文摘
考虑到核糖体是细胞大分子最重要的一个机器,也就不足为奇了密集的核糖体生物起源的研究。核糖体生物转化是一个复杂的过程。核糖体rna(核糖体rna)的成熟不仅需要精确的裂开和折叠pre-rRNA也广泛的核苷酸的修改。的处理和修改的核心pre-rRNAs古细菌和真核生物的核糖核蛋白(RNP)机器。他们被称为小rnp (sRNPs),古菌和小核仁的rnp (snoRNPs)在真核生物。研究核糖体生物起源最初集中在真核系统。然而,最近的研究热点sRNPs已经为这些rnp的功能提供了重要的见解。本文将介绍古细菌核糖体rna基因组织和pre-rRNA处理,尤其关注热点的发现sRNP组件,在核苷酸修改功能,及其结构。
1。介绍
没有核糖体,细胞不能生长和分裂。因此,毫不奇怪,核糖体通过几千年有选择地守恒的,为数不多的大分子机器出现在所有三个领域的生活。在这种严格的选择压力,核糖体已经并继续被用于建立系统发育关系通过一个特定的组件,巴克特里亚的16 s rRNA,古生菌和18 s rRNA在真核生物1- - - - - -3]。这使得科学家们发现,而不是只有“原核生物和真核生物,“有一个额外的第三域,将成为古菌(4,5]。
核糖体生物起源与核糖体基因组织和处理开始。本文将介绍各种rRNA操纵子的基因组组织在古菌以及小核糖核蛋白(sRNPs)负责化学改性核糖体rna的核苷酸。特别是化学修改的两个最丰富的类型是由盒子C / D和H / ACA sRNPs。尚不清楚为什么这些核苷酸化学改性。在考虑这些修改rRNA,第一重要的是要理解为什么核糖体是必不可少的,古菌是独一无二的,他们的核糖体RNA基因座是如何组织的基因组。
2。核糖体,核糖体rna
核糖体是必不可少的信使核糖核酸的翻译成一个多肽链,然后折叠成有功能的蛋白质(6]。这些细胞组成的机器不仅rRNA(从核糖体DNA转录,rDNA),而且许多核糖体蛋白质所需的正确的核糖体结构和功能7]。核糖体生物起源是一个能源密集型的过程(8),需要大量的蛋白质和RNA的修改。在一个积极的增长酿酒酵母细胞,核糖体rna基因的转录可以占到总量的60%细胞转录;此外,核糖体蛋白质的加工需要多达90%的积极增长的细胞内信使rna剪接活动(8]。考虑到核糖体是必不可少的,毫不奇怪,他们是有选择地守恒的。如前所述,rRNA已经被证明是非常有用的在建立几乎所有已知生物的进化关系,微观和宏观(1- - - - - -3]。
3所示。核糖体结构
核糖体是由大、小亚基;而在进化域单元在结构上的区别,他们共享一个公共函数。小亚基(四)包含一个rRNA所有生物(细菌和古生菌16 s, 18岁在真核生物)。每个也有一个大亚基(路易斯安那州立大学),在真核生物是由28个(25年代酿酒酵母),5.8秒和5 s rrna,在细菌和古菌是由23和5 s核糖体rna(表1)。除了这些核糖体rna,核糖体蛋白质占每个亚基的质量的一部分。例如,原核四16 s rRNA,但沉积物在30年代蔗糖梯度。虽然70年代原核的核糖体包含一个50年代路易斯安那州立大学和30年代半导体存储器,真核核糖体是80年代,60年代路易斯安那州立大学和40年代半导体存储器(10]。
4所示。古生菌:一个独立的单元分组
相对于核糖体rna序列,古生菌系统不同于细菌和真核生物(图1)。古细菌的核糖体结构类似于细菌核糖体:路易斯安那州立大学包含23个年代和5 s rRNA四包含16 s rRNA。在细菌和真核生物域研究和理解,古生菌的成员仍然是个谜,特别是考虑到生物与极端的增长需求往往包含在域。Hyperthermophilic、嗜冷、嗜盐的,甚至piezophilic生物都包含在古生菌。
考虑生物的多样性,包括古域,毫不奇怪,他们代表了生物研究强有力的候选人。至关重要的是,科学家们继续强调,古生菌做事实上独立作为一个域和包含门和生物部门一样结构化和包容其他领域(图1、表1)。如此独特的生化和结构特点古生菌(即。、细胞壁和脂质差异古生菌和其他领域;参见[12]因为早期的差异)很容易理解,他们代表了丰富的知识等待着被发现。一个特别感兴趣的领域在于古生菌的生物技术应用(13]。
5。在古细菌核糖体rna操纵子数量和组织
5.1。核糖体rna操纵子在古生菌数量
