PreQ1 riboswitch
| PreQ1 riboswitch | |
|---|---|
 Förutspådd sekundär struktur och sekvenskonservering av PreQ1
| |
| Identifiers | |
| Symbol | PreQ1 |
| Rfam | RF00522 |
| Övriga uppgifter | |
| RNA -typ | Cis-reg ; riboswitch |
| Domän(er) | Bakterie |
| SÅ | SO:0000035 |
| PDB- strukturer | PDBe 2L1V |
PreQ ) 1 -I riboswitch är ett cis-verkande element identifierat i bakterier som reglerar uttrycket av gener involverade i biosyntesen av nukleosiden queuosine (Q från GTP . PreQ 1 (pre-queuosine 1 ) är en mellanprodukt i queuosine-vägen, och preQ 1 riboswitch, som en typ av riboswitch , är ett RNA-element som binder preQ 1 . PreQ 1 riboswitchen utmärks av sin ovanligt lilla aptamer, jämfört med andra riboswitch. Dess tredimensionella struktur med atomupplösning har bestämts, med PDB ID 2L1V .
PreQ 1 klassificering
Tre underkategorier av PreQ 1 riboswitch finns: preQ 1 -I, preQ 1 -II och preQ 1 -III. PreQ 1 -I har en distinkt liten aptamer, som sträcker sig från 25 till 45 nukleotider lång, jämfört med strukturerna för PreQ 1 -II riboswitch och preQ 1- III riboswitch . PreQ 1 -II riboswitch, som endast finns i Lactobacillales , har en större och mer komplex konsensussekvens och struktur än preQ 1 -I riboswitch, med ett genomsnitt på 58 nukleotider som utgör dess aptamer, som bildar så många som fem basparade substrukturer. PreQ 1 -III riboswitch har en distinkt struktur och är också större i aptamerstorlek än preQ 1 -I riboswitch, allt från storlekar från 33 till 58 nukleotider. PreQ 1 -III riboswitch har en atypiskt organiserad pseudoknot som inte verkar inkorporera dess nedströms expressionsplattform vid dess ribosombindningsställe (RBS).
Historia
Medan preQ 1 först upptäcktes som en antikodonsekvens av tRNA från E.coli 1972, hittades preQ1 riboswitch först 2004 och kändes igen ännu senare. Den första rapporterade preQ 1 riboswitchen var belägen i ledaren för Bacillus subtilis ykvJKLM (queCDEF) operon som kodar för fyra gener som är nödvändiga för queuosinproduktion. I denna organism tros PreQ 1 -bindning till riboswitch -aptameren inducera för tidig transkriptionsterminering inom ledaren för att nedreglera uttrycket av dessa gener. Senare identifierades preQ1 riboswitch som en konserverad sekvens på 5' UTR av gener i många grampositiva bakterier och visade sig vara associerad med syntes av preQ 1 .
hittades också en andra klass av preQ 1 riboswitch ( PreQ1-II riboswitches ) som en representant för COG4708 RNA-motivet från Streptococcus pneumoniae R6. Även om PreQ 1 -II riboswitch också fungerar som queuosin biosyntetisk intermediär, är de strukturella och molekylära igenkänningsegenskaperna skilda från preQ1-I riboswitch, vilket indikerar att naturliga aptamerer som använder olika strukturer för att binda samma metabolit kan vara vanligare än vad som är känt för närvarande.
Struktur och funktion
.png)
PreQ1 riboswitch har två skaft och tre slingor, och dess detaljerade struktur har visats till höger. Riboväxlingsverkan hos preQ 1 riboswitchar i bakterier regleras genom bindning av metaboliten preQ 1 till aptamerregionen, vilket leder till strukturella förändringar i budbärar-RNA (mRNA) som styr den nedströms genetiska regleringen. PreQ 1 -riboswitchstrukturen antar en kompakt pseudoknot av H-typ , vilket gör den helt annorlunda än andra purinbaserade riboswitchar. PreQ 1 -liganden är begravd i pseudoknot-kärnan och stabiliserad genom interkalering mellan spiralformade staplar och vätebindningsinteraktion med heteroatomer. I frånvaro av preQ1 är P2-svansregionen borta från P2-loopregionen och följaktligen observeras riboswitchen vara i odockat (delvis dockat) tillstånd, medan vid bindningen av preQ 1 till riboswitchen resulterar de två P2-regionerna närmare . orsakar en fullständig dockning av riboswitch. Denna docknings- och avdockningsmekanism för riboswitch med förändringen i koncentrationen av ligand preQ 1 observeras för att kontrollera signaleringen av genreglering, allmänt känd som "ON" eller "OFF"-signalering för genuttryck. Docknings- och avdockningsmekanismen har observerats påverkas inte bara av liganden utan också av andra faktorer som Mg-salt. Liksom alla andra riboswitch är de två vanligaste typerna av genreglering som förmedlas av preQ 1 riboswitch genom transkriptionsdämpning eller hämning av translationsinitiering . Ligandbindning till den transkriptionella riboswitchen hos bakterier orsakar modifiering av strukturen hos riboswitchenheten, vilket leder till hinder i aktiviteten av RNA-polymeras som orsakar försvagning av transkription . På liknande sätt orsakar bindning av liganden till den translationella riboswitchen modifiering i den sekundära strukturen av riboswitchenheten, vilket leder till hinder för ribosombindning och därmed hämmande translationsinitiering .
