Кіріспе
РНҚ-ны ыдыратуды катализдейтін ферменттер класы. Рибонуклеаза (жиі қысқартылып RNase деп аталады) – РНҚ-ны кішірек бөліктерге ыдыратуды катализдейтін нуклеазаның бір түрі. Рибонуклеазалар эндорибонуклеазалар мен экзорибонуклеазаларға бөлінеді және EC 2.7 (фосфоролиздік ферменттер тобы) және 3.1 (гидролиздік ферменттер тобы) ферменттер кластарының бірнеше кіші топтарын құрайды.
Ribonuclease (commonly abbreviated RNase) is a type of nuclease that catalyzes the degradation of RNA into smaller components. Ribonucleases can be divided into endoribonucleases and exoribonucleases, and comprise several sub classes within the EC 2.7 (for the phosphorolytic enzymes) and 3.1 (for the hydrolytic enzymes) classes of enzymes.
Функция
Зерттелген барлық организмдерде екі түрлі кластағы көптеген РНАзалар бар, бұл РНК ыдырауы өте ерте заманнан келе жатқан және маңызды процесс екенін көрсетеді. Жасушалық РНК-ны қажетсізден тазалаумен қатар, РНАзалар барлық РНК молекулаларының пісіп жетілуінде маңызды рөл атқарады – ақуыздарды жасау үшін генетикалық материалды тасымалдайтын хабаршы РНК да, түрлі жасушалық процестерде жұмыс істейтін кодтамайтын РНК да осыған қатысты. Сонымен қатар, РНК-ның белсенді ыдырау жүйелері РНК вирустарына қарсы бірінші қорғаныс болып табылады және РНКi сияқты озық жасушалық иммундық стратегиялар үшін негізгі механизмді қамтамасыз етеді. Кейбір жасушалар А және Т1 сияқты ерекше емес РНАзаларды көп мөлшерде бөліп шығарады. Сондықтан РНАзалар өте кең таралған, нәтижесінде қорғалмаған ортадағы кез келген РНК өте қысқа ғұмыр сүреді. Барлық жасушаішілік РНК-лар 5'-ұшының жабылуы, 3'-ұшының полиаденилиялануы, РНК-РНК дуплексінің түзілуі және РНК-белок кешенінде жиырылу (рибонуклеопротеин бөлшегі немесе РНП) сияқты бірнеше стратегиялар арқылы РНАза әрекетінен қорғалатынын атап өту керек. Қорғаудың тағы бір механизмі – рибонуклеаза ингибиторы (RI), ол кейбір жасуша түрлерінде жасушалық ақуыздың салыстырмалы түрде үлкен үлесін (~0.1%) құрайды және белгілі бір рибонуклеазаларға кез келген ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуінің ең жоғары туыстығымен байланысады; физиологиялық жағдайларда RI-RNase A кешенінің диссоциация тұрақтылығы ~20 fM құрайды. РНК зерттейтін көптеген зертханаларда RI үлгілерді қоршаған ортадағы РНАзалардан ыдыраудан қорғау үшін қолданылады. Шекаралық ферменттерге ұқсас, қос тізбекті ДНК-ның өте нақты тізбектерін кесетін, жақында түрлі эндорибонуклеазалар жіктелді, олар жеке тізбекті РНК-ның нақты тізбектерін таниды және кеседі. РНАзалар ангиогенез және гүлді өсімдіктердегі (ангиоспермаларда) өзіндік үйлесімсіздік сияқты көптеген биологиялық процестерде маңызды рөл атқарады. Прокариоттық токсин-антитоксин жүйелерінің көптеген стресске жауап беретін токсиндері РНАза активтілігіне және гомологияға ие екені көрсетілді.