古生菌中,有大的数量的变化rrn基因编码的23 s、16 s和5 s核糖体rna。有一到四册的16 srrn基因在不同热点,超过一半的测序的基因组有只有一个,位于一个15份相比,可以发现在细菌物种14,15]。具体来说,大约20%的细菌基因组测序16 s副本一份rrn基因,11%有超过八14,15]。事实上,通常会有多个重复的这些基因在生物体通常monoallelic其他基因基础的重要性rrn基因和妥善运作的基本要求供应丰富的核糖体。此外,所有测序Crenarchaeota、Nanoarchaeota Korarchaeota只有16 s rRNA基因的一个副本,因此,任何物种的多个副本16 s rRNA基因属于Euryarchaeota [14]。尽管rDNA热点基因数量和组织是不同的,这种组织的原因仍然未知。
5.2。多顺反子在古细菌核糖体rna基因的转录
在一些种类的古生菌、16 s 23 s, 5 s核糖体rna存在于一个连续的多顺反子操纵子。在这个组织,16 s, 23岁,和5 s rRNA基因转录作为一个记录,然后通过一个切除archaeal-specific剪接机制(图2)。多顺反子的转录rRNA操纵子的一个例子是在模型中archaeon,Haloferax volcanii。有趣的是,h . volcanii有两个完整的副本rRNA操纵子,每个包含一份16 s, 23 s, 5 s核糖体rna (18]。的另一个例子多顺反子核糖体rna基因的转录Halobacterium cutirubrum,据报道,包含一个副本在一个操纵子编码16 s rRNA基因编码,tRNA阿拉巴马州23岁的年代,5 s, tRNA半胱氨酸(19]。这个设置是典型的在Euryarchaeota(图2)[11]。就像在h . cutirubrum,热点rRNA操纵子通常包含tRNA基因rRNA基因之间的点缀。这代表了一个清晰的方法来确保某些tRNA基因转录。有关存在的信息,数字,和组织的tRNA基因,看到14,15]。
(一)
(b)
5.3。部分拆开古细菌的核糖体rna基因的转录
而多顺反子的操纵子似乎是一种有效的方式抄写古细菌核糖体rna,其他基因组织存在。没有短缺的例子代表核糖体rna基因的变体主题组织古生菌。例如,Thermoproteus tenax和Desulfurococcus mobilis,无论是Crenarchaeota的成员,有一个包含16 s操纵子,和23 s rRNA基因但不包括5 s基因,发现不同的启动子的控制下的另一个位点在基因组(44,45]。硫化叶菌solfataricus,古细菌生物模型,也有这种操纵子架构(46]。此外,栖热菌属酸奶流程23和5 s rRNA基因操纵子中,16 s rRNA基因位于基因组(其他地方的47]。最有趣的部分非耦合操纵子产甲烷球菌属jannaschii,它包含16 s基因的两个副本,23 s, 5 s rrna。在这个物种中,有一个16 s / 23 s / 5 s操纵子(操纵子)和16 s / 23 s操纵子(操纵子B)分开从第二个5 s基因(48]。
5.4。完整的解偶联古细菌的核糖体rna基因的转录
一些热点没有任何操纵子组织的核糖体rna基因,而是有三个独立的基因在三个不同的地点在三个独立的启动子,每个编码23年代,16 s和5 s rRNA。这些物种的例子热原体属acidophilum,第一个古细菌生物被发现与这个核糖体rna基因组组织(49),而Nanoarchaeum equitans(50]。应该注意的是,在n equitans,也有分散的核糖体蛋白在整个基因组中发现近距离不仅在其他其他类群的热点,而且在细菌(51]。在n equitans的独特性,这种生物是唯一已知的成员Nanoarchaeota门可以解释独特的基因组组织,但这不足以单独作为一把伞的解释23 s 16 s和5 s的组织,因为它也发现t . acidophilum。
