Группа II интрон
Класс самокатализирующихся рибозимов
РНК-семейство
Группа II каталитический интрон, D5
полная вторичная структура интрона группы II
Идентификаторы
СимволИнтрон_gpII
РфамРФ00029
Другие данные
Структуры PDBPDBe 6cih
Дополнительная информацияЗапись содержит домен сплайсинга V (D5) и некоторый консенсусный 3'-участок к нему.
РНК-семейство
Группа II каталитический интрон, D1-D4
Идентификаторы
Символгруппа-II-D1D4
РфамCL00102
Другие данные
Структуры PDBПДБе 4фб0
Дополнительная информацияЗапись содержит D1-D4, части 5' - D5.

Интроны группы II представляют собой большой класс самокаталитических рибозимов и мобильных генетических элементов, обнаруженных в генах всех трех доменов жизни . Активность рибозимов (например, самосплайсинг ) может происходить в условиях высокой соли in vitro . Однако для сплайсинга in vivo требуется помощь белков . [1] В отличие от интронов группы I , вырезание интронов происходит в отсутствие ГТФ и включает образование лариата с точкой разветвления остатка А, сильно напоминающей ту, что обнаруживается в лариатах, образованных во время сплайсинга ядерной пре-мРНК. Предполагается, что сплайсинг пре-мРНК (см. сплайсосому ) мог развиться из интронов группы II из-за схожего каталитического механизма, а также структурного сходства подструктуры домена V группы II с расширенной мяРНК U6/U2 . [2] [3] Наконец, их способность к сайт-специфическому встраиванию в сайты ДНК была использована в качестве инструмента для биотехнологии . [4] Например, интроны группы II могут быть модифицированы для создания сайт-специфических вставок генома и доставки ДНК-груза, такого как репортерные гены или сайты lox [5]

Структура и катализ

Подструктура домена V, общая для интронов группы II и сплайсосомной РНК U6 .

Вторичная структура интронов группы II характеризуется шестью типичными структурами стебель-петля, также называемыми доменами I–VI (DI–DVI или D1–D6). Домены расходятся от центрального ядра, которое сближает 5'- и 3'-стыки сплайсинга. Проксимальные спиральные структуры шести доменов соединены несколькими нуклеотидами в центральной области (линкерные или соединительные последовательности). Из-за своего огромного размера домен I был далее разделен на субдомены a, b, c и d. Были выявлены различия в последовательностях интронов группы II, которые привели к дальнейшему разделению на подгруппы IIA, IIB и IIC, наряду с различным расстоянием выпуклого аденозина в домене VI (перспективная точка ветвления, образующая лариат) от 3'-сайта сплайсинга, а также включением или пропуском структурных элементов, таких как координационная петля в домене I, которая присутствует в интронах IIB и IIC, но не в IIA. [1] Интроны группы II также образуют очень сложную третичную структуру РНК .

Интроны группы II обладают лишь очень немногими консервативными нуклеотидами, а нуклеотиды, важные для каталитической функции, распределены по всей структуре интрона. Несколько строго консервативных первичных последовательностей — это консенсус в 5'- и 3'-сайте сплайсинга (...↓GUGYG&... и ...AY↓..., где Y представляет собой пиримидин ) , некоторые нуклеотиды центрального ядра (соединительные последовательности), относительно большое количество нуклеотидов DV и некоторые короткие последовательности DI. Неспаренный аденозин в DVI (отмечен звездочкой на рисунке и расположен на расстоянии 7 или 8 нуклеотидов от 3'-сайта сплайсинга) также консервативен и играет центральную роль в процессе сплайсинга. 2' гидроксил выпуклого аденозина атакует 5' сайт сплайсинга, за которым следует нуклеофильная атака на 3' сайт сплайсинга 3' ОН вышестоящего экзона . Это приводит к разветвленному интронному лариату, связанному 2' фосфодиэфирной связью с аденозином DVI.

Для сплайсинга in vivo требуется белковый аппарат , а дальние интрон-интронные и интрон-экзонные взаимодействия важны для позиционирования сайта сплайсинга, а также ряд третичных контактов между мотивами, включая взаимодействия kissing-loop и tetraloop-рецептор. В 2005 году А. Де Ленкастр и др. обнаружили, что во время сплайсинга интронов группы II все реагенты предварительно организованы до начала сплайсинга. Сайт разветвления, оба экзона, каталитически важные области DV и J2/3, и ε−ε' находятся в непосредственной близости до того, как произойдет первый шаг сплайсинга. В дополнение к областям выпуклости и триады AGC DV, область линкера J2/3, нуклеотиды ε−ε' и координационная петля в DI имеют решающее значение для архитектуры и функции активного сайта. [6]

