ARN polimeraza dependentă de ARN

ARN-polimeraza dependentă de ARN ( RdRP din ing. ARN-polimeraza dependentă de ARN ) sau ARN replicaza  este o enzimă care catalizează replicarea ARN (sinteza ARN dintr-un matriță de ARN). Utilizarea ARN-ului ca șablon distinge în mod fundamental ARN replicaza de ARN polimeraza mai comună dependentă de ADN printre organismele vii moderne , care catalizează transcripția (sinteza ARN folosind ADN-ul ca șablon ).

ARN-polimerazele dependente de ARN (RdRp) sunt cele mai importante enzime codificate în genomul tuturor virusurilor care conțin ARN al căror ciclu de viață se desfășoară fără o etapă ADN. [2] [3] ARN polimeraza dependentă de ARN catalizează sinteza ARN complementară matriței de ARN dat. Procesul de replicare a ARN include două etape. La prima etapă (inițiere), sinteza ARN începe la sau aproape de capătul 3’ al matriței ARN printr-un mecanism independent de primer ( de novo ) sau dependent de primer (în acest caz, proteina asociată genomului viral (VPg). ; din ing. proteina virală legată de genom ).În timpul inițierii de novo , se adaugă nucleozid trifosfat (NTP) la capătul 3'-OH al primului, inițiind nucleozidul trifosfat. în timpul transferului secvenţial al trifosfaţilor nucleozidici, care se termină cu crearea complementară produsului ARN matriţă original [4] [5]

Istorie

ARN polimerazele dependente de ARN viral au fost descoperite la începutul anilor 1960 în cercetările asupra grupului Mengovirus și a virusului poliomielitei . În primele lucrări, sa observat că acești virusuri nu sunt sensibili la actinomicina D , un medicament care inhibă sinteza (transcripția) a ARN-ului dependent de ADN-ul celular. Drept urmare, s-a sugerat că acești virusuri au o enzimă specifică care catalizează sinteza ARN și utilizează direct ARN-ul ca șablon (fără a forma un șablon ADN).

Cea mai studiată enzimă din această clasă este ARN polimeraza dependentă de ARN a virusului poliomielitei. Genomul virusului este format din ARN, care intră în celulă prin endocitoză , mediată de recunoașterea receptorilor speciali de pe suprafața celulei. În citoplasma unei celule, ARN-ul viral poate acționa ca un șablon pentru sinteza ARN-ului fiică. Lanțurile complementare fiice rezultate pot servi și ca șabloane pentru reproducerea noilor genomi virali. Când genomii sunt reproduși, aceștia sunt ambalați și eliberați din celulă. Virionii fiice eliberați sunt capabili să infecteze celule noi. Avantajul acestei scheme de ciclu de viață este absența unei etape ADN virale, datorită căreia virusul se replic mai repede. În același timp, absența unui stadiu ADN poate fi considerată și un dezavantaj, deoarece face imposibilă reproducerea de noi virioni atunci când ARN-ul viral este distrus.

Multe ARN polimeraze dependente de ARN sunt strâns asociate cu membrane, ceea ce complică foarte mult izolarea și studiul lor. Cele mai cunoscute ARN polimeraze dependente de ARN sunt: ​​3Dpol a virusului poliomielitei , ARN-polimeraza dependentă de ARN a virusului stomatitei veziculoase și NS5B a virusului hepatitei C.

Multe eucariote au, de asemenea, ARN polimeraze dependente de ARN implicate în interferența ARN . La eucariote, aceste ARN polimeraze amplifică microARN , ARN-uri tranzitorii mici care formează ARN-uri dublu catenar folosind ARN interferențe mici ca primeri. [6] Interesant este că aceste ARN polimeraze dependente de ARN pot fi folosite de viruși pentru a-și replica propriul material genetic.

