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| グループ II 触媒イントロン、D5 | |
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 グループ II イントロンの完全な二次構造 | |
| 識別子 | |
| シンボル | イントロン_gpII |
| Rfam | RF00029 |
| その他のデータ | |
| PDB構造 | PDBe 6cih |
| 追加情報 | エントリには、スプライシング ドメイン V (D5) と、それに対する 3' のコンセンサスが含まれています。 |
| グループ II 触媒イントロン、D1-D4 | |
|---|---|
| 識別子 | |
| シンボル | グループII-D1D4 |
| Rfam | CL00102 |
| その他のデータ | |
| PDB構造 | PDBe4fb0 |
| 追加情報 | エントリには、D1 ～ D4、パーツ 5' ～ D5 が含まれます。 |
グループ II イントロンは、生命の3 つのドメインすべての遺伝子内に存在する、自己触媒リボザイムおよび可動性遺伝要素の大きなクラスです。リボザイム活性 (例: 自己スプライシング) は、 in vitro で高塩分条件下で発生する可能性があります。しかし、in vivo でのスプライシングにはタンパク質の補助が必要です。[1]グループ I イントロンとは対照的に、イントロンの切除はGTPの非存在下で発生し、投げ縄の形成を伴います。投げ縄の A 残基分岐点は、核 pre-mRNA のスプライシング中に形成される投げ縄に見られるものと非常によく似ています。pre-mRNA スプライシング (スプライソソームを参照) は、類似した触媒メカニズムと、グループ II ドメイン V サブ構造が U6/U2 拡張snRNAと構造的に類似していることから、グループ II イントロンから進化した可能性があると仮定されています。[2] [3]最後に、DNA部位に部位特異的に挿入する能力は、バイオテクノロジーのツールとして利用されてきた。[4]例えば、グループIIイントロンは、部位特異的なゲノム挿入を行い、レポーター遺伝子やlox部位などのカーゴDNAを送達するように改変することができる[5]
構造と触媒
グループ II イントロンの二次構造は、ドメイン I から VI (DI から DVI、または D1 から D6) とも呼ばれる 6 つの典型的なステムループ構造を特徴とします。ドメインは、5' および 3' スプライスジャンクションを近接させる中心コアから放射状に広がります。6 つのドメインの近位ヘリックス構造は、中央領域 (リンカーまたはジョイナー配列) のいくつかのヌクレオチドによって接続されています。ドメイン I はサイズが非常に大きいため、サブドメイン a、b、c、および d にさらに分割されました。グループ II イントロンの配列の違いにより、サブグループ IIA、IIB、および IIC にさらに分割されました。また、ドメイン VI (ラリアットを形成する分岐点になる予定) の膨らんだアデノシンから 3' スプライス部位までの距離の違い、およびドメイン I の調整ループ (IIB および IIC イントロンには存在するが IIA には存在しない) などの構造要素の包含または省略も特定されました。[1]グループIIイントロンも非常に複雑なRNA三次構造を形成します。
グループ II イントロンは保存されたヌクレオチドがごくわずかしかなく、触媒機能に重要なヌクレオチドは完全なイントロン構造全体に広がっています。厳密に保存された少数の主要配列は、5' および 3' スプライシング部位のコンセンサス (...↓GUGYG&... および ...AY↓...、Y はピリミジンを表す)、中心コアのヌクレオチドの一部 (ジョイナー配列)、DV の比較的多数のヌクレオチド、および DI の短い配列の一部です。DVI の不対アデノシン (図ではアスタリスクで示され、3' スプライシング部位から 7 または 8 nt 離れた位置にある) も保存されており、スプライシング プロセスで中心的な役割を果たします。膨らんだアデノシンの 2' ヒドロキシルが5' スプライス部位を攻撃し、続いて上流エクソンの 3' OH が 3' スプライス部位を求核攻撃します。その結果、DVI アデノシンの 2' ホスホジエステル結合によって接続された分岐したイントロン投げ縄が形成されます。
生体内でのスプライシングにはタンパク質機構が必要であり、スプライス部位の位置決めには長距離のイントロン間およびイントロンとエクソン間の相互作用が重要であり、キッシングループやテトラループ受容体相互作用を含むモチーフ間の三次接触も重要である。2005 年に、A. De Lencastre らは、グループ II イントロンのスプライシング中に、スプライシング開始前にすべての反応物が事前に整理されていることを発見した。分岐部位、両方のエクソン、DV および J2/3 の触媒的に必須な領域、および ε−ε' は、スプライシングの最初のステップが発生する前に近接している。DV のバルジおよび AGC トライアド領域に加えて、J2/3 リンカー領域、ε−ε' ヌクレオチド、および DI の調整ループは、活性部位の構造と機能に重要である。[6]
