovu njihove konformacije i vrste prisutnih interakcija. Kratke molekule DNK koje sadrže zareze, a koje su se i dalje mogle koaksijalno slagati, migrirale su brže od molekula DNK koje sadrže praznine i stoga nisu imale koaksijalno slaganje. To se može objasniti polimernim svojstvima DNK, gdje će kruće molekule nalik štapiću migrirati brže duž električnog gradijenta u matrici u poređenju sa fleksibilnijim molekulama.[32] Razvoj novijih tehnika poput optičke pincete i sposobnost savijanja DNK-nanostruktura doveo je do mjerenja količine DNK snopova i njihove sposobnosti slaganja jednih s drugima. Sila potrebna za razdvajanje ovih snopova pomoću optičke pincete mogla se zatim analizirati, kako bi se izmjerile energije slaganja baznih parova.[33] Ova mjerenja su provedena uglavnom u neravnotežnim uslovima i napravljene su različite ekstrapolacije kako bi se dobile tačne vrijednosti koaksijalnog slaganja između baza. Nedavne studije pojedinačnih molekula korištenjem DNK-nanostruktura i DNK-PAINT superrezolucijske mikroskopije omogućile su mjerenje ovih interakcija između dinukleotida, korištenjem dubinske kinetičke analize vremena vezivanja kratkih DNK molekula za njihove komplementarne sekvence, u prisustvu ili odsustvu interakcija slaganja DNK.[31]
Ostali motivi
[uredi | uredi izvor]Interakcije tetrapetlje i receptora
[uredi | uredi izvor]
Interakcije tetrapetlje i receptora kombiniraju interakcije sparivanja baza i slaganja između nukleotida petlje motiva tetrapetlje i motiva receptora smještenog unutar RNK dupleksa, stvarajući tercijarni kontakt koji stabilizira globalni tercijarni nabor molekule RNK. Tetrapetlje su također moguće strukture u DNK dupleksima.[35]
Matične petlje mogu se uveliko razlikovati po veličini i sekvenci, ali tetrapetlje od četiri nukleotida su vrlo česte i obično pripadaju jednoj od tri kategorije, na osnovu sekvence.[36] Ove tri porodice su tetrapetlje CUYG, UNCG i GNRA (vidi sliku desno).[37] U svakoj od ovih porodica tetrapetlji, drugi i treći nukleotid formiraju zavoj u lancu RNK, a bazni par između prvog i četvrtog nukleotida stabilizuje strukturu matične petlje. Općenito je utvrđeno da stabilnost tetrapetlje zavisi od sastava baza unutar petlje i od sastava ovog "zatvarajućeg para baza".[38] GNRA porodica tetrapetlji se najčešće opaža unutar interakcija tetrapetlji i receptora. Osim toga, UMAC tetrapetlje su poznate kao alternativne verzije GNRA petlji, obje dijele slične strukture glavnog lanca; uprkos sličnostima, razlikuju se u mogućim interakcijama dugog dometa koje su sposobne za to.[39]

"Motivi tetrapetljnog receptora" su tercijarne interakcije dugog dometa [40] koji se sastoji od vodikove veze između baza u sekvencama tetrapetlje do matične petlje u distalnim dijelovima sekundarne strukture RNK.[41] Pored vodikovih veza, interakcije slaganja su važna komponenta ovih tercijarnih interakcija. Naprimjer, u GNRA-tetrapetlji interakcijama, drugi nukleotid tetrapetlje se slaže direktno na motiv A-platforme (vidi gore) unutar receptora.[26] Sekvenca tetrapetlje i njenog receptora često se podudara tako da se isti tip tercijarnog kontakta može uspostaviti s različitim izoformama tetrapetlje i njenog srodnog receptora.[42]
Naprimjer, samosplajsirajući intron grupe I oslanja se na motive tetrapetljinog receptora za svoju strukturu i funkciju.[26][41] Konkretno, tri adeninska ostatka kanonskog GAAA motiva slažu se na vrh receptorske spirale i formiraju višestruke stabilizirajuće vodikove veze s receptorom. Prvi adenin GAAA sekvence formira trostruki bazni par s AU bazama receptora. Drugi adenin je stabiliziran vodikovim vezama s istim uridinom, kao i putem svoje 2'-OH veze s receptorom i putem interakcija s guaninom GAAA tetrapetlje. Treći adenin formira trostruki bazni par.
