아르고나이트

Argonaute
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Argonaut와 혼동하지 말 것.

진화적으로 보존된 줄기세포 [1]기능으로 처음 발견된 아르고나이트 단백질 패밀리는 RNA 유도 사일런싱 복합체(RISC)의 필수 구성 요소로서 RNA 사일런싱 과정의 중심 역할을 한다.RISC는 RNA 간섭(RNAi)으로 알려진 유전자 사일런싱 현상에 책임이 있다.아르고나이트 단백질은 마이크로 RNA(miRNA), 작은 간섭 RNA(siRNA) 및 PiWi-상호작용 RNA(piRNA)를 포함한 다양한 종류의 작은 비코드 RNA와 결합합니다.작은 RNA는 배열 상보성(베이스 쌍)을 통해 아르고나이트 단백질을 특정 표적으로 유도하고, 이는 mRNA 절단, 번역 억제 및/또는 mRNA [2]붕괴 시작을 이끈다.

이 단백질 패밀리의 이름은 아라비도시스 탈리아나의 AGO1 돌연변이에 기인하는 돌연변이 표현형에서 유래했으며, Bohmert 등은 이를 원양낙지 Argonauta [3]argo의 출현에 비유했다.

아르고나우테 피위 도메인
1u04-argonaute.png
Pyrococcus furiosus의 아르고네이트 단백질. PDB 1U04. PIWI 도메인은 오른쪽에, PAZ 도메인은 왼쪽에 있습니다.
식별자
기호.피위
팜PF02171
인터프로IPR003165
프로 사이트PS50822
CDDcd02826
Argonaute Paz 도메인
식별자
기호.파즈
팜PF12212
인터프로IPR021103
SCOP2b.34.14.1 / SCOPe / SUPFAM
왼쪽: 고세균종인 파이로코커스 후리오수스의 전신 아르고네이트 단백질.PDB 1U04.오른쪽: 이중가닥 RNAPDB1과 복합체 내 아르고나이트 단백질의 PIWI 도메인YTU. 가이드 스트랜드 상의 5' 베이스와 보존된 티로신 잔기(연한 파란색) 사이의 베이스 스택 상호작용이 강조되며 안정화 2가 양이온(마그네슘)은 회색 구체로 표시됩니다.
포유류 세포에서 설계된 shRNA와 RNA 간섭 메커니즘의 렌티바이러스 전달.

RNA 간섭

RNA 간섭(RNAi)은 RNA 분자가 유전자 발현을 억제하는 생물학적 과정이다.억제 방법은 특정 mRNA 분자의 파괴 또는 단백질 [4]번역을 단순히 억제하는 것이다.RNA 간섭은 기생하는 뉴클레오티드 배열로부터 세포를 보호하는 데 중요한 역할을 한다.동물을 포함한 많은 진핵생물에서 RNA 간섭 경로가 발견되며, 이는 Dicer 효소에 의해 개시된다.다이서는 바이러스와 작은 간섭 RNA에서 종종 발견되는 긴 이중 가닥 RNA(dsRNA) 분자를 약 20개의 뉴클레오티드 siRNA의 짧은 이중 가닥 조각으로 쪼개줍니다.그런 다음 dsRNA는 승객용 가닥과 가이드 가닥이라는 두 개의 단일 가닥 RNA(ssRNA)로 분리됩니다.그 후, 가이드 스트랜드가 RNA 유도 사일런싱 복합체(RISC)에 짜넣어지는 동안, 승객 스트랜드가이드 스트랜드가이드 스트랜드가 RNA 유도 사일런싱 복합체(RISC)에 짜넣어진다.RNAi의 가장 잘 연구된 결과는 전사 후 유전자 사일런싱으로, 이는 안내 가닥이 메신저 RNA 분자의 상보적 배열과 쌍을 이루고 RNA 유도 사일런싱 복합체의 핵심에 있는 아르고나이트에 의한 분열을 유도할 때 발생한다.

아르고나이트 단백질은 RNA 유도 소음 복합체의 활성 부분으로, 결합된 siRNA에 [5]상보적인 표적 mRNA 가닥을 절단한다.이론적으로 다이서는 짧은 이중가닥 단편을 생성하므로 두 개의 기능성 단일가닥 siRNA도 생성되어야 한다.그러나 여기 있는 두 개의 단일 가닥 RNA 중 하나만 표적 mRNA와 염기쌍에 사용됩니다.이것은 가이드 스트랜드로 알려져 있으며, Argonaute 단백질에 통합되어 유전자 사일링을 이끈다.다른 단일 가닥 명명된 승객 가닥은 RNA 유도 소음 복합 [6]과정 중에 분해됩니다.