ARN-polimerazele dependente de ARN sunt foarte conservate printre virusuri și au o omologie semnificativă cu telomeraza eucariotă , deși motivul unui conservatorism atât de ridicat în organisme atât de diverse rămâne discutabil. [7] Asemănarea secvențelor de aminoacizi ale acestor enzime a condus la presupuneri cu privire la originea telomerazei din ARN polimeraza dependentă de ARN a virusurilor, dar această presupunere rămâne speculativă și nu are o confirmare exactă.

Structura

Toate ARN polimeraze dependente de ARN și multe ARN polimeraze dependente de ADN au o organizare tridimensională care are forma unei mâini drepte, cu următoarele domenii: palmă, patru degete și degetul mare. [8] Numai domeniul palmier, constând dintr-o foaie beta antiparalelă cu patru catene și două elice alfa, este conservat în toate enzimele. În ARN polimerazele dependente de ARN, domeniul palmier include trei motive conservate (A, B și C). Motivul A (D-x(4,5)-D) și motivul C (GDD) sunt apropiate spațial, iar resturile de acid aspartic ale acestor motive leagă Mg2 + și/sau Mn2 + . Reziduul de asparagină din motivul B este implicat în distingerea trifosfaților de ribonucleozide de trifosfații dezoxiribonucleozidici, ceea ce asigură mai degrabă sinteza ARN decât ADN-ul. [9] Organizarea domeniului [10] și structurile 3D ale centrului catalitic al unei game largi de ARN polimeraze dependente de ARN, chiar și cu omologie generală scăzută, rămân conservate. Centrul catalitic este format din mai multe motive care conțin un număr de resturi de aminoacizi conservate.

Clasificare

ARN polimeraze dependente de ARN pot fi găsite în următoarele 4 grupuri de viruși ARN (toți virusurile ARN fără un stadiu ADN):

• Virusuri care conțin ARN monocatenar (+) ((+) ssRNA) sau ARN dublu catenar (dsRNA), cu excepția retrovirusurilor și a Birnaviridae. Aceasta include familiile: Cystoviridae , Reoviridae , Hypoviridae , Partitiviridae , Totiviridae.
• Mononegavirales (virusuri cu un genom nesegmentat de ARN monocatenar (-), ARNss (-))
• Viruși cu un genom segmentat de ARN monocatenar (-). Acest grup include orthomyxovirusuri (inclusiv virusurile gripale A, B și C, Thogotovirusuri și virusul anemiei somonului), Arenavirusuri , Bunyavirusuri , Hantavirusuri , Nairovirusuri , Phlebovirusuri , Tenuivirusuri și Tospovirusuri.
• Familia Birnaviridae are un genom ARN dublu catenar (dsRNA).

ARN polimerazele dependente de ARN din prima dintre superfamiliile de mai sus pot fi împărțite în următoarele trei subgrupe:

• Virusuri eucariote ARN monocatenar (+), fără stadiu ADN
• bacteriofagi care conțin ARN. Se pot distinge două familii de bacteriofagi care conțin ARN: Leviviridae ((+) fagi ssRNA) și Cystoviridae (fagi dsARN)
• Familia Reoviridae de viruși ARNds.

În flavivirusuri , o poliproteină este codificată în genomul ARN monocatenar, care este apoi scindat într-un număr de produse, dintre care unul este NS5. Proteina recombinantă NS5 din dengue tip 1 exprimată în Escherichia coli are activitate de ARN polimerază dependentă de ARN. Această ARN polimerază dependentă de ARN are mai multe regiuni și motive care sunt omoloage cu alte ARN polimeraze dependente de ARN. [unsprezece]