因为所有的rRNA组件(即。,23S, 16S, and 5S) are required to assemble a functioning ribosome, what are the reasons, if any, in uncoupling transcription in each component in the rRNA unit? Similarly, what are the reasons for partially uncoupling the operons as is seen inm . janaschii吗?需要进一步的研究来理解古细菌核糖体rna基因组织和为什么某些生物有多顺反子转录,而其他人则转录的核糖体rna合成解偶联。
6。在古细菌核糖体rna基因内含子
除了数量的变化和组织中核糖体rna基因的基因组,古生菌之间也有变异的intronic序列中发现核糖体rna序列。在细菌中不含内含子的基因23个年代,16 s,和5 s rna,一些热点,事实上,做。Intronic 23 s核糖体RNA基因的序列中描述Desulfurococcus mobilis拼接古生菌独有的一种机制(20.]。有趣的是,甚至有报道称,23 s rRNA基因包含两个内含子长度大致相等Staphylothermus绿(21]。此外,也有报道16 s rRNA基因中内含子的发现。内含子的存在Pyrobaculum aerophilum,但不是密切相关Pyrobaculum islandicum,是第一个报告基因内区发现的16 s rRNA基因(22]。
许多这些热点rDNA内含子序列包含假定的开放阅读框架,往往缺乏相似性已知的蛋白质(20.- - - - - -22]。然而,有报道称这些序列编码的蛋白质,如站点特定的核酸内切酶I-DmoI发现的基因内区23 s rRNADesulfurococcus mobilis(23,24]。将需要更多的研究,看看是否有额外的功能蛋白质的例子或非编码rna产生这些内含子还是仅仅是一些孤立的情况下。他们的起源也是有趣的考虑到细菌不包含intronic在这些基因序列。
切除古生菌通过archaeal-specific参加内含子的剪接机制(53]via-archaeal特定的内切酶,这是不寻常的由于古生菌不含组我或一组II内含子54]。这种剪接反应的标志的识别bulge-helix-bulge主题是发现在intron-exon结(38,53)(更多热点拼接,请参见[11,21,53- - - - - -55])。古细菌核糖体rna基因的内含子的存在表明,核糖体,核糖体rna结构更类似于细菌,其处理,甚至有时,基因组织(即。存在核糖体rna基因的内含子)更类似于真核生物。这是古菌的许多方面真正标识域作为独立和细菌和真核生物组的一部分。
7所示。RNA-Guided rRNA修改和指导小rnp古生菌
某些rRNA古生菌的处理事件过程类似于真核生物。事实上,类似于真核核糖体rna,古细菌核糖体rna大量修改。等真核生物核糖体rna酿酒酵母包含~ 100(表进行修改1)[34,37- - - - - -40]。古细菌核糖体rna含有相当数量的修改(36- - - - - -38,56]。例如,美国solfataricus在核糖体rna(~ 70修改36]。直接对比,细菌核糖体rna被修改在一个小得多的程度上,仅仅包含~ 40修改(其中大部分是基础修改)(34,37,38,40,41]。
两个主要类型的化学修改核糖体rna的甲基化是2′羟基,称为2′-O-methylations (Nms)和尿苷的异构化基地为假,称为pseudouridylation ()(图3)。有两种化学修改rRNA机制:特定站点或者RNA-guided催化的酶催化(29日- - - - - -35]。尽管所有细菌核糖体rna的化学修改的由特有的酶催化,大多数古菌是通过修改RNA-guided RNP复合物(34,35,56- - - - - -59]。
(一)
(b)