A-sporedni motiv
[uredi | uredi izvor]A-minor motiv je sveprisutni RNK tercijarna struktura motiv. Nastaje umetanjem nesparenog nukleozida u manji žlijeb RNK dupleksa. Kao takav, on je primjer trostrukog manjeg žlijeba. Iako gvanozin, citozin i uridin također mogu formirati trostruke interakcije manjeg žlijeba, interakcije manjeg žlijeba s adeninom su vrlo česte. U slučaju adenina, N1-C2-N3 rub umetnute baze formira vodikove veze s jednom ili obje 2'-OH grupe dupleksa, kao i s bazama dupleksa (vidi sliku: A-minor interakcije). Dupleks domaćin je često G-C bazni par.
A-minor motivi su podijeljeni u četiri klase,[8][9] tipovi 0 do III, na osnovu položaja insercijske baze u odnosu na dva 2’-OH Watson-Crickovog baznog para. Kod A-minor motiva tipa I i II, N3 adenina je umetnut duboko unutar malog žlijeba dupleksa (vidi sliku: A-minor interakcije - interakcija tipa II), i postoji dobra komplementarnost oblika sa baznim parom. Za razliku od tipova 0 i III, interakcije tipa I i II su specifične za adenin zbog interakcija vodikovim vezama. U interakciji tipa III, i O2' i N3 insercijske baze su manje blisko povezani sa malim žlijebom dupleksa. Motivi tipa 0 i III su slabiji i nespecifični jer su posredovani interakcijama sa jednim 2’-OH (vidi sliku: A-minor interakcije - interakcije tipa 0 i tipa III).
A-minor motiv je među najčešćim strukturnim motivima RNK u ribosomu, gdje doprinosi vezivanju tRNK za 23S podjedinicu.[44] Najčešće stabiliziraju interakcije dupleksa RNK u petljama i heliksima, kao što je u jezgru introna grupe II.[6]
Zanimljiv primjer A-minora je njegova uloga u prepoznavanju antikodona. Ribosom mora razlikovati ispravne i neispravne parove kodon-antikodon. To čini, dijelom, umetanjem adeninskih baza u mali žlijeb. Neispravni parovi kodon-antikodon će imati iskrivljenu heliksnu geometriju, što će spriječiti interakciju A-minora da stabilizira vezivanje i povećati brzinu disocijacije neispravne tRNK.[45]
Analiza A-minor motiva u 23S ribosomskoj RNK otkrila je hijerarhijsku mrežu strukturnih zavisnosti, za koju se pretpostavlja da je povezana s evolucijom ribosoma i redoslijedom događaja koji su doveli do razvoja moderne bakterijske velike podjedinice.[46]
Izvještava se da A-minor motiv i njegova nova podklasa, WC/H A-minor interakcije, jačaju druge tercijarne strukture RNK, kao što su trostruke spirale glavnog žlijeba identificirane u stabilizacijskim elementima RNK.[15][16]
Ribozni zatvarač
[uredi | uredi izvor]
Ribozni zatvarač je tercijarni strukturni element RNK u kojem su dva lanca RNK držana zajedno interakcijama vodikovih veza koje uključuju 2'OH riboznih šećera na različitim lancima. 2'OH se može ponašati i kao donor i kao akceptor vodikove veze, što omogućava formiranje bifurkiranih vodikovih veza s drugim 2'OH..[47][48]
Brojni oblici riboznih zatvarača su zabilježeni, ali uobičajeni tip uključuje četiri vodikove veze između 2'-OH grupa dva susjedna šećera. Ribozni zatvarači se obično javljaju u nizovima koji stabiliziraju interakcije između odvojenih lanaca RNK.[49] Ribozni zatvarači se često opažaju kao interakcije petlja stabla sa vrlo niskom specifičnošću sekvence. Međutim, u malim i velikim ribosomskim podjedinicama postoji sklonost ka riboznim zatvaračima CC/AA sekvence - dva citozina na prvom lancu uparena sa dva adenina na drugom lancu.