Эндорбинуклеазалардың негізгі түрлері
: RNase A - зерттеуде жиі қолданылатын RNase. RNase A (мысалы, ірі қараның панкреатикалық рибонуклеазасы A:) - зертханада жиі қолданылатын ең тұрақты ферменттердің бірі; оны оқшаулаудың бір әдісі - шикі жасушалық экстрактты RNase A-дан басқа барлық ферменттер денатурацияланғанға дейін қайнату. Ол бір жіпті РНК үшін ерекшеленеді. Ол жұптаспаған С және U қалдықтарының 3' ұшын кеседі, нәтижесінде 2',3' циклдік монофосфат аралық арқылы 3' фосфорилирленген өнім пайда болады. Оның қызметі үшін кофакторлар қажет емес. : RNase H - ДНК/РНК дуплексіндегі РНК-ны ssDNA-ны өндіру үшін кесетін рибонуклеаза. RNase H - спецификалық емес эндонуклеаза және ферментке байланысқан екі валентті металл ионының көмегімен гидролиттік механизм арқылы РНК-ның кесілуін катализдейді. RNase H 5' фосфорилирленген өнім қалдырады. : RNase III - прокариоттардағы транскрипцияланған полицистрондық РНК оперонынан rRNA (16s rRNA және 23s rRNA) бөліп шығаратын рибонуклеазаның түрі. Сондай-ақ, ол екі тізбекті РНК (dsRNA) Дикер отбасының РНКазасын қоректендіреді, пре-миРНК-ны (60–70 жұп негіздік ұзындығы) белгілі бір жерде кесіп, оны миРНК-ға (22–30 жұп негіздік ұзындығы) түрлендіреді, ол транскрипция мен мРНК өмір сүру ұзақтығын реттеуге белсенді қатысады. EC нөмірі 3.1.26. : RNase L - интерферонмен шақырылған нуклеаза, ол белсендірілген кезде жасушадағы барлық РНК-ны жояды. : RNase P - рибонуклеазаның ерекше түрі, өйткені ол рибозим болып табылады – фермент сияқты катализатор ретінде әрекет ететін рибонуклеин қышқылы. Оның бір функциясы - бір тізбекті пре-тРНК-ның 5' ұшынан жетекші тізбекті кесіп алу. RNase P - табиғатта белгілі екі көп айналымды рибозимнің бірі (екіншісі - рибосома). Бактерияларда RNase P сонымен қатар холоферменттердің каталитикалық белсенділігіне жауап береді, олар коферментпен бірігіп белсенді фермент жүйесін құрайтын апоферменттен тұрады және осы жүйенің субстратқа қатысты ерекшелігін анықтайды. Жақында РНАза P-ның РНК-сыз ақуыз түрі табылды. EC нөмірі 3.1. : RNase PhyM - бір тізбекті РНК үшін тізбекке қатысты. Ол жұптаспаған А және U қалдықтарының 3' ұшын кеседі. : RNase T1 - бір тізбекті РНК үшін тізбекке қатысты. Ол жұпталмаған G қалдықтарының 3' ұшын кеседі. : RNase T2 - бір тізбекті РНК үшін тізбекке қатысты. Ол барлық 4 қалдықтың 3' ұшын кеседі, бірақ басымдықпен А-ның 3' ұшын кеседі. : RNase U2 - бір тізбекті РНК үшін тізбекке қатысты. Ол жұптаспаған А қалдықтарының 3' ұшын кеседі. : RNase V полиаденин және полиуридин РНК үшін ерекшеленеді. : RNase E - өсімдік тектес рибонуклеаза, ол бактерияларда SOS жауаптарын реттейді, бұл RecA/LexA тәуелді сигнал трандукциясы жолы арқылы SOS механизмін белсендіре отырып, ДНК зақымдануының стрессіне жауап береді, бұл транскрипциялық жолмен көптеген гендерді басады, нәтижесінде жасуша бөлінуі тоқтатылады және ДНК жөндеуі басталады. : RNase G - 5s rRNA-ның 16' ұшын өңдеуге қатысады. Ол хромосомалардың бөлінуімен және жасушалардың бөлінуімен байланысты. Ол цитоплазмалық осьтік жіпшелердің құрамдас бөлігі болып саналады және бұл құрылымның қалыптасуын реттеуге қабілетті деп есептеледі.