事实上,这些RNA-guided核苷酸修改机器只出现在古细菌,真核生物和细菌中缺席26- - - - - -35,56- - - - - -60]。这些机器被称为小核糖核蛋白(sRNPs)古生菌和小核仁的核糖核蛋白(snoRNPs)在真核生物中,命名的小分子rna (srna)古生菌和小核仁的rna (snorna)在真核生物。有两种类型的年代(no) rnp:盒子C / D s (no) rnp和盒子H / ACA s (no) rnp,开展2′-O分别为甲基化和pseudouridylation [26- - - - - -28,30.- - - - - -33,60]。在功能类型的sRNP,蛋白质成分是相同的,但srna有所不同。因此,sRNA提供了特异性的核苷酸修改26- - - - - -28,30.- - - - - -33,60]。因此,srna通常被称为rna。
8。发现的热点sno-Like rna
发现古细菌核糖体rna含有相当数量的化学修改真核核糖体rna促使搜索sno-like指导rna (srna)古生菌。计算和实验方法都被用来检测指导srna各种热点[42,43,61年- - - - - -67年]。计算方法用于识别这些srna利用守恒的长度和序列的元素和同源性与已知snorna或其他srna在真核生物和古菌(63年,65年,67年]。然而,相对较小的大小的保守序列特征srna以外的序列和低程度的保护这些特性的识别提出了挑战srna古生菌。因此,其他算法开发了srna[识别候选人62年,67年]。
另外,实验方法可用于搜索热点srna。有些方法利用Sanger测序size-selected cDNA文库源自古总RNA (42,64年]。别人利用的指导srna sRNP复合物形式和使用免疫沉淀反应的方法来隔离srna [43,61年]。最近,核酸测序技术的进展已经允许选择性地丰富稳定的RNA的直接测序物种的总RNAn equitans(66年]。
计算和实验方法的结合提供了一个强大的手段来识别srna假定的指南。这些方法已导致超过一百的发现候选人从各种热点引导srna Euryarchaeota, Crenarchaeota, Nanoarchaeota门(42,43,61年- - - - - -67年]。有趣的是,在方法框C / D和H / ACA srna, srna H / ACA类型的数量通常是少比C / D型(43,64年,66年]。这与发现古细菌核糖体rna通常比2′- pseudouridylations较少O -甲基化(35,36,38]。另外,然而,这些也可能是由于固有的偏见所使用的方法(67年]。
大多数的热点引导srna是否能组装成催化地活跃sRNPs尚不清楚。利用实验方法存在许多候选人srna发现已被证实由北部的屁股或引物延伸(42,43,61年- - - - - -65年]。一些预测srna实验已被证明能够组装成sRNPs催化地活跃的(26,43,65年,67年- - - - - -69年]。此外,一些候选人的预测目标网站指南srna已确认要修改(42,43,61年,63年- - - - - -65年,67年]。相比之下,许多公认的srna孤儿srna没有已知的预测目标站点(42,43,61年- - - - - -67年),所以目前尚不清楚他们是否善意的指导srna。此外,由于目前的计算和实验方法严重依赖于之前所知的结构和序列特征srna,许多潜在的指导srna可能已经忽略了(67年]。然而,确定候选人srna许可证一般理解的顺序和结构特点,并描述他们和他们的第一步sRNPs古生菌。
9。属性和二级结构C / D sRNA的盒子
古盒C / D srna通常~ 50 - 60元长(42,43,59,61年,64年,66年]。sRNA也是一个关键的组件在2′-的催化作用O甲基化。它包含两个共识序列元素,框C (RUGAUGA)和D (CUGA)附近的5′和3′末端RNA,分别(图4(一))[42,43,56- - - - - -59,61年- - - - - -64年,66年]。此外,它还包含两个相似的序列元素,C′和D′,在其内部区域(42,43,56- - - - - -59,61年- - - - - -64年,66年]。盒子中的GA C和D形式:AG剪切双(70年]。盒子的5′地区C是一个三元不对称隆起。GA: AG)剪切双和三元不对称隆起允许之间形成一个扭结不在经典里的干细胞形成的盒子C / D图案和规范化之间形成5′和3′末端(70年,71年]。这一主题被称为kink-turn主题和结构特征的C / D sRNA [70年,71年]。同样,盒子C′和D′也形成一个kink-turn-like主题(72年]。然而,而不是stem-kink-stem结构,框C′/ D′stem-kink-loop结构形式,称为kink-loop主题(72年]。
