Кіріспе
Молекулалық биологияда рибосвиттер – кішкентай молекуланы байланыстыратын және мРНК кодтайтын ақуыздардың өндірісінде өзгерістерге алып келетін хабаршы РНК молекуласының реттегіш сегменті. Осылайша, рибосвиттерді қамтитын мРНК өзінің эффектор молекуласының концентрациясына жауап ретінде өзінің әрекетін реттеуге тікелей қатысады. Қазіргі заманғы организмдердің РНК-ны кішкентай молекулаларды байланыстыру үшін пайдалануы және олардың жақын туысқан аналогтарын ажырата алуы РНК-ның белгілі табиғи қабілеттерін – ақуыздарды кодтау, реакцияларды катализдеу немесе басқа РНК немесе ақуыз макромолекулаларын байланыстыру мүмкіндігінен асып түсті. "Рибосвиттер" терминінің бастапқы анықтамасы олардың кішкентай молекулалық метаболиттердің концентрациясын тікелей сезуін көрсетеді, бірақ бұл эксперименттік жолмен тексерілмеген.
Тарих және ашылу
Рибоауыстырғыштардың табылуына дейін, бірнеше метаболикалық жолдарға қатысқан кейбір гендердің реттелу механизмі жұмбақ болып қала берді. Жиналған деректер сол кезде бұрын-соңды болмаған идеяны күшейтті, яғни мРН-ның өзіне тән реттелуіне әсер ету үшін метаболиттерді тікелей байланыстыруы мүмкін еді. Бұл деректерге тиісті гендердің аудармалмаған аймақтарында (УТР) жиі кездесетін сақталған РНК екіншілік құрылымдары және аптамерлер деп аталатын жасанды шағын молекулаларды байланыстыратын РНК-ны жасау процедураларының сәттілігі кірді. 2002 жылы көптеген рибоауыстырғыштардың толық дәлелдері жарияланды, оның ішінде ақуызсыз байланысу әсерлері және метаболит байланыстыру рибоауыстырғыштары гендік реттеудің жаңа механизмі ретінде орнатылды. Көптеген алғашқы ашылған рибоауыстырғыштар 5' УТР-дегі сақталған тізбек "мотивтеріне" (үлгілерге) сәйкес келді, бұл құрылымдалған РНК-ға сәйкес келеді. Мысалы, бірнеше гендердің бірдей реттелуі күтілген жоғарыдағы аймақтарының салыстырмалы талдауы S қорабын (қазір SAM I рибоауыстырғышы), THI қорабын (TPP рибоауыстырғышының ішіндегі аймақ), RFN элементін (қазір FMN рибоауыстырғышы) және B12 қорабын (кобаламин рибоауыстырғышының бөлігі) сипаттауға әкелді, ал кейбір жағдайларда олардың белгісіз механизм арқылы гендік реттеуге қатыстылығы эксперименталды түрде көрсетілді. Биоинформатика соңғы жаңалықтарда маңызды рөл атқарды, негізгі салыстырмалы геномика стратегиясын автоматтандыруды арттырды. Баррик және авторлар (2004) Bacillus subtilis-тің барлық УТР-леріне гомологты УТР-лерді табу үшін BLAST-ты қолданды. Осы гомологты жиынтықтардың кейбіреулері сақталған құрылымға тексерілді, нәтижесінде 10 РНК-ға ұқсас мотивтер пайда болды. Олардың үшеуі кейіннен glmS, глицин және PreQ1 I рибоауыстырғыштары ретінде эксперименталды түрде расталды (төменде қараңыз). Бактериялардың қосымша таксономиялық топтарын және жақсартылған компьютерлік алгоритмдерді пайдалана отырып, кейінгі салыстырмалы геномикалық жұмыстар эксперименталды түрде расталған қосымша рибоауыстырғыштарды, сондай-ақ рибоауыстырғыштар ретінде жұмыс істейді деп болжанған сақталған РНК құрылымдарын анықтады.
Есептеу модельдері
Рибосвитчтерді in silico әдістермен де зерттеу жүргізілді. Атап айтқанда, рибосвитчтерді болжауға арналған шешімдерді екі кең санатқа бөлуге болады: рибосвитч генін табушылар, яғни геномдық қарастыру арқылы рибосвитчтерді анықтауға бағытталған жүйелер, көбінесе мотивтерді іздеу механизмдарына негізделген. Бұл топқа Rfam дерекқорының негізін қалаушы компоненті Infernal, сондай-ақ RibEx немесе RiboSW сияқты арнайы құралдар кіреді. конформациялық ауысуды болжаушылар, яғни паRNAss, RNAshapes және RNAbor сияқты баламалы құрылымдардың құрылымдық жіктелуіне негізделген әдістер. Бұдан бөлек, ON/OFF құрылымын болжау үшін отбасыға тән тәсілдер де ұсынылған. SwiSpot құралы белгілі бір дәрежеде екі топты да қамтиды, себебі ол рибосвитчтердің болуын бағалау үшін конформациялық болжамдарды пайдаланады.
riboswitch gene finders, i. e. systems aimed at uncovering riboswitches by genomic inspections, mostly based on motif searching mechanisms. This group contains Infernal, the founding component of the Rfam database, and more specific tools such as RibEx or RiboSW. conformational switch predictors, i. e. methods based on a structural classification of alternative structures, such as paRNAss, RNAshapes and RNAbor. Moreover, family specific approaches for ON/OFF structure prediction have been proposed as well. The SwiSpot tool somehow covers both the groups, as it uses conformational predictions to assess the presence of riboswitches.
РНК әлем гипотезасы
Рибосуиттер табиғи РНК-ның кішкентай молекулаларды нақты байлай алатынын көрсетеді, бұл қабілет бұрын протеиндердің немесе аптамерлер деп аталатын жасанды түрде жасалған РНК-ның қатарында деп есептелген. Сондықтан, тіршілік әлемінің барлық салаларында рибосуиттердің болуы РНК әлемі гипотезасын қолдайды, ол тіршілік бастапқыда тек РНК арқылы пайда болды және протеиндер кейін пайда болды деген тұжырымды ұсынады; бұл гипотеза протеиндер атқаратын барлық маңызды функцияларды (кішкентай молекулаларды байланыстыру сияқты) РНК-ның да орындай алуы керек екенін талап етеді. Кейбір рибосуиттер ежелгі реттеу жүйелерінің немесе тіпті РНК әлемі рибозимдерінің қалдықтары болуы мүмкін, олардың байланыс домендері сақталған.
Антибиотиктердің нысанасы ретінде
Рибосвиттер жаңа антибиотиктердің нысанасы болуы мүмкін. Шындығында, ондаған жылдар бойы әсер ету механизмі белгісіз болған кейбір антибиотиктер рибосвиттерге әсер ету арқылы жұмыс істейтіні анықталды. Мысалы, пиритиамин антибиотик жасушаға енген кезде, ол пиритиамин пирофосфатына метаболизденеді. Пиритиамин пирофосфаты ТПП рибосвитімен байланысып, оны белсендіреді, нәтижесінде жасуша ТПП синтезін және импортын тоқтатады. Пиритиамин пирофосфаты ТПП-ні кофермент ретінде алмастыра алмайтындықтан, жасуша қаза табады.