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| プリンリボスイッチ | |
|---|---|
 | |
| 識別子 | |
| シンボル | プリン |
| Rfam | RF00167 |
| その他のデータ | |
| RNAタイプ | Cis-reg ;リボスイッチ |
| ドメイン | 細菌 |
| それで | 0000035 00000000 |
| PDB構造 | PDBe |
プリンリボスイッチは、特定のメッセンジャーRNA（mRNA）内のリボヌクレオチド配列であり、天然のアプタマードメインを介してプリンリガンドに選択的に結合する。[1] この結合によりmRNAの構造変化が起こり、下流遺伝子の発現プラットフォームを明らかにしたり、翻訳を終結させるステムループを形成したりして、翻訳に影響を与える可能性がある。[2] [3] [4]このような翻訳制御 の最終的な効果は、多くの場合、誘発するプリンの量を管理するように作用し、プリン代謝やプリン膜取り込みを促進するタンパク質を生成する可能性がある。[5]
バインディングプロパティ
プリンリボスイッチは、ジャンクションヘリックスP1とヘアピンヘリックスP2およびP3によって形成される3方向ジャンクションでの相互作用を介してプリンリガンドに結合します。[3]プリンがこの結合ポケット内にあるときに形成される結合は、3方向ジャンクションを安定化し、mRNA分子のリガンド結合コンフォメーションをサポートします。[6] プリンリボスイッチは5nMという低濃度でも飽和する可能性があります。これは、遺伝子発現がプリン濃度の変化に迅速かつ動的に反応する必要があることを反映しています。[7]
プリン結合アプタマードメインは、さまざまなプリンリボスイッチ間で比較的類似しているにもかかわらず、1 つの結合ポケットで 1 種類のプリンリガンドを高い選択性で識別することができます。[7]この感度にとって重要なのは、リボヌクレオチドの二次構造における 1 つの違いです。アプタマードメインの位置 74 では、シトシンがウラシルに変換されると、アプタマーがグアニン感受性からアデニン感受性に変化し、その逆も起こることがわかっています。[7]このような変換は、位置 74 のヌクレオチドが結合ポケット内のリガンドとワトソン・クリック塩基対を形成する能力と、シトシンとウラシルがそれぞれグアニンまたはアデニンと優先的に水素結合する能力によるものです。[7]
アデニンリボスイッチ
アデニン リボスイッチはアデニンを選択的に認識し、アデニン結合アプタマー ドメインの 74 番目の位置にウラシルリボヌクレオチドを含みます。このリボスイッチの最も頻繁に研究されている例のいくつかを以下に詳しく説明します。
追加
add遺伝子はアデノシンデアミナーゼをコードしており、上流のアデニンリボスイッチは、結合ポケットにアデニンが存在する場合、遺伝子の開始コドンとシャイン・ダルガルノ配列を露出させます。 [6]この動作はアデノシンデアミナーゼの翻訳を促進し、このようにして、addアデノシンリボスイッチは、システム内に存在するアデニンの量を制御する代謝の 負のフィードバック機構に寄与します。
リガンド結合構造変化
付加アデニンリボスイッチは、アデニンの存在下で3つの異なる安定した立体構造を示しています。[6]アデニンに結合していない場合、mRNA配列は2つの異なる翻訳不可能な立体構造間を変換し、そのうちの1つは結合ポケットにアデニンを受け入れ、アデニン結合mRNAの形状に適合することができます。[6]この3段階のメカニズムは、単一のリガンド結合状態と単一のリガンド非結合状態を想定する、リボスイッチ作用の標準的な2段階説明とはまったく異なります。付加アデニンリボスイッチのこのメカニズムのユニークさは、多様な生息地でさまざまな環境条件に対する特に微妙な代謝感受性を必要とするビブリオ・バルニフィカスなどの生物にとって利点となる可能性があります。
右の図は、結合していない状態（左、PDB ファイル 5e54 より）とアデニンが結合した状態（右、PDB ファイル 5swe より）の空間充填図を示しています。ピンク色の部分は結合状態で完全な A 型 RNA ヘリックスを形成し、黄色の部分は位置がシフトしています。
マグネシウムと温度依存性
高温では、未結合のaddアデニン リボスイッチの異なるコンフォメーション間の変換は、アデニンをその結合ポケットに受け入れることができる形態に有利になります。[6]高温では、この未結合リボスイッチの、アデニンに結合し開始配列が露出したコンフォメーションへの変換も有利になります。[6]マグネシウムイオンの濃度は、これらのコンフォメーション変化のうち後者にのみ影響を及ぼし、アデニンがリボスイッチに結合するのに有利になります。[6]これらの効果の組み合わせにより、低温でのadd遺伝子のより制御された翻訳が容易になります。未結合リボスイッチの一部を取り出してアデニンに結合できないようにすると、残りの部分のマグネシウムに対する感受性が高まります。[6]
pbuE
pbuE遺伝子はプリン塩基排出ポンプをコードしています。アデニンがpbuEアデニンリボスイッチに結合すると、遺伝子発現プラットフォームへのアクセスをブロックしていたターミネーターステムの構造が破壊されます。 [3]このように、アデニンが多量に存在すると、細胞からのアデニン排出プロセスが促進されます。
リガンド結合構造変化
addアデニンリボスイッチとは異なり、pbuEアデニンリボスイッチは2つの安定した構造のいずれかで存在するようです。アデニンが結合するとアンチターミネーターが形成され、転写が完了するようになります。[3]アデニンが存在しない場合は、リボスイッチのアプタマードメインがリボスイッチ発現プラットフォームと結合し、転写が終了されます。[3]
グアニンリボスイッチ
グアニン リボスイッチはグアニンを選択的に認識し、グアニン結合アプタマー ドメインの 74 番目の位置にシトシンリボヌクレオチドを含みます。このリボスイッチの最も頻繁に研究されている例の 1 つを以下に詳しく説明します。