일단 Argonaute가 작은 RNA와 관련되면, PIWI 도메인에 의해 주어지는 효소 활성은 작은 간섭 RNA의 승객 가닥만을 절단한다. RNA 가닥 분리 및 Argonaute 단백질로의 통합은 비대칭으로 알려진 RNA 이중체의 5-end에서의 수소 결합 상호작용 강도에 의해 유도된다.ry 규칙.또한 중간 RNA 이중체의 두 가닥 사이의 상보성은 miRNA가 다른 유형의 Argonaute 단백질로 분류되는 방법을 정의한다.

동물에서 miRNA와 관련된 아르고네이트는 mRNA의 3γ-미번역 영역에 결합하여 다양한 방법으로 단백질 생성을 방지한다.표적 mRNA에 대한 Argonaute 단백질의 보충은 mRNA 분해를 유도할 수 있다.또한 Argonaute-miRNA 복합체는 mRNA의 5µ 말단에서 기능성 리보솜의 형성에 영향을 미칠 수 있다.이 복합체는 번역 개시 요인 및/또는 폐기 리보솜 어셈블리와 경쟁합니다.또한 Argonaute-miRNA 복합체는 폴리펩타이드의 성장을 저해하는 펩타이드 또는 번역 후 수식효소 등의 세포인자를 모집함으로써 단백질 생성을 조절할 [7]수 있다.

식물에서는 일단 표적 mRNA와 함께 de novo 이중사슬(ds) RNA 듀플렉스가 생성되면 미지의 RNase-IIII 효소가 새로운 siRNA를 생성하며, 이러한 siRNA는 PIWI 도메인을 포함하는 Argonaute 단백질에 로드되며, 이는 특정 유전자 사일링의 다른 수준을 유도할 수 있다.

기능 도메인 및 메커니즘

Argonaute(AGO) 유전자 패밀리는 N- 말단(N), Linker-1(L1), PAZ, Linker-2(L2), Mid 및 C 말단 PIWI [7]도메인의 6가지 특성을 암호화합니다.

PAZ 도메인의 이름은 Drosophila piwi, Arabidopsis argonaute-1 및 Arabidopsis zwille(핀헤드로 알려져 나중에 Argonaute-10으로 개명)의 유전자 이름에서 만들어진 약자로, 이 도메인이 최초로 보존된 것으로 인식되었다.PAZ 도메인은 siRNA, miRNA 및 piRNA의 단가닥 3µ 말단을 순차적으로 독립적인 방식으로 인식하는 RNA 결합 모듈이다.

드로소필라 PIWI 단백질은 이 특징적인 모티브에 이름을 붙였다.구조적으로 RNaseH와 유사하기 때문에 PIWI 도메인은 표적 분할에 필수적이다.아스파르트산(아스파르트산) 글루탐산 삼원체가 있는 활성 부위에는 촉매 작용에 필요한 2가 금속 이온이 있다.진화 과정에서 이 보존된 특징을 잃은 AGO의 가족 구성원들은 분열 활동이 부족할 것이다.인간 AGO에서 PIWI 모티브는 또한 PIWI 박스에서 단백질-단백질 상호작용을 매개하며, RNase III 도메인 [8]중 하나에서 Dicer와 결합한다.

PIWI 도메인과 중간 도메인의 인터페이스에는 기능에 필수적인 siRNA, miRNA 또는 piRNA의 5' 인산염이 있다.Mid 내에는 MC 모티브, eIF4E에서 발견된 캡 결합 구조 모티브를 모방하기 위해 제안된 호몰로그 구조가 있다.MC 모티브는 mRNA 캡 결합에 관여하지 않는 것으로 나중에 밝혀졌다.

가족 구성원

인간의 경우, 8명의 AGO 가족이 있으며, 그 중 일부는 집중적으로 조사된다.그러나 AGO1-4는 miRNA를 로드할 수 있지만 엔도핵산가수분해효소 활성은 독점적으로 AGO2에 속한다.패밀리에 걸친 PAZ 및 PIWI 도메인의 시퀀스 보존을 고려하면 AGO2의 일의성은 N 종단 또는 PAZ 및 PIWI [8]모티브를 링크하는 간격 영역 중 하나에서 발생하는 것으로 추정됩니다.

