캡핑효소

Capping enzyme
mRNA guallyltransferase
PDB 1ckm EBI
식별자
EC 번호2.7.7.50
CAS 번호.56941-23-2
데이터베이스
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캡핑 효소(CE)는 유전자 발현 1단계에서 세포핵에서 합성되는 과정에 있는 메신저 RNA 분자에 5'캡의 부착을 촉매로 하는 효소다.캡의 추가는 성장 중인 RNA 분자가 25개의 뉴클레오티드를 거의 함유하지 않은 후, 동시전술적으로 발생한다.효소 반응은 특히 RNA 중합효소 II의 인산화 카르복실-단자 영역(CTD)에 의해 촉매화된다.따라서 5' 캡은 RNA 중합효소 I 또는 RNA 중합효소 III에 의해 합성된 RNA가 아니라 이 중합효소에 의해 합성된 RNA에 한정된다.pre-mRNA는 일련의 수정 과정을 거친다 - 핵에서 나와 기능성 단백질로 변환되는 성숙한 mRNA가 되기 전에 5'의 캡팅, 스플라이싱 및 3'의 폴리아데닐레이션. 그리고 5' 끝의 캡팅은 이러한 수정 중 첫 번째다.메틸화 5' 캡을 mRNA에 추가하는 데 RNA 3인산효소, guanyltransferase(또는 CE), 메틸전달효소 3개 효소가 관여한다.

캡 형성

5'cap structure
5인치 캡 구조

캡팅은 효소 RNA 3인산효소, 구아닐리전달효소, 메틸전달효소 등을 활용한 3단계 공정이다.[1][2]일련의 3단계를 통해 캡을 첫 뉴클레오티드의 5' 히드록실 그룹에 추가해 전사가 진행되는 동안 mRNA 가닥이 성장한다.[1][3]첫째, RNA 5의 삼인산효소는 5' 삼인산군을 가수분해하여 diphospate-RNA를 만든다.그런 다음 guanyltransferase에 의한 GMP를 첨가하면 구아노신 캡이 생성된다.마지막으로 RNA 메틸트랜스퍼레이즈는 구아노신 캡에 메틸 그룹을 전달하여 대본 5의 끝에 부착된 7-메틸과노신 캡을 산출한다.[1][3][4][5]캡핑 효소라 불리는 이 세 효소는 DNA를 mRNA 전사에 필요한 효소인 RNA 중합효소 II에 부착해야 각각의 반응을 촉진시킬 수 있다.RNA 중합효소 II와 캡핑 효소의 이 콤플렉스가 달성되면 캡핑 효소는 RNA 중합효소 II에 의해 생산되는 동안 mRNA에 캡을 추가할 수 있다.[6]

함수

MRNAexportimage
5'capping 프로세스부터 시작하여 mRNA 내보내기 프로세스

진핵 RNA는 핵으로부터 수출되어 기능 단백질로 성공적으로 번역되기 위해서는 일련의 수정을 거쳐야 하는데, 이들 중 상당수는 mRNA 상한에 의존하고 있는데, 이는 최초의 mRNA 수정에 의한 것이다.[6][7]mRNA의 안정성을 위해 5' 캡처가 필수적이며, mRNA 프로세싱, mRNA 수출 및 번역 기능을 강화한다.[1][7][8]캡슐화에 성공한 후, 추가적인 인산화 이벤트는 RNA 스플리싱에 필요한 기계의 모집을 시작하는데, 이것은 성숙한 mRNA를 생산하기 위해 인트론을 제거하는 과정이다.[6]mRNA에 캡을 추가하면 보호되지 않은 RNA를 저하시키는 외부핵물질로부터 대본을 보호하게 되고, mRNA가 단백질을 형성하도록 변환될 수 있도록 핵 수출 수송 과정을 돕는다.[1]5'캡의 기능은 RNA의 궁극적인 발현에 필수적이다.[1]

구조

캡핑 효소는 공동 뉴클레오티딜 트랜스퍼레이즈 슈퍼 패밀리의 일부로서, DNA 리깅스와 RNA 리깅스도 포함한다.[7][9][10][11]이 슈퍼패밀리의 효소는 다음과 같은 유사성을 공유한다.