Uloga metalnih iona
[uredi | uredi izvor]Funkcionalne RNK su često presavijene, stabilne molekule trodimenzijskog oblika, a ne mehki, linearni lanci.[51] Kationi su neophodni za termodinamičku stabilizaciju tercijarnih struktura RNK. Metalni kationi koji vežu RNK mogu biti monovalentni, dvovalentni ili trovalentni. Kalij (K+) je uobičajeni monovalentni ion koji veže RNK. Uobičajeni dvovalentni ion koji veže RNK je magnezij (Mg2+). Utvrđeno je da drugi ioni, uključujući natrij (Na+), kalcij (Ca2+) i mangan (Mn2+), vežu RNK in vivo i in vitro. Multivalentni organski kationi poput spermidina ili spermina također se nalaze u ćelijama i oni daju važan doprinos savijanju RNK. Trovalentni ioni poput kobalt-heksamina ili lantanoidni ioni poput terbija (Tb3+) su korisni eksperimentalni alati za proučavanje vezivanja metala za RNK.[52][53]
Metalni ion može interagovati sa RNK na više načina. Ion se može difuzno povezati sa RNK osnovom, štiteći inače nepovoljne elektrostatičke interakcije. Ovo skrining naboja često ispunjavaju monovalentni ioni. Ioni vezani za mjesto stabilizuju specifične elemente tercijarne strukture RNK. Interakcije vezane za mjesto mogu se dalje podijeliti u dvije kategorije, ovisno o tome da li voda posreduje u vezivanju metala. Interakcije "vanjske sfere" posreduju molekule vode koje okružuju metalni ion. Na primjer, magnezijum heksahidrat interaguje sa specifičnim motivima tercijarne strukture RNK i stabilizuje ih putem interakcija sa gvanozinom u glavnom žlijebu. Obrnuto, interakcije "unutrašnje sfere" direktno posreduje metalni ion. RNK se često savija u više faza, a ovi koraci mogu biti stabilizovani različitim vrstama kationa. U ranim fazama, RNK formira sekundarne strukture nukleinske kiseline stabilizovane vezivanjem monovalentnih kationa, dvovalentnih kationa i polianionskih amina kako bi neutralizirala polianionski okosnicu. Kasnije faze ovog procesa uključuju formiranje tercijarne strukture RNK, koja se stabilizuje gotovo u velikoj mjeri vezivanjem dvovalentnih iona poput magnezijuma, uz mogući doprinos vezivanja kalijuma.
Mjesta vezivanja metala često su lokalizovana u dubokom i uskom glavnom žlijebu RNK dupleksa, koordinirajući se sa Hoogsteen rubovima purina. Posebno, metalni kationi stabilizuju mjesta uvijanja glavnog lanca gdje čvrsto pakovanje fosfata rezultira područjem gustog negativnog naboja. Postoji nekoliko motiva vezivanja metalnih iona u RNK dupleksima koji su identifikovani u kristalnim strukturama. Na primjer, u P4-P6 domenu Tetrahymena thermophila intron grupe I, nekoliko mjesta za vezivanje iona sastoje se od tandema G-U volećavi parovi i tandema G-A neusklađenosti, u kojima dovalentni kationi interaguju sa Hoogsteen-ovim rubom gvanozina putem O6 i N7.[54][55][56] Još jedan motiv vezivanja iona u intronu grupe I Tetrahymena je motiv platforme A-A, u kojem uzastopni adenozini u istom lancu RNK formiraju nekanonski pseudobazni par.[57] Za razliku od tandemskog G-U motiva, A-A platformski motiv se preferencijalno veže za monovalentne katione. U mnogim od ovih motiva, odsustvo monovalentnih ili dvovalentnih kationa rezultira ili većom fleksibilnošću ili gubitkom tercijarne strukture.
Utvrđeno je da su dvovalentni metalni ioni, posebno magnezij, važni za strukturu spojeva DNK kao što je Hollidayev spoj međuprodukt u genetičkoj rekombinaciji. Magnezijev ion štiti negativno nabijene fosfatne grupe u spoju i omogućava im da budu bliže jedna drugoj, omogućavajući naslaganu konformaciju umjesto neslagane konformacije.[58] Magnezij je ključan za stabilizaciju ovakvih spojeva u vještački dizajniranim strukturama koje se koriste u DNK-nanotehnologiji, kao što je motiv dvostrukog ukrštanja.[59]
Historija
[uredi | uredi izvor]Najraniji radovi u strukturnoj biologiji RNK poklopili su se, manje-više, s radom na DNK početkom 1950-ih. U svom značajnom radu iz 1953. godine, Watson i Crick sugerirali su da bi van der Waalsovo gužvanje 2`OH grupom riboze spriječilo RNK da usvoji dvostruku spiralnu strukturu identičnu modelu koji su predložili - onome što danas znamo kao B-oblik DNK.[60] Ovo je izazvalo pitanja o trodimenzionalnoj strukturi RNK: da li bi ovaj molekul mogao formirati neku vrstu spiralne strukture, i ako da, kako?