グループIIイントロンの最初の結晶構造は、2008年にOceanobacillus iheyensisのグループIIC触媒イントロンで解明され、 2014年にはPylaiella littoralis (P.li.LSUI2)のグループIIBイントロンがこれに加わった。既知の構造へのホモロジーマッピングと、これまで解明されていなかった領域のde novoモデリングのプログラムを組み合わせて、ai5γグループIIBイントロンなど他のグループIIイントロンの三次構造をモデル化する試みがなされてきた。[7]グループIICはCGCで構成される触媒トライアドを特徴とし、グループIIAとグループIIBはスプライソソームの触媒トライアドに似たAGC触媒トライアドで構成される。グループIICはより小さく、より反応性が高く、より古いと考えられている。グループIICイントロンにおけるスプライシングの最初のステップは水によって行われ、投げ縄ではなく線状構造を形成する。[8]
分布と系統
| ドメインX | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | ドメイン_X | ||||||||
| パム | PF01348 | ||||||||
| ファム一族 | CL0359 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
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| グループ II イントロン、成熟酵素特異的 | |||||||||
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| 識別子 | |||||||||
| シンボル | GIIM | ||||||||
| パム | PF08388 | ||||||||
| ファム一族 | CL0359 | ||||||||
| インタープロ | 著作権 | ||||||||
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グループIIイントロンは、真菌、植物、原生生物の細胞小器官（葉緑体とミトコンドリア）のrRNA、tRNA、mRNA、および細菌のmRNAに見られます。グループIとは異なると特定された最初のイントロンは、1986年にサッカロミセス・セレビシエのoxi 3ミトコンドリア遺伝子のpre-mRNA転写産物から単離されたai5γグループIIBイントロンでした。[9]
グループ IIイントロンのサブセットは、イントロンORF内のイントロンエンコードタンパク質または IEP として知られる必須のスプライシングタンパク質をエンコードします。その結果、これらのイントロンの長さは最大 3 kb になります。スプライシングは、2 つのエステル交換ステップを伴う核 premRNA スプライシングとほぼ同じ方法で行われ、どちらの場合も各ステップでマグネシウムイオンを使用して脱離基を安定化するため、グループ II イントロンと核スプライソソームの間に系統発生上のつながりがあると理論づける人もいます。このつながりのさらなる証拠には、スプライソソーム RNA の U2/U6 ジャンクションとグループ II イントロンのドメイン V (触媒 AGC トライアドと活性部位の中心の大部分を含む) の構造的類似性、および保存された 5' 末端配列と 3' 末端配列のパリティが含まれます。[10]
LtrAを含むこれらのIEPの多くは、逆転写酵素ドメインと「ドメインX」を共有しています。[11] マチュラーゼK （MatK）は、植物の葉緑体に存在するイントロンコード化タンパク質に似たタンパク質です。グループIIイントロンの生体内スプライシングに必要であり、葉緑体イントロンまたは核ゲノムに存在します。そのRTドメインは壊れています。[11]
タンパク質ドメイン
グループ II IEP は、他のレトロエレメントには見られない、細胞小器官では「ドメイン X」、細菌では「GIIM」として知られる関連する保存ドメインを共有しています。[12] [13]ドメイン X は酵母ミトコンドリアのスプライシングに不可欠です。[14]このドメインは、イントロン RNA [13]または DNAを認識して結合する役割を担っている可能性があります。[15]
参照
参考文献
- ^ ab Lambowitz AM、 Zimmerly S (2011年8月)。「グループIIイントロン：DNAに侵入する可動性リボザイム」。Cold Spring Harbor Perspectives in Biology。3 ( 8 ): a003616。doi :10.1101/cshperspect.a003616。PMC 3140690。PMID 20463000。
- ^ Seetharaman M、Eldho NV、Padgett RA、Dayie KT (2006 年 2 月)。「自己スプライシンググループ II イントロン触媒エフェクタードメイン 5 の構造: スプライソソーム U6 RNA との類似点」。RNA . 12 ( 2): 235–47. doi :10.1261/rna.2237806. PMC 1370903 . PMID 16428604。
- ^ Valadkhan S (2010年5月～6月). 「スプライソソーム活性部位におけるsnRNAの役割」. RNA Biology . 7 (3): 345–53. doi : 10.4161/rna.7.3.12089 . PMID 20458185.
