Magnesium känsligt RNA-element

Det magnesiumkänsliga RNA-elementet , inte att förväxla med den helt distinkta M-box-riboswitchen , är ett cis-regulatoriskt element som reglerar uttrycket av magnesiumtransportproteinet MgtA . Den är belägen i 5' UTR av denna gen. Mekanismen för den potentiella magnesiumavkänningskapaciteten hos detta RNA är fortfarande oklar, även om en färsk rapport tyder på att RNA-elementet riktar sig mot mgtA-transkriptet för nedbrytning av RNase E när celler odlas i miljöer med hög Mg ^{2+ .}

Bakgrund

Termen riboswitches hänvisar till en kollektiv grupp av cis-regulatoriska element som mestadels är belägna i de oöversatta regionerna av budbärar-RNA . Syftet med dessa molekyler är att de har förmågan att reglera genuttryck genom associering med olika metaboliter, och som sådana behöver de inte hjälp från olika proteinfaktorer. Dessa specifika typer av RNA kan ha individualiserade strukturer och funktioner, men har för det mesta vissa egenskaper och funktioner som förblir bevarade.

Strukturera

Magnesiumkänsliga RNA-
elementidentifierare
Symbol	Mg sensor
Rfam	RF01056
Övriga uppgifter
RNA -typ	Cis -reglerande element
Domän(er)	Enterobacteriales
GÅ	0032026
PDB- strukturer	PDBe

Den grundläggande strukturen hos en riboswitch består av två strukturella element som förblir mycket konserverade i de flesta av dessa typer av RNA. Dessa två element är aptameren och uttrycksplattformen. Aptamerens huvudsakliga roll är att känna av närvaron av en specifik ligand medan expressionsplattformen är viktigare för att kontrollera genuttryck på en mängd olika sätt. Mer specifikt, i en bakteriell riboswitch, noteras det att expressionsplattformen vanligtvis är belägen nedströms om aptameren . Som ett resultat möjliggör detta för uttrycksplattformen att kunna bedöma graden av bindning som sker mellan liganden och RNA:t så att den kan fungera på ett sätt som ger korrekt genreglering och uttryck. Denna egenskap hos expressionsplattformar att manipulera sin egen tertiära struktur för att säkerställa korrekt genuttryck är dock det som möjliggör förändringen av dessa konserverade regioner som inte ses i aptamerdelen av riboswitchen. Aptamerregionen tenderar att bibehålla både sina sekvenser och strukturer på grund av det faktum att det endast finns fyra monomerer som RNA använder för att bilda bindningsfickan som kommer att fungera som ett bindningsställe för en specifik metabolit. Detta skiljer sig från uttrycksplattformen eftersom strukturen, och möjligen sekvensen, som finns inom denna region av riboswitchen har förmågan att engagera sig i alternativa vikningsstrukturer som kan bidra till effektiviteten i vilken gener uttrycks. Detta motiverar således observationen att expressionsplattformen tenderar att vara mindre konserverad evolutionär än aptamerregionen.

Fungera

Expressionsplattformens evolutionära avvikelse från denna konserverade väg har många konsekvenser i de olika funktionerna som visas av olika riboswitchar. Sådana funktioner kan inkludera transkriptionsterminering , translationsinitiering, eukaryota splitsningsmekanismer, transkriptionsinterferens, självklyvning och många fler. Av dessa funktioner är den vanligaste funktionen som enkla riboswitchar deltar i reglering av transkriptionsterminering . För att modulera denna process kommer en bakteriell riboswitch att hjälpa till i utvecklingen av en stark stamliknande struktur som följs av en serie uridinrester. Syftet med denna struktur och sekvens är att underlätta uppkomsten av en inneboende transkriptionsterminator. Under transkription kommer denna inneboende terminator att mötas av RNA-polymeras och orsaka att detta transkriptionsprotein stannar kort innan DNA-mallen och den nya RNA-produkten släpps. Trots det, även om det finns olika typer av riboswitchar med olika strukturer och funktioner, kommer resten av denna artikel att diskutera det magnesiumkänsliga RNA-elementet och dess respektive struktur och funktion.

