Interested Article - РНК-зависимая РНК-полимераза

seraphina
  • 2020-08-29
  • 1

RNA dependent RNA polymerase
Идентификаторы
Символ RdRP_1
Pfam
Pfam clan
Доступные структуры белков
Pfam
PDB ; ;
RNA-directed RNA polymerase, flaviviral
Идентификаторы
Символ RNA_pol_flaviviral
Pfam
Доступные структуры белков
Pfam
PDB ; ;

РНК-зависимая РНК-полимераза ( RdRP от англ. RNA-dependent RNA-polymerase ) , или РНК репликаза — фермент , катализирующий репликацию РНК (синтез РНК по матрице РНК). Использование РНК в качестве матрицы принципиально отличает РНК репликазу от более распространенной среди современных живых организмов ДНК-зависимой РНК-полимеразы , которая катализирует транскрипцию (синтез РНК с использованием в качестве матрицы ДНК ).

РНК-зависимые РНК-полимеразы (RdRp) — важнейшие ферменты, закодированные в геноме всех РНК-содержащих вирусов, жизненный цикл которых протекает без стадии ДНК. РНК-зависимая РНК-полимераза катализирует синтез РНК, комплементарной данной РНК-матрице. Процесс репликации РНК включает в себя две стадии. На первой стадии (инициация) начинается синтез РНК на или вблизи 3'-конца РНК-матрицы по праймер -независимому ( de novo ), или праймер-зависимому механизму (в данном случае в качестве праймера используется вирусный геном-связанный белок (VPg; от англ. viral protein genome-linked ). При инициации de novo происходит добавление нуклеозидтрифосфата (НТП) к 3'-OH концу первого, инициирующего нуклеозидтрифосфата. В течение последующей стадии (элонгация) происходит наращивание дочерней РНК в ходе последовательного переноса нуклеозидтрифосфатов, которое завершается созданием комплементарного исходной матрице РНК-продукта.

История

Вирусные РНК-зависимые РНК-полимеразы были открыты в начале 1960-х годов в исследованиях группы Mengovirus и вируса полиомиелита . В ранних работах было отмечено, что данные вирусы не чувствительны к актиномицину D , препарату, ингибирующему клеточный ДНК-зависимый синтез РНК (транскрипция). В результате было высказано предположение, что у данных вирусов имеется специфический фермент, катализирующий синтез РНК и использующий непосредственно РНК в качестве матрицы (без формирования ДНК-матрицы).

Наиболее изученный фермент данного класса — это РНК-зависимая РНК-полимераза вируса полиомиелита. Геном вируса образован РНК, которая проникает в клетку путем эндоцитоза , опосредованного узнаванием специальных рецепторов на поверхности клетки. В цитоплазме клетки вирусная РНК может выступать в качестве матрицы для синтеза дочерней РНК. Образовавшиеся дочерние комплементарные цепи также могут служить матрицами для воспроизведения новых вирусных геномов. По окончании воспроизведения геномов происходит их упаковка и высвобождение из клетки. Высвободившиеся дочерние вирионы способны инфицировать новые клетки. Преимуществом данной схемы жизненного цикла является отсутствие стадии вирусной ДНК, благодаря чему репликация вируса осуществляется быстрее. Одновременно с этим отсутствие стадии ДНК может считаться и недостатком, поскольку делает невозможным воспроизведение новых вирионов при разрушении вирусной РНК.

Многие РНК-зависимые РНК-полимеразы тесно ассоциированы с мембранами, что значительно осложняет их выделение и изучение. Самые известные РНК-зависимые РНК-полимеразы — это: 3Dpol вируса полиомиелита , РНК-зависимая РНК-полимераза вируса везикулярного стоматита и NS5B вируса гепатита C .

Многие эукариоты тоже имеют РНК-зависимые РНК-полимеразы, участвующие в РНК-интерференции . У эукариот данные РНК-полимеразы амплифицируют микроРНК , малые временные РНК, образующие двухцепочечные РНК при участии малых интерферирующих РНК в качестве праймеров. Интересно, что данные РНК-зависимые РНК-полимеразы могут использоваться вирусами с целью репликации собственного генетического материала.

РНК-зависимые РНК-полимеразы высоко консервативны среди вирусов и обладают значительной гомологией с теломеразой эукариот, хотя причина такой высокой консервативности у столь разнообразных организмов остается дискуссионной. Схожесть аминокислотных последовательностей этих ферментов привела к предположениям о происхождении теломеразы от РНК-зависимой РНК-полимеразы вирусов, однако данное предположение остается спекулятивным и не имеет точных подтверждений.

Структура

Все РНК-зависимые РНК-полимеразы и многие ДНК-зависимые РНК-полимеразы имеют трехмерную организацию, которая по форме напоминает правую руку, при этом в ней можно выделить следующие домены: ладонь, четыре пальца и большой палец. Только домен ладони, состоящий из четырех-тяжевого антипараллельного бета-листа и двух альфа-спиралей, консервативен у всех ферментов. В РНК-зависимых РНК-полимеразах, домен ладони включает три консервативных мотива (А, B и C). Мотив А (D-х(4,5)-D) и мотив С (GDD) пространственно сближены, а остатки аспарагиновой кислоты этих мотивов связывают Mg 2+ и/или Mn 2+ . Остаток аспарагина в мотиве B участвует в различении рибонуклеоиздтрифосфатов от дезоксирибонуклеозидтрифосфатов, что обеспечивает синтез РНК, а не ДНК. Доменная организация и 3D-структуры каталитического центра широкого спектра РНК-зависимых РНК-полимераз, даже с низкой общей гомологией остаются консервативны. Каталитический центр формируется из нескольких мотивов, содержащих ряд консервативных аминокислотных остатков.