: RNase H is a ribonuclease that cleaves the RNA in a DNA/RNA duplex to produce ssDNA. RNase H is a non specific endonuclease and catalyzes the cleavage of RNA via a hydrolytic mechanism, aided by an enzyme bound divalent metal ion. RNase H leaves a 5' phosphorylated product. : RNase III is a type of ribonuclease that cleaves rRNA (16s rRNA and 23s rRNA) from transcribed polycistronic RNA operon in prokaryotes. It also digests double stranded RNA (dsRNA) Dicer family of RNAse, cutting pre miRNA (60–70bp long) at a specific site and transforming it in miRNA (22–30bp), that is actively involved in the regulation of transcription and mRNA life time. EC number 3.1.26. ? ? : RNase L is an interferon induced nuclease that, upon activation, destroys all RNA within the cell
: RNase P is a type of ribonuclease that is unique in that it is a ribozyme – a ribonucleic acid that acts as a catalyst in the same way as an enzyme. One of its functions is to cleave off a leader sequence from the 5' end of one stranded pre tRNA. RNase P is one of two known multiple turnover ribozymes in nature (the other being the ribosome). In bacteria RNase P is also responsible for the catalytic activity of holoenzymes, which consist of an apoenzyme that forms an active enzyme system by combination with a coenzyme and determines the specificity of this system for a substrate. A form of RNase P that is a protein and does not contain RNA has recently been discovered. EC number 3.1.?? : RNase PhyM is sequence specific for single stranded RNAs. It cleaves 3' end of unpaired A and U residues. : RNase T1 is sequence specific for single stranded RNAs. It cleaves 3' end of unpaired G residues. : RNase T2 is sequence specific for single stranded RNAs. It cleaves 3' end of all 4 residues, but preferentially 3' end of As. : RNase U2 is sequence specific for single stranded RNAs. It cleaves 3' end of unpaired A residues. : RNase V is specific for polyadenine and polyuridine RNA. : RNase E is a ribonuclease of plant origin, which modulates SOS responses in bacteria, for a response to the stress of DNA damage by activation of the SOS mechanism by the RecA/LexA dependent signal transduction pathway that transcriptionally depresses a multiplicity of genes leading to transit arrest of cell division as well as initiation of DNA repair. : RNase G It is involved in processing the 16' end of the 5s rRNA. It is related to chromosome separation and cell division. It is considered one of the components of cytoplasmic axial filament bundles. It is also thought that it can regulate the formation of this structure.
Экзорибонуклеазалардың негізгі түрлері
ЕК нөмірі: Полинуклеотидті фосфорилаза (PNPase) экзонуклеаза ретінде де, нуклеотидилтрансфераза ретінде де қызмет етеді. ЕК нөмірі: RNase PH экзонуклеаза және нуклеотидилтрансфераза ретінде жұмыс істейді. ЕК нөмірі 3.1.??: RNase R RNase II-нің жақын гомологы болып табылады, бірақ RNase II-ден айырмашылығы, қосымша факторлардың көмегісіз екіншілік құрылымдары бар РНК-ны ыдырата алады. ЕК нөмірі: RNase D пре-тРНК-ның 3'-тен 5'-ке дейінгі өңдеуіне қатысады. ЕК нөмірі 3.1.??: RNase T көптеген тұрақты РНК-ның 3'-тен 5'-ке дейінгі жетілуіне басты үлес қосады. : Олигорибонуклеаза қысқа олигонуклеотидтерді мононуклеотидтерге ыдыратады. : I экзорибонуклеаза 5'-тен 3'-ке дейінгі бір тізбекті РНК-ны ыдыратады, тек эукариоттарда ғана кездеседі. : Экзорибонуклеаза II экзорибонуклеаза I-нің жақын гомологы болып табылады.
RNase ерекшелігі
Белсенді орын – барлық белсенді орын қалдықтары қабырғасы мен түбін құрайтын жарық аңғарына ұқсайды. Жарық өте тар, ал кішкентай субстрат белсенді орынның ортасына дәл келіп, қалдықтармен толыққанды өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. Оның құрылымында субстратта да болатын шағын иілім бар. Көбінесе экзо- және эндорибонуклеаздар белгілі бір тізбекке байланысты болмаса да, жақында CRISPR/Cas жүйесі ДНК-ны тани және кесетін қабілетіне ие болды, соның арқасында ол ssРНК-ны да белгілі бір тізбек бойынша бөліп кесуге қолданылады.
РНҚ экстракциясы кезінде RNase ластануы
Молекулалық биология эксперименттерінде РНК-ны алу РНК үлгілерін жоятын кең таралған және төзімді рибонуклеазалардың болуымен қатты қиындатылады. Кейбір рибонуклеазалар өте берік болуы мүмкін, сондықтан оларды инактивациялау ДНКазаларды бейтараптандыруға қарағанда қиын. Жасушадан шығарылған рибонуклеазалардан басқа, қоршаған ортада да бірнеше рибонуклеазалар кездеседі. Рибонуклеазалар әртүрлі организмдерде көптеген жасушадан тыс функцияларды орындауға эволюциялық дамыған. Мысалы, RNase 7, RNase A суперотбасының мүшесі, адам терісімен секрецияланады және күшті антипатогендік қорғанысқа қызмет етеді. Мұндай секрецияланатын рибонуклеазаларда ферменттік рибонуклеаза активтілігі олардың жаңа, экзаптацияланған функциясы үшін қажет болмауы мүмкін. Мысалы, иммундық рибонуклеазалар бактериялардың жасушалық мембраналарын тұрақсыздандыру арқылы әрекет етеді.