Sredinom 1960-ih, uloga tRNK u sintezi proteina intenzivno se proučavala. Godine 1965., Holley i saradnici su pročistili i sekvencirali prvu molekulu tRNK, prvobitno pretpostavivši da je usvojio strukturu lista djeteline, uglavnom zasnovanu na sposobnosti određenih regija molekule da formiraju strukture petlji matičnih stabljika.[61] Izolacija tRNA pokazala se kao prvi veliki uspjeh u strukturnoj biologiji RNK. Godine 1971. Kim i saradnici su postigli još jedan proboj, proizvodeći kristale kvasne tRNAPHE koja je difrakcijski reagirala do rezolucije od 2-3 Ångströma koristeći spermin, prirodni poliamin, koji se vezao za [[[tRNK]] i stabilizirao je.[62]
Tokom značajnog perioda nakon prvih struktura tRNA, oblast proučavanja strukture RNK nije dramatično napredovala. Mogućnost proučavanja strukture RNK zavisila je od potencijala za izolaciju ciljne RNK. Ovo se pokazalo ograničavajućim za ovu oblast dugi niz godina, dijelom i zato što su druge poznate ciljeve - tj. ribosom - bilo znatno teže izoliratiti i kristalizirati. Kao takve, nekih dvadeset godina nakon originalnog objavljivanja strukture tRNKPHE, riješene su strukture samo nekoliko drugih ciljeva RNK, pri čemu gotovo svi pripadaju porodici transferne RNK.[63]
Ovaj nesretni nedostatak prostora na kraju će biti prevaziđen uglavnom zahvaljujući dva velika napretka u istraživanju nukleinskih kiselina: identifikaciji ribozima i sposobnosti njihove proizvodnje putem transkripcije in vitro. Nakon publikacije Toma Cecha koja implicira intron grupe I Tetrahymena kao autokatalitički ribozim,[64] i izvještaj Sidneyja Altmana o katalizi ribonukleazom P RNK,[65] nekoliko drugih katalitskih RNK identificirano je krajem 1980-ih,[66] uključujući ribozim čekićaste glave. Godine 1994., McKay i saradnici objavili su strukturu 'kompleksa RNA-DNK ribozim-inhibitor čekićaste glave' u rezoluciji od 2,6 Ångströma, u kojem je autokatalitska aktivnost ribozima poremećena vezivanjem za DNK supstrat.[67] Pored napretka postignutog u određivanju globalne strukture putem kristalografije, početkom 1990-ih također je uvedena NMR kao moćna tehnika u strukturnoj biologiji RNK. Istraživanja poput ovog omogućila su precizniju karakterizaciju interakcija sparivanja baza i slaganja baza koje su stabilizirale globalne nabore velikih molekula RNK.
Ponovni porast strukturne biologije RNK sredinom 1990-ih izazvao je pravu eksploziju u području istraživanja strukture nukleinskih kiselina. Od objavljivanja struktura čekićaste glave i P4-6, postignuti su brojni značajni doprinosi ovom području. Neki od najznačajnijih primjera uključuju strukture Introna Grupe I i introna Grupe II,[6] i ribosom.[43] Prve tri strukture su proizvedene korištenjem in vitro transkripcije, a NMR je odigrao ulogu u istraživanju parcijalnih komponenti sve četiri strukture - što svjedoči o neophodnosti obje tehnike za istraživanje RNK. Nobelova nagrada za hemiju 2009. godine dodijeljena je ]Adi Yonath, Venkatramanu Ramakrishnanu i Thomasu Steitzu za njihov strukturni rad na ribosomu, demonstrirajući istaknutu ulogu koju je strukturna biologija RNK preuzela u modernoj molekulskoj biologiji.
Također pogledajte
[uredi | uredi izvor]Reference
[uredi | uredi izvor]- ↑ IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book") (1997). Online corrected version: (2006–) "tertiary structure". doi:10.1351/goldbook.T06282
- ↑ Richmond TJ, Davey CA (maj 2003). "The structure of DNA in the nucleosome core". Nature. 423 (6936): 145–50. Bibcode:2003Natur.423..145R. doi:10.1038/nature01595. PMID 12736678. S2CID 205209705.
- ↑ Watson JD, Crick FH (april 1953). "Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid" (PDF). Nature. 171 (4356): 737–8. Bibcode:1953Natur.171..737W. doi:10.1038/171737a0. PMID 13054692. S2CID 4253007.
- ↑ Bansal M (2003). "DNA structure: Revisiting the Watson-Crick double helix". Current Science. 85 (11): 1556–1563.
- ↑ Ghosh A, Bansal M (2003). "A glossary of DNA structures from A to Z". Acta Crystallogr D. 59 (4): 620–626. doi:10.1107/S0907444903003251. PMID 12657780.
- 1 2 3 4 5 PDB 3BWP; Toor N, Keating KS, Taylor SD, Pyle AM (april 2008). "Crystal structure of a self-spliced group II intron". Science. 320 (5872): 77–82. Bibcode:2008Sci...320...77T. doi:10.1126/science.1153803. PMC 4406475. PMID 18388288.; dobijenim preko PyMOL
- 1 2 PDB 2K95; Kim NK, Zhang Q, Zhou J, Theimer CA, Peterson RD, Feigon J (decembar 2008). "Solution structure and dynamics of the wild-type pseudoknot of human telomerase RNA". J. Mol. Biol. 384 (5): 1249–61. doi:10.1016/j.jmb.2008.10.005. PMC 2660571. PMID 18950640.; prikazano sa PyMOL
- 1 2 Nissen P, Ippolito JA, Ban N, Moore PB, Steitz TA (april 2001). "RNA tertiary interactions in the large ribosomal subunit: the A-minor motif". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (9): 4899–903. Bibcode:2001PNAS...98.4899N. doi:10.1073/pnas.081082398. PMC 33135. PMID 11296253.