Transkriptionsreglering
PreQ 1- medierad transkriptionsdämpning styrs av den dynamiska omkopplingen av anti-terminator och terminator hårnål i riboswitchen. För preQ 1 riboswitch från bakterien Bacillus subtilis (Bsu), förutsägs antiterminatorn vara mindre stabil än terminatorn, eftersom tillägget av preQ 1 förskjuter jämvikten signifikant mot bildandet av terminator. I närvaro av preQ1 , parar 3'-änden av den adeninrika svansdomänen med mitten av P1 hårnålsöglan för att bilda en pseudoknot av H-typ . I den naturliga mRNA-strukturen leder bindning av preQ 1 till aptamerregionen i riboswitchen till bildandet av en terminatorhårnål som gör att RNA-polymeras stoppar transkriptionen, en process som är allmänt känd som OFF-reglering av genetiskt uttryck eller transkriptionsterminering.
Översättningsreglering
Translation av protein i prokaryoter initieras genom bindning av 30S ribosomala subenhet till Shine-Dalgarno (SD)-sekvensen i mRNA . PreQ 1 -medierad hämning av translationell reglering kontrolleras genom att blockera Shine-Dalgarno-sekvensen av mRNA för att förhindra bindning av ribosom till mRNA för translation . Bindning av preQ1 till aptamerdomänen främjar sekvestreringen av en del av SD-sekvensen vid 5'-änden till P2-stammen av aptamerdomänen, vilket orsakar otillgänglighet för SD-sekvensen. Den translationella riboswitchen från bakterier Thermoanaerobacter tengcongensis ( Tte ) observeras vara tillfälligt stängd (fördockad) i frånvaro av preQ1, medan i närvaro av preQ1 antas ett helt dockat tillstånd. Denna docknings-/avdockningsjämvikt regleras inte bara av koncentrationen av ligand utan också av koncentrationen av Mg-salt. Otillgängligheten av SD-sekvens på grund av bildandet av pseudoknot i närvaro av preQ 1 visar OFF-regleringen av genetiskt uttryck i translationell riboswitch eller hämning av translationell initiering.
Fysiologisk relevans i bakteriell genreglering
PreQ 1 riboswitch-aktivitet i Tte- bakterier kan mätas genom nivåerna av två proteiner som finns i den kodande regionen av Tte- mRNA, som är TTE1564 och TTE1563. Proteiner nedströms preQ 1 -riboswitchen biosyntetiserar en nukleobas som kallas queuine och en nukleosid- queuosin hämmas av aktiveringen av preQ1-riboswitchen. Kön är involverad i antikodonsekvensen för vissa tRNA . Hos bakterier intar den hypermodifierade nukleobaskön den första antikodonpositionen, eller dess wobbleposition i tRNA:t av asparagin , asparaginsyra , histidin och tyrosin . I bakterier katalyserar enzymet tRNA-guanin transglykosylas (TGT) bytet av en guanin i position 34 i tRNA:t med queuine i den första anitkodonpositionen. Eukaryae införlivar queuine i RNA, medan eubacteria införlivar preQ 1 , som sedan genomgår modifiering för att ge queuine. Eftersom queuosin uteslutande produceras i bakterier, måste eukaryota organismer få sin försörjning av queuosin eller dess nukleobaskö från sin kost eller bakterier från sin tarmmikroflora . Innebörden av en brist på queuine eller queuosin är en oförmåga att göra queuosin-modifierat tRNA, och dessutom oförmågan hos cellen att omvandla fenylalanin till tyrosin .