(一)
(b)
C / D和C′/ D′主题由两个未配对的RNA (42,43,61年- - - - - -67年]。这些区域包含导游序列。框序列5′D和D′,分别称为D和D′指南。与底物形成沃森克里克碱基对rna (26,31日- - - - - -33,37,56,58,59]。碱基对指导RNA和衬底之间的(s)允许将衬底(s) 2′-O甲基化在一个核苷酸5 D和D′′从盒子。有趣的是,在几个热点研究,未配对序列分离C / D和C′/ D′图案长度守恒的10 - 12元(73年]。维护这个长度已经证明为2′-至关重要O甲基化(73年]。
10。盒子C / D sRNPs
盒子C / D s (no) rnp执行特定场地2′-Opre-rRNAs的甲基化。最小的组件应功能框C / D s (no) RNP催化地活跃框时显示C / D sRNP重组在体外第一次使用重组美国solfataricus蛋白质和在体外转录美国acidocaldarius由俄梅珥sRNA et al。26]。催化地活跃sRNP由三个蛋白质组件、L7Ae, Nop5, fibrillarin, sRNA组件(图5)[26]。这三个蛋白质和sRNA构成的核心sRNP复杂组件的最小集合催化活性所必需的在体外(26]。目前尚不清楚其他因素与核心复杂的最优装配或催化活性在活的有机体内(26]。
(一)
(b)
自从第一次在体外芯盒C / D sRNP的重构,其结构和生物化学都进行了广泛的研究16,17,26,68年,70年,73年- - - - - -90年]。L7Ae蛋白,这也是大量核糖体亚基蛋白在古生菌,结合形成的kink-turn或kink-loop主题sRNA盒C / D和盒C′/ D′(17,26,70年,75年,76年,78年,79年,86年,87年]。每个kink-turn或kink-loop主题允许绑定一个L7Ae蛋白(78年,79年]。因此,一个sRNA允许绑定蛋白的两个副本。绑定的L7Ae Nop5的组装,需要和fibrillarin26,78年,79年]。没有绑定L7Ae, Nop5和fibrillarin没有绑定关联sRNA [26,79年]。Nop5包含一个卷曲螺旋域允许homodimerization [77年,81年,84年]。它还与fibrillarin进行交互在体外形成一个Nop5 / fibrillarin异质二聚体(77年,80年,81年]。两个Nop5 / fibrillarin进一步形成异二聚形成heterotetramer [77年,80年,84年]。因此,Nop5 fibrillarin可能组装到sRNP复杂四聚物的形式(77年]。因为fibrillarin包含一个S-adenosylmethionine (SAM)绑定的口袋,守恒SAM-dependent甲基转移酶(折74年,77年,80年,84年,91年),建议2′-催化酶O -甲基化。突变美国solfataricus和酿酒酵母fibrillarin导致sRNP 2′-的丧失O -甲基化的活动(26,92年]。
结构研究的热点盒C / D sRNP个人核心蛋白质,蛋白质,protein-RNA复合物显示重要的结构特点是必不可少的组装和催化16,68年,70年,74年,77年,84年,86年,89年]。cocrystal L7Ae结构和最小的盒子C / D sRNA确诊kink-turn图案的形成和这个主题的重要性的绑定L7Ae蛋白(70年]。晶体结构和生化研究Nop5 / fibrillarin复合物以及部分C / D与L7Ae sRNP复杂的组装,Nop5, fibrillarin, half-mer盒C / D sRNA透露Nop5蛋白质作为蛋白质的重要性桥(77年,84年,86年,87年]。Nop5蛋白c端域(CTD)的接触L7Ae和sRNA而形成的复合表面n端结构域(元)Nop5与fibrillarin [77年,84年,86年,87年]。此外,卷曲螺旋Nop5域提供了一个交互表面与另一个Nop5蛋白质,蛋白质之间充当中介组装在两个不同的盒子C / D图案。重要的是,cocrystal Nop5 / fibrillarin复合物结构从不同物种以及部分C / D sRNP复杂表明有一个灵活的铰链区Nop5蛋白质,周围的被忽视的热带病移动(77年,84年,87年]。这个铰链区可能也会允许fibrillarin酶相关的运动,使高效催化底物结合。