- 1 2 Doherty EA, Batey RT, Masquida B, Doudna JA (april 2001). "A universal mode of helix packing in RNA". Nat. Struct. Biol. 8 (4): 339–43. doi:10.1038/86221. PMID 11276255. S2CID 213577.
- ↑ Szewczak AA, Ortoleva-Donnelly L, Ryder SP, Moncoeur E, Strobel SA (decembar 1998). "A minor groove RNA triple helix within the catalytic core of a group I intron". Nat. Struct. Biol. 5 (12): 1037–42. doi:10.1038/4146. PMID 9846872. S2CID 10908125.
- ↑ Boudvillain M, de Lencastre A, Pyle AM (juli 2000). "A tertiary interaction that links active-site domains to the 5' splice site of a group II intron". Nature. 406 (6793): 315–8. Bibcode:2000Natur.406..315B. doi:10.1038/35018589. PMID 10917534. S2CID 4336795.
- 1 2 3 PDB 1RAU; Cheong C, Moore PB (septembar 1992). "Solution structure of an unusually stable RNA tetraplex containing G- and U-quartet structures". Biochemistry. 31 (36): 8406–14. doi:10.1021/bi00151a003. PMID 1382577.; rendered with PyMOL
- 1 2 PDB 1FIT; Baugh C, Grate D, Wilson C (august 2000). "2.8 A crystal structure of the malachite green aptamer". J. Mol. Biol. 301 (1): 117–28. doi:10.1006/jmbi.2000.3951. PMID 10926496.; prikazano sa PyMOL
- ↑ Gilbert SD, Rambo RP, Van Tyne D, Batey RT (februar 2008). "Structure of the SAM-II riboswitch bound to S-adenosylmethionine". Nat. Struct. Mol. Biol. 15 (2): 177–82. doi:10.1038/nsmb.1371. PMID 18204466. S2CID 40791601.
- 1 2 Mitton-Fry RM, DeGregorio SJ, Wang J, Steitz TA, Steitz JA (novembar 2010). "Poly(A) tail recognition by a viral RNA element through assembly of a triple helix". Science. 330 (6008): 1244–7. Bibcode:2010Sci...330.1244M. doi:10.1126/science.1195858. PMC 3074936. PMID 21109672.
- 1 2 Torabi SF, Vaidya AT, Tycowski KT, DeGregorio SJ, Wang J, Shu MD, et al. (januar 2021). "RNA stabilization by a poly(A) tail 3'-end binding pocket and other modes of poly(A)-RNA interaction". Science. 371 (6529). doi:10.1126/science.abe6523. ISSN 0036-8075. PMC 9491362 Provjerite vrijednost parametra
|pmc=(pomoć). PMID 33414189. S2CID 231195473. - 1 2 Batey RT, Gilbert SD, Montange RK (novembar 2004). "Structure of a natural guanine-responsive riboswitch complexed with the metabolite hypoxanthine". Nature. 432 (7015): 411–5. Bibcode:2004Natur.432..411B. doi:10.1038/nature03037. PMID 15549109. S2CID 2462025.
- ↑ Arthanari H, Bolton PH (mart 2001). "Functional and dysfunctional roles of quadruplex DNA in cells". Chem. Biol. 8 (3): 221–30. doi:10.1016/S1074-5521(01)00007-2. PMID 11306347.
- ↑ Oliver AW, Bogdarina I, Schroeder E, Taylor IA, Kneale GG (august 2000). "Preferential binding of fd gene 5 protein to tetraplex nucleic acid structures". J. Mol. Biol. 301 (3): 575–84. doi:10.1006/jmbi.2000.3991. PMID 10966771.
- ↑ PDB 6tna; Sussman JL, Holbrook SR, Warrant RW, Church GM, Kim SH (august 1978). "Crystal structure of yeast phenylalanine transfer RNA. I. Crystallographic refinement". J. Mol. Biol. 123 (4): 607–30. doi:10.1016/0022-2836(78)90209-7. PMID 357742.; prikazano sa PyMOL.
- 1 2 Quigley GJ, Rich A (novembar 1976). "Structural domains of transfer RNA molecules". Science. 194 (4267): 796–806. Bibcode:1976Sci...194..796Q. doi:10.1126/science.790568. PMID 790568.
- ↑ "Douglas H. Turner". Turner’s rules. Department of Chemistry, University of Rochester.