Классификация

РНК-зависимые РНК-полимеразы можно обнаружить у следующих 4 групп РНК-содержащих вирусов (все РНК-содержащие вирусы без стадии ДНК):

  • Вирусы, содержащие одноцепочечную (+) РНК ((+) ssRNA) или двунитевую РНК (dsRNA), за исключением ретровирусов и Birnaviridae. Сюда относятся семейства: Cystoviridae , Reoviridae , Hypoviridae , Partitiviridae , Totiviridae.
  • Mononegavirales (вирусы с несегментированным геномом из одноцепочечной (-) РНК, (-) ssRNA)
  • Вирусы с сегментированным геномом из одноцепочечной (-) РНК. К данной группе относятся ортомиксовирусы (в том числе вирусы гриппа А, В и С, Thogotoviruses и вирус анемии лосося), Arenaviruses , Bunyaviruses , Hantaviruses , Nairoviruses , Phleboviruses , Tenuiviruses и Tospoviruses.
  • Семейство Birnaviridae геном которых представлен двуцепочечной РНК (dsRNA).

РНК-зависимые РНК-полимеразы в первом из вышеуказанных суперсемейств можно разделить на следующие три подгруппы:

  • Одноцепочечные (+) РНК вирусы эукариот, без стадии ДНК
  • РНК-содержащие бактериофаги. Можно выделить два семейства РНК-содержащих бактериофагов: Leviviridae ((+) ssRNA фаги) и Cystoviridae (dsRNA фаги)
  • Семейство Reoviridae вирусов dsRNA.

У флавивирусов в одноцепочечном РНК геноме закодирован полипротеин, который затем расщепляется на ряд продуктов, одним из которых является NS5. Рекомбинантный белок NS5 из вирус денге типа 1, экспрессировавшийся в кишечной палочке обладает РНК-зависимой РНК-полимеразной активностью. Данная РНК-зависимая РНК-полимераза обладает несколькими регионами и мотивами, гомологичными другим РНК-зависимым РНК-полимеразам.

См. также

Примечания

  1. Akutsu, M; Ye, Y; Virdee, S; Chin, JW; Komander, D. Molecular basis for ubiquitin and ISG15 cross-reactivity in viral ovarian tumor domains (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 2011. — February ( vol. 108 , no. 6 ). — P. 2228—2233 . — doi : . — . — PMC .
  2. Koonin E.V., Gorbalenya A.E., Chumakov K.M. Tentative identification of RNA-dependent RNA polymerases of dsRNA viruses and their relationship to positive strand RNA viral polymerases (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1989. — July ( vol. 252 , no. 1—2 ). — P. 42—6 . — doi : . — .
  3. Zanotto P.M., Gibbs M.J., Gould E.A., Holmes E.C. A reevaluation of the higher taxonomy of viruses based on RNA polymerases (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1996. — September ( vol. 70 , no. 9 ). — P. 6083—6096 . — . — PMC .
  4. Z; Jin; Leveque, V; Ma, H; Johnson, K. A.; Klumpp, K. Assembly, purification, and pre-steady-state kinetic analysis of active RNA-dependent RNA polymerase elongation complex (англ.) // Journal of Biological Chemistry : journal. — 2012. — Vol. 287 , no. 13 . — P. 10674—10683 . — doi : . — . — PMC .
  5. Kao C.C., Singh P., Ecker D.J. De novo initiation of viral RNA-dependent RNA synthesis (англ.) // Virology : journal. — 2001. — September ( vol. 287 , no. 2 ). — P. 251—260 . — doi : . — .
  6. Iyer L.M., Koonin E.V., Aravind L. Evolutionary connection between the catalytic subunits of DNA-dependent RNA polymerases and eukaryotic RNA-dependent RNA polymerases and the origin of RNA polymerases (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2003. — January ( vol. 3 ). — P. 1 . — doi : . — . — PMC .
  7. Suttle C.A. Viruses in the sea (англ.) // Nature. — 2005. — September ( vol. 437 , no. 7057 ). — P. 356—361 . — doi : . — .
  8. Structure of the RNA-dependent RNA polymerase of poliovirus (англ.) // Structure : journal. — 1997. — August ( vol. 5 , no. 8 ). — P. 1109—1122 . — doi : . — .
  9. Poliovirus RNA-dependent RNA polymerase (3Dpol): structural, biochemical, and biological analysis of conserved structural motifs A and B (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2000. — August ( vol. 275 , no. 33 ). — P. 25523—25532 . — doi : . — .
  10. Analysis of RNA-dependent RNA polymerase structure and function as guided by known polymerase structures and computer predictions of secondary structure (англ.) // Virology : journal. — 1998. — December ( vol. 252 , no. 2 ). — P. 287—303 . — doi : . — .
  11. Recombinant dengue type 1 virus NS5 protein expressed in Escherichia coli exhibits RNA-dependent RNA polymerase activity (англ.) // Virology : journal. — 1996. — February ( vol. 216 , no. 2 ). — P. 317—325 . — doi : . — .

Ссылки

Эта статья использует текст из общественное достояние Pfam и

Источник —

seraphina
  • 2020-08-29
  • 1
  • Tags:

Same as РНК-зависимая РНК-полимераза

The title for the last searches