Magnesium känsligt RNA-element

En specifik typ av bakteriell riboswitch som spelar en viktig roll för att upprätthålla magnesiumhomeostas är känd som det magnesiumkänsliga RNA-elementet. Denna riboswith är belägen i den 5' otranslaterade regionen av genen mgtA som består av 264 nukleotider .

Strukturera

Ungefär som andra generella riboswitchar kvarstår moduleringen av genuttryck genom ligandbindning. Men det som gör detta cis-regulatoriska element unikt är det faktum att det delar ett distinkt förhållande med RNA genom sin positivt laddade magnesiumjon som fungerar som liganden. Den strukturella funktionen hos denna tvåvärda jon involverar stabilisering av komplexa RNA-veck som ses i den tertiära strukturen av en RNA-molekyl. Utan närvaron av magnesiumjonen skulle veckningen av RNA-molekyler som används för att bilda en korrekt ligandbindningsficka inte vara möjlig eftersom laddningsladdningsrepulsionen på grund av den negativt laddade fosfatrika RNA-ryggraden skulle förhindra detta ställe från att bildas .

Fungera

Dessutom har nya studier visat att det magnesiumkänsliga RNA-elementet har två mycket distinkta funktioner. Den första funktionen som har karakteriserats för denna molekyl är dess förmåga att fungera som en magnesiumsensor. Vad detta betyder är att i tider när koncentrationen av magnesium är låg i cellerna kommer denna riboswitch att ändra sin konformation på ett sådant sätt att den gynnar transkriptionsförlängning. Å andra sidan, när koncentrationen av magnesium är hög i celler, kommer riboswitchen återigen att genomgå en konformationsförändring. Men denna gång kommer förändringen i konformation att resultera i transkriptionell inaktivering av nedströms gener . Dessa förändringar i konformationen resulterar i bildandet av en pseudoknot på grund av mekanismen i vilken RNA-elementet interagerar med magnesiumjonerna. Implikationen för denna form av magnesiumkoncentrationsberoende reglering är i syfte att upprätthålla en jämn nivå av magnesium i cellerna, vilket är förenligt med teorin om massverkan . Det är dock viktigt att notera att den faktiska mekanismen genom vilken det magnesiumkänsliga RNA-elementet har förmågan att utföra transkriptionsreglering fortfarande inte är klart förstått. En färsk rapport tyder dock på att det finns möjligheten för det magnesiumkänsliga RNA-elementet att ha kapacitet att rikta mgtA-transkriptet för nedbrytning av RNase E. Detta skulle endast gälla under förhållanden där cellerna odlas under höga magnesiumjonförhållanden . Den andra funktionen som nyligen har föreslagits för denna specifika typ av riboswitch är dess inblandning i mRNA-nedbrytningsprocessen. Det har noterats att det återigen verkar finnas ett magnesiumkoncentrationsberoende svar. I detta fall orsakar dock detta svar att 5'-UTR-regionen av mgtA målsätts för nedbrytning.

Det är också viktigt att notera att även om det magnesiumkänsliga RNA-elementet verkar likna M-box riboswitch baserat på struktur och funktion, är de inte samma sak. Sättet på vilket båda M-box-riboswitcharna kan likna det för det magnesiumkänsliga RNA-elementet är i strukturerna för deras respektive aptamerer . M -box riboswitch har visat sig innehålla ett metalloregulatoriskt RNA som liknar strukturen och funktionen hos det magnesiumkänsliga RNA-elementet. På liknande sätt har denna riboswitch också förmågan att bli involverad i transkriptionell och translationell reglering. Till exempel har versionen av M-box riboswitch som finns i mikroorganismen B. subtilis förmågan att stänga av uttrycket av nedströms gener på ett magnesiumkoncentrationsberoende sätt. Det som dock skiljer det magnesiumkänsliga RNA-elementet från denna typ av riboswitch är det faktum att de uppvisar olika distributionsmönster i förhållande till de gener som de transkriptionellt reglerar. Till skillnad från mgtA riboswitch-klassen som reglerar gener nedströms om sig själv, är M-box-riboswitch- klassen istället belägen uppströms om generna som den reglerar vilket inkluderar gener som kodar för magnesiumtransportörer och andra olika proteiner såsom ett Mycobacterium cellyteprotein och cell divisionsproteiner.

externa länkar

• Sida för Magnesium_Sensor på Rfam