Первая кристаллическая структура интрона группы II была разрешена в 2008 году для каталитического интрона группы IIC Oceanobacillus iheyensis , а в 2014 году к ней присоединился интрон группы IIB Pylaiella littoralis (P.li.LSUI2). Были предприняты попытки смоделировать третичную структуру других интронов группы II, таких как интрон группы IIB ai5γ, с использованием комбинации программ для картирования гомологии на известных структурах и моделирования de novo ранее неразрешенных областей. [7] Группа IIC характеризуется каталитической триадой, образованной CGC, в то время как группы IIA и IIB образованы каталитической триадой AGC, которая больше похожа на каталитическую триаду сплайсосомы. Считается, что группа IIC также меньше, более реактивна и более древняя. Первый этап сплайсинга в интроне группы IIC осуществляется водой, и он образует линейную структуру вместо лариата. [8]

Пермутированные формы интронов группы II сохраняются в некоторых бактериях, [9], но их биологическая функция неизвестна. В этих пермутированных формах рибозима элементы консервативной структуры интронов группы II присутствуют, но встречаются в другом порядке.

Распространение и филогения

Семейство белков
Домен X
Идентификаторы
СимволДомен_X
ПфамПФ01348
Клан ПФАМCL0359
ИнтерПроIPR024937
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры
Семейство белков
Группа II интронов, специфичных к матуразе
Идентификаторы
СимволГИИМ
ПфамПФ08388
Клан ПФАМCL0359
ИнтерПроIPR013597
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Интроны группы II обнаружены в рРНК , тРНК и мРНК органелл (хлоропластов и митохондрий) грибов , растений и простейших , а также в мРНК бактерий . Первым интроном, который был идентифицирован как отличный от группы I, был интрон группы IIB ai5γ, который был выделен в 1986 году из пре-мРНК транскрипта митохондриального гена oxi 3 Saccharomyces cerevisiae . [10]

Подмножество интронов группы II кодирует основные белки сплайсинга, известные как интрон-кодируемые белки или IEP, в интронных ORF . Длина этих интронов может, в результате, достигать 3 кб. Сплайсинг происходит почти идентично ядерному сплайсингу пре-мРНК с двумя этапами трансэстерификации, причем оба также используют ионы магния для стабилизации уходящей группы на каждом этапе, что привело некоторых к теоретизированию филогенетической связи между интронами группы II и ядерной сплайсосомой. Дополнительные доказательства этой связи включают структурное сходство между соединением U2/U6 сплайсосомной РНК и доменом V интронов группы II, который содержит каталитическую триаду AGC и большую часть сердца активного сайта, а также паритет между консервативными 5' и 3' концевыми последовательностями. [11]

Многие из этих ИЭП, включая LtrA , разделяют домен обратной транскриптазы и «домен X». [12] Матураза K (MatK) — это белок, несколько похожий на те интрон-кодируемые белки, которые находятся в растительных хлоропластах. Он необходим для сплайсинга in vivo интронов группы II и может быть обнаружен в хлоропластических интронах или в ядерном геноме. Его домен RT сломан. [12]