- ↑ "Nearest Neighbor Database - Turner 2004 parameters, Coaxial Stacking". rna.urmc.rochester.edu.
- ↑ Walter AE, Turner DH, Kim J, Lyttle MH, Müller P, Mathews DH, Zuker M (septembar 1994). "Coaxial stacking of helixes enhances binding of oligoribonucleotides and improves predictions of RNA folding". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91 (20): 9218–22. Bibcode:1994PNAS...91.9218W. doi:10.1073/pnas.91.20.9218. PMC 44783. PMID 7524072.
- ↑ Murphy FL, Wang YH, Griffith JD, Cech TR (septembar 1994). "Coaxially stacked RNA helices in the catalytic center of the Tetrahymena ribozyme". Science. 265 (5179): 1709–12. Bibcode:1994Sci...265.1709M. doi:10.1126/science.8085157. PMID 8085157.
- 1 2 3 Cate JH, Gooding AR, Podell E, Zhou K, Golden BL, Kundrot CE, Cech TR, Doudna JA (septembar 1996). "Crystal structure of a group I ribozyme domain: principles of RNA packing". Science. 273 (5282): 1678–85. Bibcode:1996Sci...273.1678C. doi:10.1126/science.273.5282.1678. PMID 8781224. S2CID 38185676.
- ↑ Noller HF (septembar 2005). "RNA structure: reading the ribosome". Science. 309 (5740): 1508–14. Bibcode:2005Sci...309.1508N. doi:10.1126/science.1111771. PMID 16141058. S2CID 16577145.
- ↑ Lee AJ, Crothers DM (august 1998). "The solution structure of an RNA loop-loop complex: the ColE1 inverted loop sequence". Structure. 6 (8): 993–1005. doi:10.1016/S0969-2126(98)00101-4. PMID 9739090.
- ↑ Ferré-D'Amaré AR, Zhou K, Doudna JA (oktobar 1998). "Crystal structure of a hepatitis delta virus ribozyme". Nature. 395 (6702): 567–74. Bibcode:1998Natur.395..567F. doi:10.1038/26912. PMID 9783582. S2CID 4359811.
- ↑ Paul W. K. Rothemund|Rothemund PW]] (mart 2006). "Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns" (PDF). Nature. 440 (7082): 297–302. Bibcode:2006Natur.440..297R. doi:10.1038/nature04586. PMID 16541064. S2CID 4316391.
- 1 2 Banerjee, Abhinav; Anand, Micky; Kalita, Simanta; Ganji, Mahipal (Dec 2023). "Single-molecule analysis of DNA base-stacking energetics using patterned DNA nanostructures". Nature Nanotechnology. 18 (12): 1474–1482. Bibcode:2023NatNa..18.1474B. doi:10.1038/s41565-023-01485-1. PMC 10716042 Provjerite vrijednost parametra
|pmc=(pomoć). PMID 37591937 Provjerite vrijednost parametra|pmid=(pomoć). - ↑ Yakovchuk, Peter; Protozanova, Ekaterina; Frank-Kamenetskii, Maxim D. (2006). "Base-stacking and base-pairing contributions into thermal stability of the DNA double helix". Nucleic Acids Research. 34 (2): 564–574. doi:10.1093/nar/gkj454. PMC 1360284. PMID 16449200.
- ↑ KILCHHERR, FABIAN; WACHAUF, CHRISTIAN; PELZ, BENJAMIN; RIEF, MATTHIAS; ZACHARIAS, MARTIN; DIETZ, HENDRIK (2016). "Single-molecule dissection of stacking forces in DNA". Science. 353 (6304). doi:10.1126/science.aaf5508. PMID 27609897. Nepoznati parametar
|article-number=zanemaren (pomoć) - 1 2 3 4 PDB 1GID; Cate JH, Gooding AR, Podell E, Zhou K, Golden BL, Kundrot CE, Cech TR, Doudna JA (septembar 1996). "Crystal structure of a group I ribozyme domain: principles of RNA packing". Science. 273 (5282): 1678–85. Bibcode:1996Sci...273.1678C. doi:10.1126/science.273.5282.1678. PMID 8781224. S2CID 38185676.; rendered with PyMOL
- ↑ Nakano M, Moody EM, Liang J, Bevilacqua PC (decembar 2002). "Selection for thermodynamically stable DNA tetraloops using temperature gradient gel electrophoresis reveals four motifs: d(cGNNAg), d(cGNABg),d(cCNNGg), and d(gCNNGc)". Biochemistry. 41 (48): 14281–92. doi:10.1021/bi026479k. PMID 12450393.
- ↑ Moore PB (1999). "Structural motifs in RNA". Annu. Rev. Biochem. 68 (1): 287–300. doi:10.1146/annurev.biochem.68.1.287. PMID 10872451.