Vezi și

• monstrul lui Spiegelman

Note

1. ↑ Akutsu, M; Da, Y; Virdee, S; Chin, JW; Komander, D. Baza moleculară pentru reactivitatea încrucișată a ubiquitinei și ISG15 în domeniile tumorii ovariene virale  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 2011. - Februarie ( vol. 108 , nr. 6 ). - P. 2228-2233 . - doi : 10.1073/pnas.1015287108 . — PMID 21266548 .
2. ↑ Koonin EV, Gorbalenya AE, Chumakov KM Identificarea provizorie a ARN polimerazelor dependente de ARN ale virusurilor dsARN și relația lor cu polimerazele virale ARN cu catenă pozitivă  // FEBS Lett  . : jurnal. - 1989. - iulie ( vol. 252 , nr. 1-2 ). - P. 42-6 . - doi : 10.1016/0014-5793(89)80886-5 . — PMID 2759231 .
3. ↑ Zanotto PM, Gibbs MJ, Gould EA, Holmes EC O reevaluare a taxonomiei superioare a virusurilor bazate pe ARN polimeraze  //  J. Virol. : jurnal. - 1996. - Septembrie ( vol. 70 , nr. 9 ). - P. 6083-6096 . — PMID 8709232 .
4. ↑ Z; jin; Leveque, V; Ma, H; Johnson, K.A.; Klumpp, K. Asamblarea, purificarea și analiza cinetică pre-staționară a complexului de alungire a ARN polimerazei dependente de ARN activ  //  Journal of Biological Chemistry  : journal. - 2012. - Vol. 287 , nr. 13 . - P. 10674-10683 . - doi : 10.1074/jbc.M111.325530 . — PMID 22303022 .
5. ↑ Kao CC, Singh P., Ecker DJ Inițierea de novo a sintezei ARN dependente de ARN viral  //  Virology: journal. - 2001. - Septembrie ( vol. 287 , nr. 2 ). - P. 251-260 . - doi : 10.1006/viro.2001.1039 . — PMID 11531403 .
6. ↑ Iyer LM, Koonin EV, Aravind L. Legătura evolutivă între subunitățile catalitice ale ARN polimerazelor dependente de ADN și ARN polimerazelor eucariote dependente de ARN și originea ARN polimerazelor  // BMC Struct  . Biol. : jurnal. - 2003. - ianuarie ( vol. 3 ). — P. 1 . - doi : 10.1186/1472-6807-3-1 . — PMID 12553882 .
7. ↑ Suttle CA Virusuri în mare   // Natură . - 2005. - Septembrie ( vol. 437 , nr. 7057 ). - P. 356-361 . - doi : 10.1038/nature04160 . — PMID 16163346 .
8. ↑ Structure of the ARN-dependent ARN polymerase of poliovirus  //  Structure : journal. - 1997. - August ( vol. 5 , nr. 8 ). - P. 1109-1122 . - doi : 10.1016/S0969-2126(97)00261-X . — PMID 9309225 .
9. ↑ Poliovirus ARN-dependent ARN polimerase (3Dpol): analiza structurală, biochimică și biologică a motivelor structurale conservate A și B  //  J. Biol. Chim.  : jurnal. - 2000. - august ( vol. 275 , nr. 33 ). - P. 25523-25532 . - doi : 10.1074/jbc.M002671200 . — PMID 10827187 .
10. ↑ Analiza structurii și funcției ARN polimerazei dependente de ARN, ghidate de structurile polimerazei cunoscute și predicțiile computerizate ale structurii secundare  //  Virology : journal. - 1998. - Decembrie ( vol. 252 , nr. 2 ). - P. 287-303 . - doi : 10.1006/viro.1998.9463 . — PMID 9878607 .
11. ↑ Proteina NS5 recombinantă a virusului dengue tip 1 exprimată în Escherichia coli prezintă activitate de ARN polimerază dependentă de ARN  //  Virology : journal. - 1996. - Februarie ( vol. 216 , nr. 2 ). - P. 317-325 . - doi : 10.1006/viro.1996.0067 . — PMID 8607261 .

Link -uri

• MeSH ARN+replicază
• Cod KF 2.7.7.48

Acest articol folosește text din domeniul public al Pfam și InterPro IPR000208