RNA-avhengig RNA-polymerase

RNA-avhengig RNA-polymerase
RNA-avhengig RNA-polymerase
Båndrepresentasjon av RNA-avhengig RNA-polymerase, ifølge PDB  3PHU
Identifikator
Eksterne ID-er
Enzymklassifisering
EC, kategori 2.7.7.48 transferase
Underlag Nukleosidtrifosfat + RNA n
Produkter Difosfat + RNA n + 1

RNA-avhengige RNA-polymeraser (engelsk R NA d ependent R NA p Polymerase ; RdRP eller RDR ) er enzymer kjent som polymeraser, syntese av ribonukleinsyrer (RNA) av ribonukleotider katalyserer grunnlaget for en RNA- mal (RNA-avhengig). De blir også referert til som RNA-replikaser hvis de kan bygge opp et RNA som er komplementært til det ved hjelp av en RNA-streng og bruke dette igjen som en mal for replikasjon .

Når det gjelder forskjellige RNA-virus , kreves en RdRP for å øke deres genetiske informasjon, for eksempel i tilfelle poliovirus . I eukaryote celler (fra dyr, planter og sopp) brukes imidlertid RdRPs i løpet av RNA-interferens for å bygge dobbeltstrenget RNA, som deretter brytes ned; dermed kan de også være nyttige for å avverge infeksjon med RNA-virus.

RNA-avhengige RNA-polymeraser er en gruppe RNA-polymeraser , en annen er DNA-avhengige RNA-polymeraser , da de er nødvendige for transkripsjon av DNA- seksjoner. Det er også uavhengige RNA-polymeraser, for eksempel i polyadenylering .

eiendommer

RNA-avhengig RNA-polymerase (RdRP) er et essensielt protein i RNA- virus som er kodet i genomer av virus som inneholder RNA og ikke DNA. Det katalyserer syntesen av en RNA-streng som er komplementær til en annen RNA-mal. Replikering av RNA er en totrinnsprosess. Initieringen av RNA-syntese begynner ved eller i nærheten av 3'-enden av en primeruavhengig ( de novo ) eller primeravhengig mekanisme som bruker protein VPg ( virusprotein- genombundet ) som en primer. De novo- initieringen består i å feste et nukleosidtrifosfat til 3'-OH-enden av den første initierende NTP . Under forlengelse gjentas nukleotidyloverføringen av NTP for å generere en komplementær streng av RNA. I motsetning til virale DNA-polymeraser har RdRP ikke en korreksjonsfunksjon og replikerer derfor RNA med en signifikant høyere mutasjonsrate . Dette manifesterer seg både i en høyere andel defekte kopier og i dannelsen av kvasi-arter , noe som gjør en immunrespons vanskeligere ( immununddragelse ).

RdRp av mange eukaryoter er involvert i RNA-interferens ; disse forsterker microRNA og lite tidsmessig RNA og bruker siRNA som en primer for å produsere dobbeltstrenget RNA.

historie

Viral RdRPs ble oppdaget i studiene av mengovirus og poliovirus på begynnelsen av 1960-tallet da det ble observert at de RDRP-holdige virusene ikke reagerer på actinomycin D , en cytostatika som hemmer cellulær DNA-avhengig RNA-syntese. Basert på denne mangelen på reaksjon ble det antatt at et virus-spesifikt enzym må være tilstede som syntetiserer RNA ved hjelp av en RNA-mal og ikke bruker en DNA-mal.

Den mest kjente RdRP er poliovirus. Viralgenomet består av RNA som kommer inn i cellen ved hjelp av reseptormediert endocytose . Derfra er RNA umiddelbart i stand til å tjene som en mal for den komplementære RNA-syntesen. Selve den komplementære strengen er da i stand til å fungere som en mal for produksjonen av nye virale genomer, som blir ytterligere pakket og frigitt fra cellen for å infisere flere vertsceller. Fordelen med denne replikasjonsmetoden er at intet DNA dannes som et mellomtrinn, og dermed blir reaksjonen raskere og mer effektiv. Ulempen er at det ikke finnes noe som heter en "sikkerhets-DNA-kopi" som kan gjøre informasjonen tilgjengelig igjen i tilfelle tap av informasjon.