Белковый домен

Группа II IEPs имеет общий консервативный домен, известный как «Домен X» в органеллах или «GIIM» в бактериях, который не встречается в других ретроэлементах. [13] [14] Домен X необходим для сплайсинга в митохондриях дрожжей. [15] Этот домен может отвечать за распознавание и связывание с интронной РНК [14] или ДНК. [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Lambowitz AM, Zimmerly S (август 2011 г.). «Интроны группы II: мобильные рибозимы, которые проникают в ДНК». Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 3 (8): a003616. doi :10.1101/cshperspect.a003616. PMC 3140690.  PMID 20463000  .
  2. ^ Seetharaman M, Eldho NV, Padgett RA, Dayie KT (февраль 2006 г.). «Структура каталитического эффекторного домена 5 интрона группы II самосплайсинга: параллели со сплайсосомной РНК U6». РНК . 12 (2): 235–47 . doi :10.1261/rna.2237806. PMC 1370903 . PMID  16428604. 
  3. ^ Валадхан С. (май–июнь 2010 г.). «Роль мяРНК в активном сайте сплайсосомы». Биология РНК . 7 (3): 345–53 . doi : 10.4161/rna.7.3.12089 . PMID  20458185.
  4. ^ Карберг М., Го Х., Чжун Дж., Кун Р., Перутка Дж., Ламбовиц AM (декабрь 2001 г.). «Интроны группы II как управляемые векторы, нацеленные на гены, для генетических манипуляций с бактериями». Нат Биотехнологий . 19 (12): 1162–7 . doi :10.1038/nbt1201-1162. PMID  11731786. S2CID  18669663.
  5. ^ Cerisy T, Rostain W, Chhun A, Boutard M, Salanoubat M, Tolonen AC (декабрь 2019 г.). «Система Targetron-Recombinase для крупномасштабной геномной инженерии Clostridia». mSphere . 4 (6): e00710-19. doi :10.1128/mSphere.00710-19. PMC 6908422 . PMID  31826971. 
  6. ^ de Lencastre A, Hamill S, Pyle AM ​​(июль 2005 г.). «Единственный активный участок интрона группы II». Nature Structural & Molecular Biology . 12 (7): 626– 7. doi :10.1038/nsmb957. PMID  15980867. S2CID  27639877.
  7. ^ Somarowthu S, Legiewicz M, Keating KS, Pyle AM ​​(февраль 2014 г.). «Визуализация интрона группы IIB ai5γ». Nucleic Acids Research . 42 (3): 1947–58 . doi :10.1093/nar/gkt1051. PMC 3919574. PMID  24203709 . 
  8. ^ Keating KS, Toor N, Perlman PS, Pyle AM ​​(январь 2010 г.). «Структурный анализ активного сайта интрона группы II и его значение для сплайсосомы». РНК . 16 (1): 1– 9. doi :10.1261/rna.1791310. PMC 2802019. PMID 19948765  . 
  9. ^ Roth A, Weinberg Z, Vanderschuren K, Murdock MH, Breaker RR (декабрь 2021 г.). «Естественные циклически переставленные интроны группы II у бактерий производят кольца РНК». iScience . 24 (12): 103431. doi :10.1016/j.isci.2021.103431. PMC 8637638 . PMID  34901790. 
  10. ^ Peebles CL, Perlman PS, Mecklenburg KL, Petrillo ML, Tabor JH, Jarrell KA, Cheng HL (январь 1986). «Самосплайсинговая РНК вырезает интронный лариат». Cell . 44 (2): 213– 23. doi :10.1016/0092-8674(86)90755-5. PMID  3510741. S2CID  42307152.
  11. ^ Gordon PM, Sontheimer EJ, Piccirilli JA (февраль 2000 г.). «Катализ ионов металлов во время этапа лигирования экзонов ядерного пре-мРНК-сплайсинга: расширение параллелей между сплайсосомой и интронами группы II». RNA . 6 (2): 199– 205. doi :10.1017/S1355838200992069. PMC 1369906 . PMID  10688359. 
  12. ^ ab Ahlert D, Piepenburg K, Kudla J, Bock R (июль 2006 г.). «Эволюционное происхождение интрона митохондриальной группы II растений от предка, кодирующего обратную транскриптазу/матуразу». Journal of Plant Research . 119 (4): 363– 71. Bibcode :2006JPlR..119..363A. doi :10.1007/s10265-006-0284-0. PMID  16763758. S2CID  8277547.
  13. ^ Mohr G, Perlman PS, Lambowitz AM (ноябрь 1993 г.). «Эволюционные связи между белками, кодируемыми интронами группы II, и идентификация консервативного домена, который может быть связан с функцией матуразы». Nucleic Acids Research . 21 (22): 4991– 7. doi :10.1093/nar/21.22.4991. PMC 310608 . PMID  8255751. 
  14. ^ ab Centrón D, Roy PH (май 2002 г.). «Присутствие интрона группы II в мультирезистентном штамме Serratia marcescens, который содержит три интегрона и новое слияние генов». Antimicrobial Agents and Chemotherapy . 46 (5): 1402– 9. doi :10.1128/AAC.46.5.1402-1409.2002. PMC 127176 . PMID  11959575. 
  15. ^ Moran JV, Mecklenburg KL, Sass P, Belcher SM, Mahnke D, Lewin A, Perlman P (июнь 1994). "Сплайсинг дефектных мутантов гена COXI митохондриальной ДНК дрожжей: первоначальное определение домена матуразы интрона группы II aI2". Nucleic Acids Research . 22 (11): 2057– 64. doi :10.1093/nar/22.11.2057. PMC 308121 . PMID  8029012. 
  16. ^ Guo H, Zimmerly S, Perlman PS, Lambowitz AM (ноябрь 1997 г.). «Интронные эндонуклеазы группы II используют как РНК, так и белковые субъединицы для распознавания специфических последовательностей в двухцепочечной ДНК». The EMBO Journal . 16 (22): 6835– 48. doi :10.1093/emboj/16.22.6835. PMC 1170287 . PMID  9362497. 

Дальнейшее чтение

  • Bonen L, Vogel J (июнь 2001 г.). «Внутри и снаружи интронов группы II». Trends in Genetics . 17 (6): 322– 31. doi :10.1016/S0168-9525(01)02324-1. PMID  11377794.
  • Chu VT, Adamidi C, Liu Q, Perlman PS, Pyle AM ​​(декабрь 2001 г.). «Контроль выбора места ветвления интроном группы II». The EMBO Journal . 20 (23): 6866– 76. doi :10.1093/emboj/20.23.6866. PMC  125754. PMID  11726522 .
  • Lehmann K, Schmidt U (2003). «Интроны группы II: структура и каталитическая универсальность больших природных рибозимов». Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology . 38 (3): 249– 303. doi :10.1080/713609236. PMID  12870716. S2CID  20944113.
  • Мишель Ф., Умесоно К., Озеки Х. (октябрь 1989 г.). «Сравнительная и функциональная анатомия каталитических интронов группы II — обзор». Gene . 82 (1): 5– 30. doi :10.1016/0378-1119(89)90026-7. PMID  2684776.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Group_II_intron&oldid=1268312758"