- ↑ Abramovitz DL, Pyle AM (februar 1997). "Remarkable morphological variability of a common RNA folding motif: the GNRA tetraloop-receptor interaction". J. Mol. Biol. 266 (3): 493–506. doi:10.1006/jmbi.1996.0810. PMID 9067606.
- ↑ Moody EM, Feerrar JC, Bevilacqua PC (juni 2004). "Evidence that folding of an RNA tetraloop hairpin is less cooperative than its DNA counterpart". Biochemistry. 43 (25): 7992–8. doi:10.1021/bi049350e. PMID 15209494.
- ↑ Zhao Q, Huang HC, Nagaswamy U, Xia Y, Gao X, Fox GE (august 2012). "UNAC tetraloops: to what extent do they mimic GNRA tetraloops?". Biopolymers. 97 (8): 617–628. Bibcode:2012biopo..97..617Z. doi:10.1002/bip.22049. PMID 22605553.
- ↑ Williams DH, Gait MJ, Loakes D (2006). Nucleic Acids in Chemistry and Biology. Cambridge, UK: RSC Pub. ISBN 0-85404-654-2.
- 1 2 Jaeger L, Michel F, Westhof E (mart 1994). "Involvement of a GNRA tetraloop in long-range RNA tertiary interactions". J. Mol. Biol. 236 (5): 1271–6. doi:10.1016/0022-2836(94)90055-8. PMID 7510342.
- ↑ Michel F, Westhof E (decembar 1990). "Modelling of the three-dimensional architecture of group I catalytic introns based on comparative sequence analysis". J. Mol. Biol. 216 (3): 585–610. doi:10.1016/0022-2836(90)90386-Z. PMID 2258934.
- 1 2 3 PDB 1FFK; Ban N, Nissen P, Hansen J, Moore PB, Steitz TA (august 2000). "The complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4 A resolution". Science. 289 (5481): 905–20. Bibcode:2000Sci...289..905B. doi:10.1126/science.289.5481.905. PMID 10937989.; rendered with PyMOL
- ↑ Nissen P, Ippolito JA, Ban N, Moore PB, Steitz TA (april 2001). "RNA tertiary interactions in the large ribosomal subunit: the A-minor motif". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98 (9): 4899–903. Bibcode:2001PNAS...98.4899N. doi:10.1073/pnas.081082398. PMC 33135. PMID 11296253.
- ↑ Yoshizawa S, Fourmy D, Puglisi JD (septembar 1999). "Recognition of the codon-anticodon helix by ribosomal RNA". Science. 285 (5434): 1722–5. doi:10.1126/science.285.5434.1722. PMID 10481006.
- ↑ Bokov K, Steinberg SV (februar 2009). "A hierarchical model for evolution of 23S ribosomal RNA". Nature. 457 (7232): 977–80. Bibcode:2009Natur.457..977B. doi:10.1038/nature07749. PMID 19225518. S2CID 4400869.
- ↑ Batey RT, Rambo RP, Doudna JA (august 1999). "Tertiary Motifs in RNA Structure and Folding". Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 38 (16): 2326–2343. doi:10.1002/(SICI)1521-3773(19990816)38:16<2326::AID-ANIE2326>3.0.CO;2-3. PMID 10458781.
- ↑ Tamura M, Holbrook SR (juli 2002). "Sequence and structural conservation in RNA ribose zippers". J. Mol. Biol. 320 (3): 455–74. doi:10.1016/S0022-2836(02)00515-6. PMID 12096903.
- ↑ PDB 3IGI; Toor N, Keating KS, Fedorova O, Rajashankar K, Wang J, Pyle AM (januar 2010). "Tertiary architecture of the Oceanobacillus iheyensis group II intron". RNA. 16 (1): 57–69. doi:10.1261/rna.1844010. PMC 2802037. PMID 19952115.; rendered using PyMOL.
- ↑ PDB 1ZZN; Stahley MR, Strobel SA (septembar 2005). "Structural evidence for a two-metal-ion mechanism of group I intron splicing". Science. 309 (5740): 1587–90. Bibcode:2005Sci...309.1587S. doi:10.1126/science.1114994. PMID 16141079. S2CID 40099718.; rendered with PyMOL
- ↑ Celander DW, Cech TR (januar 1991). "Visualizing the higher order folding of a catalytic RNA molecule". Science. 251 (4992): 401–7. Bibcode:1991Sci...251..401C. doi:10.1126/science.1989074. PMID 1989074.
- ↑ Pyle AM (septembar 2002). "Metal ions in the structure and function of RNA". J. Biol. Inorg. Chem. 7 (7–8): 679–90. doi:10.1007/s00775-002-0387-6. PMID 12203005. S2CID 42008484.