最近,一个完整的结构、催化地活跃盒C / D sRNP成功重建m . jannaschii使用负染色电镜(EM) (68年,89年]。意外,这个结构是一个二聚的sRNP结构(di-sRNP)(图5(一个)),这是进一步支持广泛的生化证据(68年,93年]。di-sRNP模型中,而不是让两组的三个核心与单个sRNA相关的蛋白质,一个完整的盒子C / D sRNP由四组的核心与两个sRNA(图相关的蛋白质5(一个))。有趣的是,核心蛋白的晶体结构的对接di-sRNP卷还暗示Nop5二聚体作为L7Ae之间的桥梁和fibrillarin蛋白质聚集在盒子上的C / D图案sRNA与组装在盒子上C′/ D′不同sRNA的主题。因此,sRNA不平行Nop5的二聚体(图5(一个))。而相对较低分辨率的EM重建不提供原子细节,它提出一个新颖的模型箱的C / D sRNP可能进行催化。
di-sRNP模式受到了挑战的晶体结构完全组装sRNP美国solfataricus包含一个衬底RNA (17]。di-sRNP结构相比,晶体结构表明,完整的两套sRNP复杂由三个核心蛋白组装在一个sRNA(图5 (b))。这个模型中,这称为mono-sRNP模型,不仅与di-sRNP模型的低聚物的状态的复杂但是也表明不同取向的蛋白质和sRNA复杂。虽然Nop5二聚体连接盒C / D (C′/ D′)图案从两个sRNA di-sRNP结构,连接盒子C / D二聚体(C′/ D′)图案从同一sRNA mono-sRNP结构(图5)。因此,sRNA平行mono-sRNP Nop5二聚体的模型,这是有别于di-sRNP模型。
令人吃惊,盒子不同热点的C / D sRNPs很保守蛋白质组件可以采用等不同结构。一种解释可能位于不同的srna使用。di-sRNP结构,自然sRNA单个连续链包含kink-turn和kink-loop图案使用(68年,89年]。相比之下,mono-sRNP结构,违背自然的sRNA由两股RNA,包含两个kink-turn图案和缺乏一个内部循环,使用(17]。这个看似微小的区别在不同的循环sRNA诱发sRNP结构证明了本地凝胶实验(16]。与内部循环,自然sRNA形式只有di-sRNP物种,使用强迫的sRNA,缺乏一个内部循环,导致形成的混合人口mono和di-sRNP物种(16]。蛋白质成分从四个不同的热点组装mono -和di-sRNPs根据sRNA [16]。
di-sRNP结构包含一个生理sRNA以来,这将是重要的决定它是否改变构象在绑定衬底RNA。尽管mono-sRNP复杂的晶体结构提供衬底RNA相互作用的信息,目前尚不清楚di-sRNP结构构象变化如何在衬底绑定。因为蛋白质和sRNA的方向是mono -和di-sRNPs之间具有本质的不同,因此不同构象的变化可能会在衬底绑定。在盒子上进一步的结构性研究C / D di-sRNP复杂装配使用自然sRNA衬底RNA的存在需要执行了解构象变化与RNA催化甲基化有关。
11。属性和H / ACA sRNA二级结构的盒子
盒子的H / ACA sRNA sRNA组件盒H / ACA sRNP催化pseudouridylation。大多数古盒H / ACA srna由一个~ 65 - 75元单发夹结构由共识序列ANANNA紧随(盒子H)或ACA(框ACA)(图4 (b))[37,43,59,61年,64年,66年]。然而,盒子H / ACA sRNA包含两个或三个发夹也报告发生了古生菌(64年- - - - - -66年]。类似于古盒C / D sRNA盒H / ACA sRNA还包含kink-turn或kink-loop主题内部地区的RNA (64年- - - - - -66年]。中间的发夹,有两个未配对股。这些序列可以形成两个4 - 8元工器与衬底RNA的网站修改仍未配对,夹在两个工器(图4 (b))[27,28,30.,58- - - - - -60,94年,95年]。这个由两部分构成的循环结构被称为pseudouridylation口袋里。pseudouridylation的网站~ 14 - 16元远离盒H或盒ACA (27,28,30.,60]。
