Ribonukleaser H.

Struktur sammenligning av RNases H. Røde kuler er aminosyrene til det aktive senteret
E. coli ribonuklease HI
Human RNase H2 med underenheter A (lyseblå), B (mørkerød) og C (rosa), lilla sfærer som aminosyrene i det aktive senteret og mutasjonssteder (gule)
Skjema for det aktive senteret i HIV-1 RNase H bestående av DEDD-motiv og histdin som base for aktivering av nukleofilen.

Ribonuklease H (fra Ribonuclease Hybrid , synonym RNase H ) er en gruppe enzymer ( ribonukleaser ) som bryter ned RNA i DNA - RNA- hybrider.

eiendommer

De er delt inn i to grupper, RNase HI (i bakterier ) eller RNase H1 (i eukaryoter ) og RNase HII (i bakterier) eller RNase H2 (i eukaryoter). Mens RNase HI fra Escherichia coli (155 aa , 17 600 Da ) og RNase H1 fra mennesker (286 aa, 32 200 Da, og uten mitokondriell signalsekvens 260 aa, 29 400 Da) hver er monomerer , er RNase HII fra E. coli ( 198 aa, 21.500 Da) monomer og RNase H2 for mennesker heterotrimeric (RNase H2A med 299 aa og 33.400 Da; RNase H2B med 308 aa og 34.800 Da; RNase H2C med 164 aa og 17.800 Da). En RNase HIII er fremdeles dannet i noen få prokaryoter . En RNase H er også kodet av HIV som et proteindomene av revers transkriptase , som ligner på RNase H1 hos mennesker i proteinstrukturen og i reaksjonsmekanismen og er nødvendig for replikasjon .

Mutasjoner i den humane RNase H2 kan føre til Aicardi-Goutières syndrom .

funksjon

Ribonukleaser av type H forekommer i nesten alle levende ting og er sekvensspesifikke endonukleaser som hydrolyserer fosforsyreesterbinding av RNA i dobbeltstrenger av DNA og RNA , og skaper en 3'- hydroksylgruppe og en 5'- fosfatgruppe . RNase H1 er involvert i replikasjonen av mitokondrie-DNA . RNase H1 og H2 er involvert i å bryte ned R-sløyfen . I prokaryoter og lavere eukaryoter er RNases H ikke essensielle, i høyere eukaryoter er de essensielle. RNase H1 og H2 har forskjellige substratpreferanser , men overlappende funksjoner i mitokondrionen.

RNase H1

RNase H1 krever minst fire ribonukleotider som substrat og inhiberes av deoksyribonukleotider i samme streng. Derfor er det lite sannsynlig at RNase H1 vil være involvert i nedbrytningen av RNA- primere på Okazaki-fragmentene under DNA-replikasjon . En gen-knockout av RNase HI i E. coli produserer en temperaturfølsom fenotype , men er ikke dødelig. I Saccharomyces cerevisiae forstyrrer et gen-knockout av RNase H1 responsen på cellestress og er heller ikke dødelig. I mange eukaryoter, inkludert pattedyr, har RNase H1 en mitokondriell signalsekvens, som et resultat av at den forekommer i cellen utenfor mitokondrionen med signalsekvensen og inne i mitokondrionen uten signalsekvensen. En gen-knockout av RNase H1 hos mus er dødelig under embryogenese på grunn av nedsatt replikering av mitokondrie-DNA, antagelig på grunn av nedsatt nedbrytning av R-sløyfen.

RNase H2

RNase H2-underenhet A er homolog med RNase HII, mens underenhetene B og C ikke har noen prokaryot homolog og varierer relativt sterkt innen eukaryoter. Underenhet B formidler protein-protein-interaksjoner mellom RNase H2 og PCNA , som lokaliserer RNase H2 til stedet for DNA-replikasjon. Prokaryotisk RNase HII har lavere reaksjonshastighet sammenlignet med RNase H2 og inhiberes av deoksyribonukleotider i 5'-enden. RNase 2 er også involvert i DNA-reparasjon ( reparasjon av nukleotideksisjon ) ved å fjerne feil inkorporerte ribonukleotider fra DNA. I kjernen til pattedyr er RNase H2 den mer aktive RNase H.

RNase HIII

I noen få prokaryoter dannes fremdeles en RNase III, som er strukturelt lik RNase II, men som ligner på RNase I når det gjelder reaksjonsmekanismen. Mens RNase III forekommer ganske sporadisk i prokaryoter, blir den funnet noe oftere i arkeaer og mest i stedet for RNase HI.