- ↑ Morrow JR, Andolina CM (2012). "Chapter 6. Spectroscopic Investigations of Lanthanide Ion Binding to Nucleic Acids". u Sigel A, Sigel H, Sigel RK (ured.). Interplay between Metal Ions and Nucleic Acids. Metal Ions in Life Sciences. 10. Springer. str. 171–197. doi:10.1007/978-94-007-2172-2_6. ISBN 978-94-007-2171-5. PMID 22210339.
- ↑ Cate JH, Doudna JA (oktobar 1996). "Metal-binding sites in the major groove of a large ribozyme domain". Structure. 4 (10): 1221–9. doi:10.1016/S0969-2126(96)00129-3. PMID 8939748.
- ↑ Kieft JS, Tinoco I (maj 1997). "Solution structure of a metal-binding site in the major groove of RNA complexed with cobalt (III) hexammine". Structure. 5 (5): 713–21. doi:10.1016/S0969-2126(97)00225-6. PMID 9195889.
- ↑ Rüdisser S, Tinoco I (februar 2000). "Solution structure of Cobalt(III)hexammine complexed to the GAAA tetraloop, and metal-ion binding to G·A mismatches". J. Mol. Biol. 295 (5): 1211–23. doi:10.1006/jmbi.1999.3421. PMID 10653698.
- ↑ Burkhardt C, Zacharias M (oktobar 2001). "Modelling ion binding to AA platform motifs in RNA: a continuum solvent study including conformational adaptation". Nucleic Acids Res. 29 (19): 3910–8. doi:10.1093/nar/29.19.3910. PMC 60250. PMID 11574672.
- ↑ Panyutin IG, Biswas I, Hsieh P (april 1995). "A pivotal role for the structure of the Holliday junction in DNA branch migration". The EMBO Journal. 14 (8): 1819–26. doi:10.1002/j.1460-2075.1995.tb07170.x. PMC 398275. PMID 7737132.
- ↑ Fu TJ, Seeman NC (april 1993). "DNA double-crossover molecules". Biochemistry. 32 (13): 3211–20. doi:10.1021/bi00064a003. PMID 8461289.
- ↑ Watson JD, Crick FH (april 1953). "Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid" (PDF). Nature. 171 (4356): 737–738. Bibcode:1953Natur.171..737W. doi:10.1038/171737a0. PMID 13054692. S2CID 4253007.
- ↑ Holley, RW, Apgar, J, Everett, GA, Madison, JT, Marguisse, M, Merrill, SH, Penwick, JR, Zamir (mart 1965). "Structure of a ribonucleic acid". Science. 147 (3664): 1462–5. Bibcode:1965Sci...147.1462H. doi:10.1126/science.147.3664.1462. PMID 14263761. S2CID 40989800.CS1 održavanje: više imena: authors list (link)
- ↑ Kim SH, Quigley G, Suddath FL, Rich A (april 1971). "High-resolution x-ray diffraction patterns of crystalline transfer RNA that show helical regions". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 68 (4): 841–5. doi:10.1073/pnas.68.4.841. PMC 389056. PMID 5279525.
- ↑ Shen LX, Cai Z, Tinoco I (august 1995). "RNA structure at high resolution". FASEB J. 9 (11): 1023–33. doi:10.1096/fasebj.9.11.7544309. PMID 7544309. S2CID 40621440.
- ↑ Cech TR, Zaug AJ, Grabowski PJ (decembar 1981). "In vitro splicing of the ribosomal RNA precursor of Tetrahymena: involvement of a guanosine nucleotide in the excision of the intervening sequence". Cell. 27 (3 Pt 2): 487–96. doi:10.1016/0092-8674(81)90390-1. PMID 6101203. S2CID 17674600.
- ↑ Stark BC, Kole R, Bowman EJ, Altman S (august 1978). "Ribonuclease P: an enzyme with an essential RNA component". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 75 (8): 3717–21. Bibcode:1978PNAS...75.3717S. doi:10.1073/pnas.75.8.3717. PMC 392857. PMID 358197.
- ↑ Prody GA, Bakos JT, Buzayan JM, Schneider IR, Bruening G (mart 1986). "Autolytic Processing of Dimeric Plant Virus Satellite RNA". Science. 231 (4745): 1577–1580. Bibcode:1986Sci...231.1577P. doi:10.1126/science.231.4745.1577. PMID 17833317. S2CID 21563490.
- ↑ Pley HW, Flaherty KM, McKay DB (novembar 1994). "Three-dimensional structure of a hammerhead ribozyme". Nature. 372 (6501): 68–74. Bibcode:1994Natur.372...68P. doi:10.1038/372068a0. PMID 7969422. S2CID 4333072.