12。盒子H / ACA sRNPs
盒子H / ACA s (no) rnp直接特定站点pseudouridylations pre-rRNAs。理解的第一个重大进步的热点盒H / ACA sRNP函数在体外调整催化地活跃的盒子H / ACA sRNPs古细菌蛋白和重组在体外转录srna [27,28]。这些研究提供了洞察蛋白质组装所需的最小集合功能框H / ACA sRNP。
最小的盒子H / ACA sRNP包含一组四个核心蛋白质:L7Ae, Nop10, Gar1, Cbf5 [27,28,76年]。核心蛋白生化研究提供了信息交互和组装盒H / ACA指导srna [27,28,76年]。L7Ae,古细菌的一个重要组成部分盒子C / D sRNPs,也认识到kink-turn或kink-loop主题的H / ACA sRNA [76年,96年]。与盒子C / D sRNP Nop5和fibrillarin无法绑定到sRNA L7Ae之前,这个盒子H / ACA sRNP核心蛋白质,Cbf5,能够独立地绑定到sRNA L7Ae [27,28]。Cbf5,基于其同源性假尿苷合成酶的阴沉的家庭,可能是盒子的催化一半H / ACA sRNP [94年,95年,97年,98年]。事实上,酵母基因损耗的Cbf5同族体导致的损失pseudouridylation pre-rRNA [99年]。有效的绑定Cbf5 sRNA需要盒子的H或ACA主题,pseudouridylation口袋,插科打诨序列在终端循环(27,28]。所需的绑定的Cbf5 sRNA Nop10的组装和Gar1 sRNA [27,28]。
除了生化研究,各种结构的部分或完整的芯盒H / ACA sRNPs已经确定(52,One hundred.- - - - - -105年]。这些结构提供盒子H原子细节/ ACA sRNP装配和催化作用。正如预测的那样,L7Ae结合kink-turn或附近的终端循环kink-loop图案上部茎(96年]。Cbf5可分为两个领域,催化域和PUA域。的催化域Cbf5与上部茎(P1) sRNA pseudouridylation口袋(图6)[52,101年,104年,105年]。Nop10楔形L7Ae和Cbf5之间和与蛋白质相互作用52,101年,104年]。因此,Nop10充当组织者协调L7Ae和Cbf5之间的交互。的PUA域Cbf5与阀杆(P1) sRNA越低。此外,它还sequence-specifically认识到盒子ACA主题(52,101年,104年,105年]。有人建议,PUA域的相互作用下阀杆和催化域之间的相互作用与上阀杆位置pseudouridylation口袋,这样目标修改网站定位正确的活性部位Cbf5 [52]。
(一)
(b)
此外,H / ACA sRNP substrate-bound框的结构表明,螺旋之间形成的3′引导序列和5′的衬底与催化域Cbf5 [52]。催化领域的一个重要结构部件,被称为“拇指循环,使底物广泛接触RNA和提出了重要的锁衬底RNA(图6)[52]。这些交互,连同Cbf5 PUA域之间的相互作用和茎的sRNA越低,使目标的精确定位修改网站Cbf5的活性部位,这或许可以解释为什么目标修改网站和盒子之间的间距H或ACA的主题通常是~ 15元52]。