Individuelle bevis

  1. ↑ E. coli PDB  2RN2 , T. maritima PDB  303F , B. stearothermophilus PDB  2D0B , H. sapiens H1 PDB  2QK9 , H. sapiens PDB  3P56 .
  2. ↑ M. Figiel, H. Chon, SM Cerritelli, M. Cybulska, RJ Crouch, M. Nowotny: Den strukturelle og biokjemiske karakterisering av humant RNase H2 kompleks viser den molekylære basis for substratet gjenkjennelse og Aicardi-Goutières syndrom defekter. I: Journal of Biological Chemistry . Volum 286, nummer 12, mars 2011, s. 10540-10550, doi : 10.1074 / jbc.M110.181974 , PMID 21177858 , PMC 3060507 (fri fulltekst).
  3. ↑ Simon L. Durr, Olga Bohuszewicz, Dénes Berta, Reynier Suardiaz, Pablo G. Jambrina: The Role of konserverte residuer i DEDDh Motiv: Proton overføringsmekanismen av HIV-1 RNase H . I: ACS-katalyse . 16. juni 2021, s. 7915-7927 , doi : 10.1021 / acscatal.1c01493 .
  4. ↑ a b c d e f g h i S. M. Cerritelli, RJ Crouch: Ribonuklease H: enzymene i eukaryoter. I: FEBS-journal. Volum 276, nummer 6, mars 2009, s. 1494-1505, doi : 10.1111 / j.1742-4658.2009.06908.x , PMID 19228196 , PMC 2746905 (fri fulltekst).
  5. ↑ a b M. Figiel, M. Nowotny: Krystallstruktur av RNase H3-substratkompleks avslører parallell utvikling av RNA / DNA hybrid anerkjennelse. I: Nukleinsyrer forskning. Volum 42, nummer 14, august 2014, s. 9285-9294, doi : 10.1093 / nar / gku615 , PMID 25016521 , PMC 4132731 (fri fulltekst).
  6. ↑ JF Davies, Z. Hostomska, Z. Hostomsky, SR Jordan, DA Matthews: Krystallstruktur av ribonuklease-domenet av HIV-1 revers transkriptase. I: Vitenskap . Volum 252, nummer 5002, april 1991, s. 88-95, doi : 10.1126 / science.1707186 , PMID 1707186 .
  7. ↑ J. Hansen, T. Schulze, W. MELLERT, K. Moelling : Identifisering og karakterisering av HIV-spesifikke RNase H ved monoklonalt antistoff. I: EMBO Journal . Volum 7, nummer 1, januar 1988, s. 239-243, PMID 2452083 , PMC 454263 (fri fulltekst).
  8. ↑ YJ Crow, A. Leitch, BE Hayward, A. Garner, R. Parmar, E. Griffith, M. Ali, C. Semple, J. Aicardi, R. Babul-Hirji, C Baumann, P. Baxter, E Bertini, KE Chandler, D. Chitayat, D. Cau, C. Déry, E. Fazzi, C. Goizet, MD King, J. Klepper, D. Lacombe, G. Lanzi, H. Lyall, ML Martínez-Frías, M. Mathieu, C. McKeown, A. Monier, Y. Oade, OW Quarrell, CD Rittey, RC Rogers, A. Sanchis, JB Stephenson, U. Tacke, M. Till, JL Tolmie, P. Tomlin, T. Voit , B. Weschke, CG Woods, P. Lebon, DT Bonthron, CP Ponting, AP Jackson: Mutasjoner i gener som koder for ribonuklease H2-underenheter forårsaker Aicardi-Goutières syndrom og etterligner medfødt viral hjerneinfeksjon. I: Naturgenetikk. Volum 38, nummer 8, august 2006, s. 910-916, doi : 10.1038 / ng1842 , PMID 16845400 .
  9. ↑ a b c T. Tadokoro, S. Kanaya: Ribonuklease H: molekylære mangfold, substratbindingsdomener og katalytisk mekanisme for de prokaryote enzymer. I: FEBS-journal. Volum 276, nummer 6, mars 2009, s. 1482-1493, doi : 10.1111 / j.1742-4658.2009.06907.x , PMID 19228197 .
  10. ↑ Amon JD, Koshland D: RNase H muliggjør effektiv reparasjon av R-loop-indusert DNA-skade . I: eLife . 5. desember 2016, s. E20533. doi : 10.7554 / eLife.20533 . PMID 27938663 . PMC 5215079 (fri fulltekst).
  11. ↑ a b Lima WF, Murray HM, Damle SS, Hart CE, Hung G, De Hoyos CL, Liang XH, Crooke ST: Levedyktig RNaseH1 knockoutmus viser at RNaseH1 er viktig for R-sløyfebehandling, mitokondrie og leverfunksjon . I: Nucleic Acids Research . 44, nr. 11, juni 2016, s. 5299-312. doi : 10.1093 / nar / gkw350 . PMID 27131367 . PMC 4914116 (fri fulltekst).
