RNA의존성 RNA중합효소
RNA-dependent RNA polymeraseRNA의존성 RNA중합효소 | |||||||||
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식별자 | |||||||||
EC 번호 | 2.7.7.48 | ||||||||
CAS 번호 | 9026-28-2 | ||||||||
데이터베이스 | |||||||||
인텐츠 | IntEnz 뷰 | ||||||||
브렌다 | 브렌다 엔트리 | ||||||||
ExPASy | NiceZyme 뷰 | ||||||||
케그 | KEGG 엔트리 | ||||||||
메타사이크 | 대사 경로 | ||||||||
프라이머리 | 프로필 | ||||||||
PDB 구조 | RCSB PDB PDBe PDBum | ||||||||
진 온톨로지 | AmiGO / QuickGO | ||||||||
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RNA 의존성 RNA 중합효소(RdRp) 또는 RNA 복제효소는 RNA 템플릿에서 RNA의 복제를 촉매하는 효소이다.구체적으로는 주어진 RNA 템플릿에 상보적인 RNA 가닥의 합성을 촉매한다.이것은 모든 유기체가 DNA 템플릿에서 RNA의 전사를 촉매하기 위해 사용하는 전형적인 DNA 의존성 RNA 중합효소와는 대조적이다.
RdRp는 사스-CoV-2를 포함한 DNA[1][2] 단계가 없는 대부분의 RNA를 포함한 바이러스의 게놈에 암호화되는 필수 단백질이다.일부 진핵생물들은 또한 RNA 간섭에 관여하며 바이러스 RdRps와 구조적으로 다르다.
역사
바이러스 RdRps는 1960년대 초 메고바이러스와 소아마비 바이러스에 대한 연구에서 발견되었는데, 이들 바이러스가 세포 DNA 유도 RNA 합성을 억제하는 약인 액티노마이신 D에 민감하지 않다는 것이 관찰되었다.이러한 민감성 부족은 RNA 템플릿에서 RNA를 복사할 수 있는 바이러스 특이 효소가 있다는 것을 암시했다.
분배
RdRps는 바이러스 전체에 걸쳐 보존성이 높고 텔로머라아제와도 관련이 있습니다.단, [3]그 이유는 2009년 현재 계속적인 질문입니다.유사성은 바이러스 RdRps가 인간의 텔로머라아제 조상이라는 추측을 불러 일으켰다.
RdRp의 가장 유명한 예는 소아마비 바이러스이다.바이러스 게놈은 RNA로 구성되어 있으며, RNA는 수용체 매개 내구성세포증을 통해 세포로 들어갑니다.여기서부터 RNA는 즉시 상보적인 RNA 합성을 위한 템플릿 역할을 할 수 있다.그 상보적인 가닥은 그 자체로 더 많은 숙주 세포를 감염시킬 준비가 된 세포에서 더 포장되고 방출되는 새로운 바이러스 게놈의 생산을 위한 템플릿 역할을 할 수 있다.이 복제 방법의 장점은 DNA 단계가 없다는 것입니다. 복제는 빠르고 쉽습니다.단점은 '백업' DNA 복사가 없다는 것이다.
많은 RdRps는 막과 밀접하게 연관되어 있어 연구하기가 어렵습니다.가장 잘 알려진 RdRps는 폴리오바이러스 3Dpol, 소포성 구내염 바이러스 L,[4] C형 간염 바이러스 NS5B 단백질이다.
많은 진핵생물들은 또한 RdRps를 가지고 있고 이것들은 RNA 간섭에 관여한다: 이것들은 마이크로 RNA와 작은 시간적 RNA를 증폭시키고 작은 간섭 RNA를 [5]프라이머로 사용하여 이중 가닥 RNA를 생성한다.실제로 방어 메커니즘에 사용되는 RdRps와 동일한 RdRps는 RNA 바이러스에 의해 [6]유용하게 사용될 수 있습니다.그들의 진화 역사는 [7]재검토되었다.
레플리케이션 프로세스
RdRp는 DNA 템플릿을 사용하는 대신 주어진 RNA 템플릿에 상보적인 RNA 가닥의 합성을 촉매하는 역할을 하기 때문에 RNA 중합효소와는 다르다.RNA 복제 프로세스는 설명된 바와 같이 4단계 메커니즘입니다.
- 뉴클레오시드 삼인산(NTP) 결합– 처음에 RdRp는 템플릿 가닥의 대응하는 뉴클레오티드를 보완하는 빈 활성 부위를 제공합니다.NTP 바인딩이 올바르면 RdRp에 Configuration [8]변경이 발생합니다.
- 활성 사이트 폐쇄 – 올바른 NTP 바인딩에 의해 시작된 구성 변경은 활성 사이트 액세스를 제한하고 촉매적으로 적합한 [8]상태를 생성합니다.
- 포스포디에스터 결합 형성 – 2개의2+ Mg 이온이 촉매 활성 상태로 존재하며, 기질 NTP가 포스파티딜 전이를 거쳐 새롭게 합성된 [9]사슬과 포스포디에스터 결합을 형성할 수 있도록 새로 합성된 RNA 사슬 주위에 배치됩니다.이러한2+ Mg 이온을 사용하지 않으면 활성 부위는 더 이상 촉매적으로 안정되지 않으며 RdRp 복합체는 개방된 [9]형태로 변화합니다.