而另一核心蛋白质相互作用引导sRNA和衬底的RNA, Gar1不会使任何接触RNA(图6)[52,101年,104年,105年]。相反,Gar1只有Cbf5交互。这个观察是一致的,盒子H / ACA sRNP仍可检测活动即使没有Gar1 [27,52]。有趣的是,Gar1只能与拇指互动循环的Cbf5 substrate-free状态而不是substrate-bound状态(图6)[52,101年]。拇指循环,因此,交换机之间的一个封闭的状态,这使得与底物接触,和一个开放的国家,这使得接触Gar1。这两种状态之间的切换导致的假设而Gar1可能没有直接参与催化的化学反应,它可能有一个角色在促进产品的发布(52]。
13。其他功能的盒子盒子C / D和H / ACA sRNPs
而函数的热点盒C / D和盒H / ACA sRNPs RNP-guided修改比较好理解,这些sRNPs也可能执行其他功能。一些真核盒C / D和盒H / ACA snoRNPs执行功能除了RNA修改(106年,107年]。一个例子是真核C / D snoRNP U3框。使用指南snoRNA碱基配对能力,U3 snoRNP有助于打通35 s rRNA,可能作为伴侣在RNA折叠107年- - - - - -113年]。此外,还有其他真核盒C / D和盒H / ACA snoRNPs进化pre-rRNA处理功能(95年,106年,107年]。
而很显然,U3-like srna缺席在古菌(114年),古细菌的能力盒C / D和盒H / ACA sRNPs比核苷酸修改仍有可能执行其他功能。这或许可以解释为什么核苷酸的目标修改的一些候选人盒C / D srna和盒H / ACA srna不能确定(42,43,61年- - - - - -66年]。因此,一些古细菌sRNPs可能功能pre-rRNA裂开或折叠69年,107年,115年]。sRNPs作为监护人的假设是一致的盒子C / D sRNP di-sRNP模型。一个二聚的sRNP可能允许碱基配对使用四个指南与四段pre-rRNAs序列,捕捉附近pre-rRNA序列和避免过早RNA的三级结构的形成16,69年]。古细菌的nonmodification功能sRNPs投机。这将是有趣的,看看这些函数可以证明古细菌sRNPs。
14。核苷酸的功能修改
pseudouridylations和2′-的位置O-methylations已经映射到某些真核生物的核糖体,细菌和古菌(35),位于功能核糖体的重要地区。因此,提出了化学改性具有重要功能蛋白质的翻译。虽然个别修改的去除不对有机体的生长有显著影响,研究酿酒酵母表明,全球的所有修改导致严重的生长缺陷(35,92年,116年,117年]。此外,突变导致的某些目标核苷酸的修改也导致了严重的增长和蛋白质合成缺陷(116年,118年,119年]。此外,耗尽或mistargeting某些修改酿酒酵母核糖体rna,尤其是区域预测为核糖体是重要的活动和/或核糖体生物起源,也导致核糖体合成和缺陷在信使核糖核酸的翻译116年,118年- - - - - -120年]。这些研究只在真核生物中执行。然而,由于核苷酸的修改也位于古细菌核糖体的重要地区,他们可能有古细菌核糖体的重要功能。
越来越多的证据表明,核苷酸修改是重要的古细菌核糖体的功能。在美国solfataricus增加数量的核苷酸修改生长温度增加时,指示核苷酸修改可能会有一个稳定的效果在核糖体的结构36]。这对于许多古生菌尤其重要,生活在极端条件。事实上,核磁共振研究的一小段23 s rRNA包含2′-O -甲基化核苷酸建议修改执行某个地方附近核苷酸的构象,从而减少附近结构的构象动力学在不同范围内的pH值(121年]。综上所述,这些研究表明,rRNA修改影响核糖体的稳定性。然而,由于当前功能研究rRNA修改古生菌非常有限,大多数的精确功能修改仍然是未知的。
15。结论
更透彻地了解如何古生菌调节23年代的修改过程中,16 s, 5 s核糖体rna将来自sRNPs催化的进一步研究修改。在这些角色中,进一步研究在盒子上C / D和盒子H / ACA sRNPs结构将产生一个更完整的说明,酶的活动,和构象变化。还有很多东西要学习的化学改性核糖体rna的核苷酸。因为知识的古生菌代表一个尚未开发的资源,进一步的研究将产生许多有趣的和令人惊讶的结果从这个独立的域,既不是细菌和真核生物。
作者的贡献
w·s·诉犬吠和n . g .文森特同样对本文亦有贡献。
承认
作者要感谢Baserga实验室的成员对他们的细心和周到阅读本文。