  12. ↑ Arudchandran A, Cerritelli S, Narimatsu S, Itaya M, Shin DY, Shimada Y, Crouch RJ: Fravær av ribonuklease H1- eller H2 endrer sensitiviteten av Saccharomyces cerevisiae til hydroksyurea, koffein og etyl-metansulfonat: implikasjoner for roller RNaser H i DNA-replikasjon og reparasjon . I: Genes to Cells . 5, nr. 10, 2000, s. 789-802. doi : 10.1046 / j.1365-2443.2000.00373.x . PMID 11029655 .
  13. ↑ Cerritelli SM, Frolova EG, Feng C, Grinberg A, Love PE, Crouch RJ: Unnlatelse av å produsere mitokondrie DNA resulterer i embryonal dødelighet i Rnaseh1 nullmus . I: Molecular Cell . 11, nr. 3, 2003, s. 807-15. doi : 10.1016 / s1097-2765 (03) 00088-1 . PMID 12667461 .
  14. ↑ Reyes A, Melchionda L, Nasca A, Carrara F, Lamantea E, Zanolini A, Lamperti C, Fang M, Zhang J, Ronchi D, Bonato S, Fagiolari G, Moggio M, Ghezzi D, Zeviani M: RNASEH1 Mutations Impair mtDNA Replikasjon og årsak Mitokondrie encefalomyopati hos voksne . I: American Journal of Human Genetics . 97, nr. 1, juli 2015, s. 186–93. doi : 10.1016 / j.ajhg.2015.05.013 . PMID 26094573 . PMC 4572567 (gratis fulltekst).
  15. Holl Thomas Hollis, Nadine M. Shaban: Allen W. Nicholson (red.): Ribonukleaser  (= Nukleinsyrer og molekylærbiologi). Springer Berlin Heidelberg, 1. januar 2011, ISBN 9783642210778 , s. 299-317, doi : 10.1007 / 978-3-642-21078-5_12 .
  16. ↑ Chon H, Vassilev A, DePamphilis ML, Zhao Y, Zhang J, Burgers PM, Crouch RJ, Cerritelli SM: Bidrag fra de to tilbehørsenhetene, RNASEH2B og RNASEH2C, til aktiviteten og egenskapene til det humane RNase H2-komplekset . I: Nucleic Acids Research . 37, nr. 1, januar 2009, s. 96-110. doi : 10.1093 / nar / gkn913 . PMID 19015152 . PMC 2615623 (fri fulltekst).
  17. ↑ a b c Reijns MA, Jackson AP: Ribonuklease H2 i helse og sykdom . I: Biochemical Society Transactions . 42, nr. 4, august 2014, s. 717-25. doi : 10.1042 / BST20140079 . PMID 25109948 .
  18. ↑ Chon H, Vassilev A, DePamphilis ML, Zhao Y, Zhang J, Burgers PM, Crouch RJ, Cerritelli SM: Bidrag fra de to tilbehørsenhetene, RNASEH2B og RNASEH2C, til aktiviteten og egenskapene til det humane RNase H2-komplekset . I: Nucleic Acids Research . 37, nr. 1, januar 2009, s. 96-110. doi : 10.1093 / nar / gkn913 . PMID 19015152 . PMC 2615623 (fri fulltekst).
  19. ↑ Wahba L, Amon JD, Koshland D, Vuica-Ross M: RNase H og multiple RNA-biogenesefaktorer samarbeider for å forhindre at RNA: DNA-hybrider genererer genominstabilitet . I: Molecular Cell . 44, nr. 6, desember 2011, s. 978-88. doi : 10.1016 / j.molcel.2011.10.017 . PMID 22195970 . PMC 3271842 (fri fulltekst).
  20. ↑ Kim N, Huang SN, Williams JS Li YC, Clark AB, Cho JE, Kunkel TA, Y Pommier, Jinks-Robertson S: Mutagen behandling av ribonukleotider i DNA av gjær topoisomerase . I: Vitenskap . 332, nr. 6037, juni 2011, s. 1561-4. doi : 10.1126 / science.1205016 . PMID 21700875 . PMC 3380281 (fri fulltekst).
  21. ↑ Ohtani N, Haruki M, Morikawa M, Crouch RJ, Itaya M, Kanaya S: Identifikasjon av genene som koder for Mn2 + -avhengig RNase HII og Mg2 + -avhengig RNase HIII fra Bacillus subtilis: klassifisering av RNases H i tre familier . I: Biokjemi . 38, nr. 2, januar 1999, s. 605-18. doi : 10.1021 / bi982207z . PMID 9888800 .
  22. ↑ Kochiwa H, Tomita M, Kanai A: Evolusjon av ribonuklease H-gener i prokaryoter for å unngå arv av overflødige gener . I: BMC Evolutionary Biology . 7. juli 2007, s. 128. doi : 10.1186 / 1471-2148-7-128 . PMID 17663799 . PMC 1950709 (fri fulltekst).