Fluor riboswitch
| crcB RNA-motiv | |
|---|---|
 Konsensus sekundär struktur för crcB RNA-
| |
| identifierare | |
| Symbol | crcB RNA |
| Rfam | RF01734 |
| Övriga uppgifter | |
| RNA -typ | Cis-reg ; riboswitch |
| Domän(er) | Prokaryota |
| PDB- strukturer | PDBe |
Fluorriboswitchen (tidigare kallad crcB RNA-motivet ) är en konserverad RNA- struktur som identifieras av bioinformatik i en mängd olika bakterier och arkéer . Dessa RNA visades senare fungera som riboswitchar som känner av fluoridjoner . Dessa "fluorid riboswitches" ökar uttrycket av nedströms gener när fluoridnivåerna är förhöjda, och generna föreslås hjälpa till att mildra de toxiska effekterna av mycket höga nivåer av fluor.
Många gener antas regleras av dessa fluorriboswitchar. Två av de vanligaste kodar för proteiner som föreslås fungera genom att ta bort fluor från cellen. Dessa proteiner är CrcB-proteiner och en fluoridspecifik subtyp av kloridkanaler som kallas EriC F eller ClCF . ClC F -proteiner har visat sig fungera som fluoridspecifika fluorid/ proton- antiportrar.
Den tredimensionella strukturen hos en fluoridriboswitch har lösts vid atomupplösning genom röntgenkristallografi.
Fluorriboswitchar finns i många organismer inom domänerna bakterier och archaea , vilket indikerar att många av dessa organismer ibland stöter på förhöjda nivåer av fluor. Av särskilt intresse är Streptococcus mutans , en viktig orsak till tandkaries . Det har visat sig att natriumfluorid har hämmat tillväxthastigheten för S. mutans med användning av glukos som energi- och kolkälla. Det är dock också anmärkningsvärt att många organismer som inte möter fluor i människans mun bär på fluorriboswitchar eller resistensgener.
Upptäckten av Fluoride Riboswitch
Identiteten av fluorid som riboswitch-liganden upptäcktes av misstag när en förening kontaminerad med fluor orsakade betydande konformationsförändringar av det icke-kodande crcB RNA-motivet under ett in-line sonderingsexperiment. In-line sondering användes för att belysa den sekundära strukturen av crcB RNA-motivet och strukturella förändringar associerade med möjlig bindning till specifika metaboliter eller joner. Resultaten av sonderingen visade att tillsatsen av ökande fluoridjonkoncentrationer undertryckte vissa regioner av spontan RNA-klyvning och ökade andra regioner. Dessa nukleotidregioner i crcB RNA-motivet spelar viktiga roller i den aptamerbindande regionen för fluorid.
Vid bindning av fluoridjoner visade fluoridriboswitchen reglering av nedströms gentranskription. Dessa nedströmsgener transkriberar fluoridkänsliga enzymer som enolas , pyrofosfatas , den förmodade fluoridexportören CrcB och en superfamilj av CLC-membranproteiner som kallas Eric F -proteiner. CLC F -proteinerna har visat sig fungera som fluoridtransportörer mot fluoridtoxicitet. Den eric F -genen är en mutant version av kloridkanalgenen som är mindre vanlig i bakterier än kloridspecifika homologer , men som ändå finns i genomet hos Streptococcus mutans . Eric F -proteinet i synnerhet bär specifika aminosyror i sina kanaler som riktar sig mot fluoridanjoner medan det vanliga Eric-proteinet gynnade klorid framför fluoridjoner.
Fluor Riboswitch-struktur
Upptäckten av fluoridriboswitchen var överraskande eftersom både fluoridjoner och crcB RNA-fosfatgrupperna är negativt laddade och borde inte kunna binda till varandra. Tidigare forskning stötte på denna fråga för att klargöra kofaktorn tiaminpyrofosfat (TPP) riboswitch. TPP -riboswitchstrukturen visade hjälp av två hydratiserade Mg 2+ -joner som hjälper till att stabilisera kopplingen mellan fosfaterna av TPP och guaninbaserna i RNA:t. Denna vägledande forskning hjälper till att karakterisera fluorriboswitchens egna interaktioner med fluor och dess struktur. Genom in-line sondering och mutationsstudier har fluoridriboswitchen av organismen Thermotoga petrophila erkänts för att ha två spiralformade stammar som gränsar till en spiralformad loop med kapacitet att bli en pseudoknot . Den bundna fluorliganden har befunnits vara belägen i mitten av riboswitchvecket, omsluten av tre Mg 2+ joner. Mg 2+ -jonerna är oktaedriskt koordinerade med fem yttre ryggradsfosfater och vattenmolekyler som gör en metabolitspecifik ficka för att koordinera fluorliganden att binda. Placeringen av Mg 2+ -jonerna placerar fluoridjonen i den negativt laddade crcB RNA-ställningen.
Biologisk betydelse
I jordskorpan är fluor det 13:e vanligaste grundämnet. Det används ofta i munvårdsprodukter och vatten. Fluoren fungerar som ett härdande medel med emaljbasen på tänderna, remineraliserar och skyddar dem från starka syror och bakterier i munhålan. Dessutom ligger dess betydelse i effekten av fluorids toxicitet vid höga koncentrationer för bakterier, särskilt de som orsakar tandkaries . Det har länge varit känt att många arter kapslar in ett sensorsystem för giftiga metaller som kadmium och silver. Ett sensorsystem mot fluor förblev dock okänt. Fluor-riboswitchen belyser den bakteriella försvarsmekanismen för att motverka toxiciteten av höga koncentrationer av fluor genom att reglera nedströms gener av riboswitchen vid bindning av fluorliganden. Att ytterligare belysa mekanismen för hur bakterier skyddar sig mot fluoridtoxicitet kan hjälpa till att modifiera mekanismen för att göra mindre koncentrationer av fluor ännu mer dödliga för bakterier. Dessutom kan fluoridriboswitchen och de nedströms reglerade generna vara potentiella mål för läkemedelsutveckling i framtiden. Sammantaget kommer dessa framsteg att bidra till att göra fluor och framtida läkemedel till starka skydd mot munhälsosjukdomar.