xpt
xpt遺伝子は、プリン代謝に関与する特定のキサンチンホスホリボシルトランスフェラーゼタンパク質をコードします。add遺伝子やpbuE遺伝子とは異なり、 xptグアニンリボスイッチに結合するリガンドは、翻訳オフスイッチとして機能します。[8] xptグアニンリボスイッチアプタマーは、リボスイッチがマグネシウムに結合しやすくなっており、mRNAが折り畳まれてxpt遺伝子の翻訳が停止するように、グアニンによって安定化されています。 [9]
実用性
他のリボスイッチと同様に、プリンリボスイッチは原核生物mRNAの5'非翻訳領域（5' UTR）に存在します。[5]この領域の機能は細菌の代謝に重要であるため、プリンリボスイッチは潜在的に有用な薬物標的となります。[10]さらに、プリンリボスイッチは、非天然リガンドに反応するように変異した唯一のリボスイッチであり、リボスイッチを新しい遺伝子発現ツールとして使用する可能性を開いています。[11]
参照
参考文献
- ^ Mandal, M; Boese B; Barrick JE; Winkler WC; Breaker RR (2003). 「リボスイッチは枯草菌およびその他の細菌における基本的な生化学経路を制御する」. Cell . 113 (5): 577– 586. doi : 10.1016/S0092-8674(03)00391-X . PMID 12787499.
- ^ Mandal, M; Breaker RR (2004). 「転写終結因子の破壊によるアデニンリボスイッチと遺伝子活性化」Nat Struct Mol Biol . 11 (1): 29– 35. doi :10.1038/nsmb710. PMID 14718920. S2CID 13287755.
- ^ abcdef Thirumalai, D; Lin J (2008). 「ヘリックスの相対的安定性がアデニンリボスイッチアプタマーのフォールディングランドスケープを決定する」アメリカ化学会誌. 130 (43): 14080– 14081. doi :10.1021/ja8063638. PMID 18828635.
- ^ Batey, RT; Gilbert SD; Montange RK (2004). 「代謝物ヒポキサンチンと複合体を形成した天然グアニン応答性リボスイッチの構造」. Nature . 432 (7015): 411– 415. Bibcode :2004Natur.432..411B. doi :10.1038/nature03037. PMID 15549109. S2CID 2462025.
- ^ ab Sengupta, S; Singh, P ( 2012 ). 「原核生物におけるプリンリボスイッチ分布の系統学的解析と比較ゲノミクス」進化バイオインフォマティクス8 : 589–609 . doi :10.4137/EBO.S10048. PMC 3499989. PMID 23170063 .
- ^ abcdefgh Reining, Anke; Nozinovic, Senada; Schlepckow, Kai; Buhr, Florian; Fürtig, Boris; Schwalbe, Harald (2013). 「リボスイッチにおける3状態メカニズムがリガンドと温度感知を結合」. Nature . 499 (7458): 355– 360. Bibcode :2013Natur.499..355R. doi :10.1038/nature12378. PMID 23842498. S2CID 4414719.
- ^ abcde Serganov A, Yuan YR, Pikovskaya O, Polonskaia A, Malinina L, Phan AT, Hobartner C, Micura R, Breaker RR, Patel DJ (2004). 「アデニンおよびグアニン感知mRNAによる遺伝子発現の識別的調節の構造的基礎」. Chem Biol . 11 (12): 1729– 1741. doi :10.1016/j.chembiol.2004.11.018. PMC 4692365. PMID 15610857 .
- ^ Schwalbe, H; Wacker A; Buck J; Richter C; Wohnert J ( 2011). 「NMR分光法によるデオキシグアノシン感知リボスイッチの構造とダイナミクスの解析」。核酸研究。39 (15): 6802– 6812. doi :10.1093/nar/gkr238. PMC 3159443. PMID 21576236 .
- ^ Silverman, S; Brenner MD; Scanlan MS; ahas MK; Ha T (2010). 「xpt グアニンリボスイッチアプタマードメインのマルチベクトル蛍光分析とグアニンの構造的役割」。 生化学。49 ( 8 ): 1596– 1605。doi :10.1021/bi9019912。PMC 2854158。PMID 20108980。
- ^ シルバーマン、リチャード（2004）。 『医薬品の設計と作用の有機化学』エルゼビア・アカデミック・プレス。ISBN 978-0-12-643732-4。
- ^ Dixon N, Duncan, JN, et al. (2010年1月). 「直交選択的リボスイッチの再設計」(PDF) . PNAS . 107 (7): 2830– 2835. Bibcode :2010PNAS..107.2830D. doi : 10.1073/pnas.0911209107 . PMC 2840279. PMID 20133756 .
外部リンク
- Rfamのプリンリボスイッチのページ
- アデノシンリボスイッチの三次構造のPDBエントリ
- グアニンリボスイッチ三次構造のPDBエントリ