- ^ Karberg M、Guo H、Zhong J、Coon R、Perutka J、Lambowitz AM (2001 年 12 月)。 「細菌の遺伝子操作のための制御可能な遺伝子ターゲティングベクターとしてのグループ II イントロン」。ナットバイオテクノロジー。19 (12): 1162–7。土井：10.1038/nbt1201-1162。PMID 11731786。S2CID 18669663 。
- ^ Cerisy T、Rostain W、Chhun A、Boutard M、Salanoubat M、Tolonen AC (2019年12月)。「クロストリジウムの大規模ゲノムエンジニアリングのためのターゲットロン-リコンビナーゼシステム」。mSphere。4 ( 6 ) : e00710-19。doi : 10.1128/mSphere.00710-19。PMC 6908422。PMID 31826971。
- ^ de Lencastre A、 Hamill S、Pyle AM (2005 年 7 月)。「グループ II イントロンの単一の活性部位領域」。Nature Structural & Molecular Biology。12 ( 7) : 626–7。doi :10.1038/nsmb957。PMID 15980867。S2CID 27639877。
- ^ Somarowthu S、 Legiewicz M 、 Keating KS、Pyle AM (2014 年 2 月)。「ai5γ グループ IIB イントロンの視覚化」。核酸研究。42 (3): 1947–58。doi :10.1093/ nar /gkt1051。PMC 3919574。PMID 24203709。
- ^ Keating KS、Toor N、 Perlman PS 、 Pyle AM（2010年1月）。「グループIIイントロン活性部位の構造解析とスプライソソームへの影響」。RNA。16 （ 1）：1–9。doi ：10.1261/rna.1791310。PMC 2802019。PMID 19948765。
- ^ Peebles CL、Perlman PS、Mecklenburg KL、Petrillo ML、Tabor JH、Jarrell KA、Cheng HL (1986年1月)。「自己スプライシングRNAがイントロンラリアットを切除する」。Cell . 44 (2): 213–23. doi :10.1016/0092-8674(86)90755-5. PMID 3510741. S2CID 42307152.
- ^ Gordon PM、Sontheimer EJ 、 Piccirilli JA (2000 年 2 月)。「核プレ mRNA スプライシングのエクソン連結段階における金属イオン触媒作用: スプライソソームとグループ II イントロンの類似点の拡張」。RNA。6 ( 2 ) : 199–205。doi : 10.1017 /S1355838200992069。PMC 1369906。PMID 10688359。
- ^ a b Ahlert D、 Piepenburg K、Kudla J、Bock R (2006 年 7 月)。「逆転写酵素/マチュラーゼをコードする祖先からの植物ミトコンドリアグループ II イントロンの進化的起源」。Journal of Plant Research。119 ( 4): 363–71。Bibcode : 2006JPlR..119..363A。doi : 10.1007 /s10265-006-0284-0。PMID 16763758。S2CID 8277547。
- ^ Mohr G、Perlman PS、Lambowitz AM (1993 年 11 月)。「グループ II イントロンエンコードタンパク質間の進化的関係と、マチュラーゼ機能に関連する可能性のある保存ドメインの特定」。 核酸研究。21 ( 22 ): 4991–7。doi :10.1093 / nar/21.22.4991。PMC 310608。PMID 8255751。
- ^ ab Centrón D、Roy PH (2002 年 5 月)。「3 つのインテグロンと新しい遺伝子融合を持つ多剤耐性 Serratia marcescens 株におけるグループ II イントロンの存在」。 抗菌剤と化学療法。46 (5): 1402–9。doi :10.1128 / AAC.46.5.1402-1409.2002。PMC 127176。PMID 11959575。
- ^ Moran JV、Mecklenburg KL、Sass P、Belcher SM、Mahnke D、Lewin A、Perlman P (1994 年 6 月)。「酵母ミトコンドリア DNA の COXI 遺伝子のスプライシング欠陥変異体: グループ II イントロン aI2 の成熟化酵素ドメインの初期定義」。核酸 研究。22 ( 11 ) : 2057–64。doi :10.1093/ nar /22.11.2057。PMC 308121。PMID 8029012。
- ^ Guo H、Zimmerly S、Perlman PS、Lambowitz AM (1997 年 11 月)。「グループ II イントロンエンドヌクレアーゼは、二本鎖 DNA 内の特定の配列を認識するために RNA とタンパク質サブユニットの両方を使用する」。The EMBO Journal。16 ( 22 ) : 6835–48。doi :10.1093/emboj/16.22.6835。PMC 1170287。PMID 9362497 。
さらに読む
- Bonen L、 Vogel J (2001年6 月)。「グループ II イントロンの詳細」。遺伝学の動向。17 (6): 322–31。doi :10.1016/S0168-9525(01)02324-1。PMID 11377794 。
- Chu VT、Adamidi C、Liu Q、Perlman PS、Pyle AM (2001 年 12 月)。「グループ II イントロンによる分岐部位選択の制御」。EMBOジャーナル。20 ( 23 ) : 6866–76。doi : 10.1093/emboj/20.23.6866。PMC 125754。PMID 11726522。
- Lehmann K, Schmidt U (2003). 「グループ II イントロン: 大型天然リボザイムの構造と触媒の多様性」.生化学と分子生物学の批評的レビュー. 38 (3): 249–303. doi :10.1080/713609236. PMID 12870716. S2CID 20944113.
- Michel F、 Umesono K、 Ozeki H (1989年10月)。「グループII触媒イントロンの比較および機能解剖学-レビュー」。遺伝子。82 (1): 5–30。doi :10.1016/0378-1119(89)90026-7。PMID 2684776 。