캡핑 효소는 뉴클레오티딜전달효소(NTase) 영역과 C-terminal OB(Olegonucleotide Binding) 영역의 두 영역으로 구성된다.[7][10]NTase 영역은 캡핑 효소, DNA, RNA 리가아제에 보존되어 있으며 I, III, IIIa, IV, V 5개의 모티브로 구성되어 있다.[7][10]모티브 I 또는 KxDG는 공밸런트(리실)-N-GMP 중간이 형성되는 활성 사이트다.[7][8][9][11]NTase와 OB 영역 모두 캡슐화에 도움이 되는 순응적 변화를 겪는다.[10]

캡핑 효소는 진핵 세포의 핵에서 발견된다.[8][12]그 유기체에 따라 캡핑 효소는 단오작용이거나 분오작용이 있는 폴리펩타이드다.[4][5]사카로마이오스 세레비시아아이의 관일리엘전달효소(Ceg1)는 CEG1 유전자에 의해 인코딩되며, 459개의 아미노산(53-kD)으로 구성되어 있다.[4][13]RNA삼인산효소(Cet1)는 별도의 549개의 아미노산 폴리펩타이드(80-kD)로 CET1 유전자에 의해 암호화된다.[4][13][14]인간 캡핑 효소는 삼인산효소(N-terminal)와 구알릴전달효소(C-teriminal) 도메인을 모두 가진 분쇄성 폴리펩타이드의 예다.[15][16]캡핑 효소의 인간 mRNA guanyltransferase 영역은 7개의 헬리컬과 15개의 β 가닥으로 구성되어 있으며, 3개의 가닥, 5개의 가닥, 7개의 가닥으로 묶이고, 항타렐 β 시트로 배열되어 있다.[15]효소 구조는 힌지, 염기, 뚜껑으로 언급된 세 개의 하위 도메인을 가지고 있다.[15]GTP 바인딩 사이트는 힌지와 기본 도메인 사이에 위치한다.[15]뚜껑 영역은 Lysine과 주변 잔류물을 연결하는 인광아미드, GTP 결합 사이트로 구성된 활성 사이트 구획의 준수를 결정한다.[15]guanlyltransferase 도메인은 25개의 아미노산 유연한 루프 구조를 통해 3인산아제 영역과 연결된다.[15]

효소 활성의 영향

스플리싱은 7-메틸과노신 캡의 유무에 따라 달라진다.스플라이싱 결함은 구아닐리전달효소에 돌연변이가 발생하여 효소 활성을 억제하여 캡 형성을 방해할 수 있다.그러나 그 효과의 심각성은 관글리전달효소 돌연변이에 달려 있다.[1]게다가, 구알릴리전달효소는 NELF에 의해 매개되는 전사적 억압을 완화시킨다.[1][17]NELF는 DSIF와 함께 전사 연장을 방지한다.[1][5]따라서 효소의 돌연변이는 전사 연장에 영향을 미칠 수 있다.[1]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f g h i j Cowling VH (December 2009). "Regulation of mRNA cap methylation". The Biochemical Journal. 425 (2): 295–302. doi:10.1042/BJ20091352. PMC 2825737. PMID 20025612.
  2. ^ Mandal SS, Chu C, Wada T, Handa H, Shatkin AJ, Reinberg D (May 2004). "Functional interactions of RNA-capping enzyme with factors that positively and negatively regulate promoter escape by RNA polymerase II". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (20): 7572–7. Bibcode:2004PNAS..101.7572M. doi:10.1073/pnas.0401493101. PMC 419647. PMID 15136722.
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