Введение
Класс ферментов
Рибонуклеаза P (RNase P) – это тип рибонуклеазы, расщепляющей РНК. RNase P уникальна среди других рибонуклеаз тем, что является рибозимом – рибонуклеиновой кислотой, выступающей в роли катализатора аналогично белковому ферменту. Её функция заключается в удалении дополнительной, или предшествующей, последовательности РНК с молекул тРНК. Кроме того, RNase P – один из двух известных в природе рибозимов, способных к многократному обороту (другой – рибосома), открытие которого принесло Сидни Альтману и Томасу Чеху Нобелевскую премию по химии в 1989 году: в 1970-х годах Альтман обнаружил существование предшественников тРНК с фланкирующими последовательностями и впервые охарактеризовал RNase P и её активность в процессе обработки 5'-лидерной последовательности предшественника тРНК. Недавние исследования также выявили новую функцию RNase P. Показано, что ядерная RNase P человека необходима для нормальной и эффективной транскрипции различных малых некодирующих РНК, таких как тРНК, 5S рРНК, SRP РНК и генов U6 snRNA, которые транскрибируются РНК-полимеразой III – одной из трёх основных ядерных РНК-полимераз в клетках человека.
В бактериях
Бактериальная РНКаза Р состоит из двух компонентов: РНК-цепи, называемой РНК М1, и полипептидной цепи, или белка, называемого белком С5. В живом организме оба компонента необходимы для нормального функционирования рибозима, но в пробирных условиях РНК М1 может выступать в качестве катализатора самостоятельно.
Бактериальная РН-фаза P классов А и В
Рибонуклеаза P (RNase P) — это повсеместно распространенная эндорибонуклеаза, обнаруженная у архей, бактерий и эукариот, а также в хлоропластах и митохондриях. Наиболее изученной её функцией является формирование зрелых 5'-концов тРНК путём расщепления 5'-лидерных последовательностей пре-тРНК. Клеточные RNase P представляют собой рибонуклеопротеины (РНП). РНК бактериальной RNase P сохраняет свою каталитическую активность даже в отсутствие белковой субъединицы, то есть является рибозимом. Изолированная эукариотическая и археальная РНК RNase P не демонстрирует сохранение каталитической функции, но остаётся необходимой для каталитической активности голофермента. Несмотря на то, что археальные и эукариотические голоферменты содержат значительно больше белка, чем эубактериальные, РНК-ядра у всех трёх линий гомологичны — спирали, соответствующие P1, P2, P3, P4 и P10/11, общие для всех клеточных РНК RNase P. Однако наблюдается значительная вариабельность последовательностей, особенно среди эукариотических РНК.
В археях
В археях рибонуклеопротеины RNase P состоят из 4–5 белковых субъединиц, связанных с РНК. Как показали эксперименты по реконституции in vitro, эти белковые субъединицы индивидуально не являются необходимыми для обработки тРНК, которая в основном опосредована РНК-компонентом. Структуры белковых субъединиц археальной RNase P были определены с помощью рентгеновской кристаллографии и ЯМР, что позволило выявить новые белковые домены и укладку, фундаментальные для функции. С использованием сравнительной геномики и усовершенствованных вычислительных методов радикально упрощенная форма РНК RNase P, получившая название "Тип Т", была обнаружена во всех полных геномах кренархеального филогенетического семейства Thermoproteaceae, включая виды родов Pyrobaculum, Caldivirga и Vulcanisaeta. Все они сохраняют обычный каталитический домен, но лишены узнаваемого домена специфичности. Экспериментально подтверждена 5'-tRNA-процессирующая активность РНК в одиночку. РНК RNase P видов Pyrobaculum и Caldivirga являются наименьшими природными формами, которые на сегодняшний день обнаружены в качестве трансляционно активных рибозимов.