식물에 있는 몇몇 AGO 가족 구성원들 또한 연구를 끌어들인다.AGO1은 miRNA 관련 RNA 분해에 관여하며 형태 형성에 중심적인 역할을 한다.일부 유기체에서는 후생성 소음화에 엄격하게 필요하다.miRNA 자체에 의해 규제됩니다.AGO4는 RNAi 유도 RNA 분해에 관여하지 않고, 작은 RNA(smRNA) 경로를 통해 DNA 메틸화 및 기타 후생유전학적 조절에 관여한다.AGO10은 플랜트 개발에 관여하고 있습니다.AGO7은 AGO 1 및 10과는 다른 기능을 가지고 있으며, 트랜스유전자에 의해 유도되는 유전자 사일런싱에서는 발견되지 않는다.대신 [9]발전소의 발달 시기와 관련이 있다.

질병 및 치료 도구

아르고네이트 단백질은 [10][11]암과 관련이 있는 것으로 보고되었다.췌장암과 같이 특정 특정 특정 유전자의 선택적 발현 또는 높은 발현과 관련된 질환의 경우, RNA 간섭의 높은 배열 특이성은 변이된 내인성 유전자 배열과 관련된 암을 퇴치하는 데 특히 적합한 치료제가 될 수 있다.miR-15a 및 miR-16a가 환자에서 자주 삭제 및/또는 하향 조절되는 것과 같은 몇 가지 작은 비코드 RNA(마이크로RNA)가 인간 암과 관련이 있는 것으로 보고되었다.miRNA의 생물학적 기능은 완전히 이해되지 않았지만, miRNA가 발달 및 대사 중 세포 증식과 세포 사멸의 조정에 미치는 역할이 밝혀졌다.miRNA가 다른 수준에서 음 또는 양의 조절을 지시할 수 있다고 믿으며, 이는 특정 miRNA와 표적 염기쌍 상호작용 및 [12]이를 인식하는 보조 인자에 따라 달라진다.

많은 바이러스가 DNA가 아닌 RNA를 유전물질로 가지고 있고 이중가닥 RNA를 만들 때 생명주기 중 적어도 한 단계를 거치는 것으로 널리 알려져 있기 때문에, RNA 간섭은 바이러스로부터 유기체를 보호하기 위한 잠재적으로 진화적으로 오래된 메커니즘으로 여겨져 왔다.Dicer에 의해 생성된 작은 간섭 RNA는 엔도핵산가수분해효소인 RISC를 mRNA로 유도함으로써 전사 후 유전자 사일링을 유발한다.이 과정은 뉴로스포라 균류, 식물 그리고 포유동물 세포와 같은 광범위한 유기체에서 보여져 왔다.작은 RNA와 표적 사이에 완전 또는 거의 완전한 배열 상보성이 존재하며, RISC의 아르고네이트 단백질 성분이 표적 전사체의 분열을 매개하는 경우, 메커니즘은 주로[citation needed] 번역 억제를 포함한다.

중요한 것은, 아르고나이트 4(AGO4) 결핍형 인플루엔자 감염 마우스는, AGO1 또는 AGO3 결핍형 [14]생쥐와 대조적으로, 생체내에서의 부하와[13] 바이러스 적정치가 현저하게 높다는 것이다.따라서 포유동물 세포에서 AGO4 기능의 특정 촉진은 효과적인 항바이러스 전략이 될 수 있다.

원핵생물 아르고네이트 단백질의 생명공학 응용

2016년, 허베이 과학기술 대학의 한 그룹은 Natronobacterium gregoryi의 원핵생물인 Argonaute 단백질을 사용하여 게놈 편집을 보고하였다.그러나 게놈 편집을 위한 DNA 유도 핵산 분해효소로서의 아르고나이트 단백질의 적용에 대한 증거는 주요 [15]저널로부터 주장을 철회하면서 의문시되고 있다.2017년 일리노이 대학의 한 그룹은 인공 제한 [16]효소로 시험관 내 DNA를 편집하기 위한 안내 DNA와 함께 Pyrococcus furiosus(PfAgo)에서 채취한 원핵생물 아르고네이트 단백질을 사용했다고 보고했다.또한 PfAgo 기반의 인공 제한 효소는 효소적 [17]절단을 통해 네이티브 DNA 배열에 대한 데이터를 저장하기 위해 사용되었다.

레퍼런스

  1. ^ Cox DN, Chao A, Baker J, Chang L, Qiao D, Lin H (December 1998). "A novel class of evolutionarily conserved genes defined by piwi are essential for stem cell self-renewal". Genes & Development. 12 (23): 3715–3727. doi:10.1101/gad.12.23.3715. PMC 317255. PMID 9851978.
  2. ^ Jonas S, Izaurralde E (July 2015). "Towards a molecular understanding of microRNA-mediated gene silencing". Nature Reviews. Genetics. 16 (7): 421–433. doi:10.1038/nrg3965. PMID 26077373. S2CID 24892348.
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외부 링크