Mange RdRp ligger nær membraner og er derfor vanskelige å undersøke. De mest kjente RdRp er 3Dpol (poliovirus), VSIV L ( Vesicular stomatitis virus ) og NS5B ( hepatitis C virus ).

struktur

Alle RNA-avhengige RNA-polymeraser og mange DNA-avhengige polymeraser har en tertiær struktur som ligner formen på en høyre hånd. Domenene til enzymene er derfor delt inn i "fingre", "håndflate" og "tommel". Bare "håndflaten" består av et firestrenget, anti-parallelt β-ark med to α-spiraler . I tillegg inkluderer "håndflaten" tre godt bevarte motiver (A, B og C). Motiv A (Dx (4,5) -D) og motiv C (GDD) er romlig ved siden av hverandre; Mg 2+ og / eller Mn 2+ kan binde seg som kofaktorer til asparaginrester av disse motivene . Asparaginrester av motiv B deltar i utvelgelsen av visse ribonukleosidtrifosfater ved hjelp av dNTP og bestemmer dermed om RNA syntetiseres i stedet for DNA.

Posisjonene til domenene og den tertiære strukturen til det aktive stedet for mange RdRPer, selv de med lav total sekvenshomologi , er bevart. Det aktive senteret er formet av flere motiver som inneholder et stort antall konserverte aminosyrer. Etter å ha bundet RNA, nærmer "fingrene" og "tommelen" til RdRP seg for å danne en ring, og det aktive senteret er på innsiden av ringen. Alle RdRPs i (+) - strandede RNA-virus er assosiert med ER eller cellemembran . RdRP er strukturelt relatert til RNA-avhengige DNA-polymeraser ( revers transkriptaser ). Favipiravir er en hemmer av mange RdRp .

Bevarte regioner i RdRP

Bevart region Posisjon i forhold til poliovirus-RNA Aminosyresekvens funksjon
Finger (G) 113 STSAGYPY Binding av RNA-malen
Finger (F) 153 PLVT YV K D E LRSKT K VEQGKS R LIEA Binding av RNA-mal og NTP
Finger (jeg) 107 LEALDL Binding av RNA-malen
Finger (II) 184 SVAMRMAFGNLIAAFHK Binding av RNA-malen
Palm (A) 229 LFAF D YTGY D AS Binding av 2'- hydroksygruppen i NTP og den første kofaktoren
Palm (B) 293 TSIF N SMINNLIIRTLLLKT Binding av RNA-malen og nukleobasen til NTP
Palm (C) 323 MIAY G DD VIAS Binding av en annen kofaktor og grunning for noen RdRp
Palm (D) 338 VDASLLAQSGKDY G LTMTPAD K SAT Binding av trifosfatgruppen i NTP
Palm (E) 363 FETVTWENVT F L K RF F RA Binding av 3'-enden av den resulterende RNA-strengen
Tommel (III) 405 KDPRNTQDHVRSLCLL Binding av den resulterende RNA dobbeltstrengen

Klassifisering

Struktur og utvikling av RdRp i RNA-virus og deres proteinfamilier

RNA-avhengige RNA-polymeraser i virus er delt inn i fire familier:

  • RdRP i virus med (+) - strandet eller dobbeltstrenget RNA: i tillegg til retrovirus, tre andre RdRP-underfamilier:

Individuelle bevis

  1. EV Koonin, AE Gorbalenya, KM Chumakov: Tentative identifisering av RNA-avhengige RNA-polymeraser av dsRNA-virus og deres forhold til positiv tråd RNA-virale polymeraser. I: FEBS bokstaver. Volum 252, nummer 1-2, juli 1989, s. 42-46, PMID 2759231 .
  2. PM Zanotto, MJ Gibbs, EA Gould, EC Holmes: A revurdering av høyere taksonomi av virus basert på RNA polymeraser. I: Journal of virology. Volum 70, nummer 9, september 1996, s. 6083-6096, PMID 8709232 , PMC 190630 (fri fulltekst).
  3. Z. Jin, V. Leveque, H. Ma, KA Johnson, K. Klumpp: Montering, rensing og pre-steady-state kinetisk analyse av aktivt RNA-avhengig RNA-polymerase-forlengelseskompleks. I: The Journal of biologisk kjemi. Volum 287, nummer 13, mars 2012, s. 10674-10683, doi : 10.1074 / jbc.M111.325530 , PMID 22303022 , PMC 3323022 (fri fulltekst).
  4. Ka CC Kao, P. Singh, DJ Ecker: De novo initiering av viral RNA-avhengig RNA-syntese. I: Virologi. Volum 287, nummer 2, september 2001, s. 251-260, doi : 10.1006 / viro.2001.1039 , PMID 11531403 (anmeldelse).
  5. a b c d Katsuhiko S. Murakami: Nucleic Acid Polymerases. Springer Science & Business Media, 2013, ISBN 978-3-642-39796-7 , s. 323.
  6. B AV Borderia, K. Rozen-Gagnon, M. Vignuzzi: Fidelity Variants og RNA quasi species. I: Aktuelle emner innen mikrobiologi og immunologi. Volum 392, 2016, s. 303-322, doi : 10.1007 / 82_2015_483 , PMID 26499340 .
  7. ^ LM Iyer, EV Koonin, L. Aravind: Evolusjonær forbindelse mellom de katalytiske underenhetene til DNA-avhengige RNA-polymeraser og eukaryote RNA-avhengige RNA-polymeraser og opprinnelsen til RNA-polymeraser. I: BMC strukturell biologi. Volum 3, januar 2003, s. 1, PMID 12553882 , PMC 151600 (fri fulltekst).
  8. JL Hansen, AM Long, SC Schultz: Struktur av RNA-avhengig RNA-polymerase av poliovirus. I: Struktur. Volum 5, nummer 8, august 1997, s. 1109-1122, PMID 9309225 .
  9. DW Gohara, p Crotty, JJ Arnold, JD Yoder, R. Andino, CE Cameron: poliovirus RNA-avhengig RNA-polymerase (3Dpol): strukturell, biokjemiske og biologiske analysen av konserverte strukturelle motiver A og B. In: The Journal of biologisk kjemi. Volum 275, nummer 33, august 2000, s. 25523-25532, doi : 10.1074 / jbc.M002671200 , PMID 10827187 .
  10. EK O'Reilly, CC Kao: Analyse av RNA-avhengig RNA-polymerasestruktur og funksjon som styrt av kjente polymerasestrukturer og datamaskinsforutsigelser om sekundær struktur. I: Virologi. Volum 252, nummer 2, desember 1998, s. 287-303, doi : 10.1006 / viro.1998.9463 , PMID 9878607 (anmeldelse).
  11. Chundi L. Mandahar: Multiplikasjon av RNA-plantevirus. Springer Science & Business Media, 2006, ISBN 978-1-402-04725-1 , s. 126.
  12. understreket = bevart, fet = bevart i alle RdRp
  13. J. Deval, Z. Jin, Y.C. Chuang, C. C. Kao: Structure (s), funksjon (er), og inhibering av RNA-avhengig RNA-polymerase av noroviruses. I: Virusforskning. Volum 234, april 2017, s. 21-33, doi : 10.1016 / j.virusres.2016.12.018 , PMID 28041960 .
  14. C. Ferrer-Orta, D. Ferrero, N. Verdaguer: RNA-avhengig RNA Polymeraser av Picornavirus: Fra strukturen til reguleringsmekanismer. I: Virus. Volum 7, nummer 8, august 2015, s. 4438-4460, doi : 10.3390 / v7082829 , PMID 26258787 , PMC 4576190 (fri fulltekst).
  15. S. Alphonse, R. Ghose: Cystoviral RNA-rettet RNA-polymeraser: Regulering av RNA-syntese på flere tidspunkter og lengdeskala. I: Virusforskning. Volum 234, april 2017, s. 135-152, doi : 10.1016 / j.virusres.2017.01.006 , PMID 28104452 , PMC 5476504 (gratis fulltekst).
  16. B. Martin, B. Canard, E. Decroly: filovirus proteiner for antiviral medikamentoppdagelse: Structure / funksjons baser av replikasjonssyklus. I: Antiviral forskning. Volum 141, mai 2017, s. 48-61, doi : 10.1016 / j.antiviral.2017.02.004 , PMID 28192094 .
  17. R. Cox, R. K. Plemper: paramyxovirus-polymerase av komplekset som et mål for neste generasjons anti-paramyksovirus-terapeutika. I: Frontiers in microbiology. Volum 6, 2015, s. 459, doi : 10.3389 / fmicb.2015.00459 , PMID 26029193 , PMC 4428208 (fri fulltekst).
  18. J. Sourimant, R. K. Plemper: Organisasjon, funksjon og terapeutisk målretting av Morbillivirus RNA-avhengig RNA Polymerase-kompleks. I: Virus. Volum 8, nummer 9, september 2016, s., Doi : 10.3390 / v8090251 , PMID 27626440 , PMC 5035965 (fri fulltekst).
  19. A.A. Eltahla, F. Luciani, P.A. hvitt, A. R. Lloyd, R. A. Bull: Inhibitorer av hepatitt C virus-polymerase; Handlingsmåte og motstand. I: Virus. Volum 7, nummer 10, september 2015, s. 5206–5224, doi : 10.3390 / v7102868 , PMID 26426038 , PMC 4632376 (fri fulltekst).