- 전위 – 활성 부위가 열리면 RNA 템플릿 가닥이 RdRp 단백질 복합체를 통해 한 위치만큼 이동할 수 있으며 [8]템플릿에 의해 달리 지정되지 않는 한 새로운 NTP를 결합함으로써 연쇄 신장을 계속할 수 있습니다.
RNA 합성은 바이러스 단백질 게놈 연결([10]VPG) 프라이머를 이용하는 프라이머 비의존적(de novo) 또는 프라이머 의존적 메커니즘에 의해 수행될 수 있다.de novo 개시는 첫 번째 개시 [10]NTP의 3'-OH에 뉴클레오시드 삼인산(NTP)을 추가하는 것으로 구성된다.이 뉴클레오티딜 전달 반응은 다음의 NTP에 의해 반복되어 상보적인 RNA 생성물을 생성한다.RdRp에 의해 생성된 초기 RNA 사슬의 종단은 완전히 알려져 있지 않지만, RdRp 종단은 배열에 [11]의존하지 않는 것으로 나타났다.
RNA 의존성 RNA 중합효소 복제의 한 가지 큰 단점은 [10]전사 중의 엄청난 오류율이다.RdRps는 10개의4 뉴클레오티드에 대한 충실도가 부족한 것으로 알려져 있으며, 이는 부족한 교정 [10]능력의 직접적인 결과로 생각된다.이 높은 변이율은 바이러스 게놈에서 선호되는데, 이는 병원체가 감염을 피하려는 숙주에 의해 개발된 방어력을 극복할 수 있게 해주기 때문이다.
구조.
바이러스/원핵생물 RNA 유도 중합효소는 많은 단일 서브유닛 DNA 유도 중합효소와 함께 손가락, 손바닥, [12]엄지라고 불리는 세 개의 서브도메인을 가진 오른손의 모양과 연결된 조직을 사용한다.두 개의 알파 나선형 4가닥 반평행 베타 시트로 구성된 팜 서브 도메인만이 이러한 효소들 중에서 잘 보존됩니다.RdRp에서는 팜 서브도메인은 보존 상태가 양호한 3개의 모티브(A, B, C)로 구성됩니다.모티브 A(D-x(4,5)-D)와 모티브 C(GDD)를 공간적으로 병치하여 이들 모티브의 아스파라긴산 잔기를 Mg 및/또는2+ Mn의 결합에2+ 함축한다.모티브 B의 아스파라긴 잔기는 dNTP를 통한 리보뉴클레오시드 삼인산 선택에 관여하며, 따라서 DNA가 아닌 RNA가 [13]합성되는지 여부를 결정한다.전체[14] 시퀀스 호몰로지가 낮은 영역 구성 및 광범위한 RdRps의 촉매 중심 3D 구조가 보존됩니다.촉매 중심은 보존된 많은 아미노산 잔류물을 포함하는 여러 모티브에 의해 형성됩니다.
진핵생물 RNA 간섭은 세포 RNA 의존성 RNA 중합효소(c RdRp)를 필요로 한다."손" 중합효소와는 달리, 활성 부위에서 두 세트의 이중 psi β-배럴을 사용한다는 점에서 특히 촉매 β/β' 서브유닛에서 단순화된 다중 서브유닛 DNA의존 RNA 중합효소(DdRPs)와 유사하다.두 개의 배럴이 같은 [15]사슬에 있는 Neurospora crassa의 QDE1(Q9Y7G6)이 그러한 c RdRp [16]효소의 한 예이다.마찬가지로 단일 사슬 DdRp yonO(O31945)를 포함한 c RdRp의 박테리오파지 상동성은 DdRP보다 [5][17]c RdRps에 가까운 것으로 보인다.
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바이러스 내
DNA 단계 없이 모든 RNA를 포함하는 바이러스를 포괄하는 4가지 슈퍼 패밀리가 있습니다.
- 레트로바이러스 및 비르나바이러스과를 제외한 양성 가닥 RNA 또는 이중 가닥 RNA를 포함하는 바이러스
- DNA 단계가 없는 모든 양성 가닥 RNA 진핵생물 바이러스
- 모든 RNA 함유 박테리오파지. RNA 함유 박테리오파지에는 두 가지 패밀리가 있습니다.Leviviridae(양성 ssRNA 페이징) 및 Cystoviridae(dsRNA 페이징)
- dsRNA바이러스과, 토티바이러스과, 하이포바이러스과, 파르티바이러스과
- 모노네가비랄레스(분할되지 않은 게놈을 가진 음성 가닥 RNA 바이러스, InterPro: IPR016269)
- Orthomyxovirus 및 bunyavirus와 같은 세분화된 게놈을 가진 음성 가닥 RNA 바이러스(InterPro: IPR007099)
- dsRNA 바이러스 패밀리 Birnaviridae (InterPro: IPR007100)
플라비바이러스는 ssRNA 게놈에서 폴리단백질을 생산한다.폴리단백질은 여러 가지 생성물로 분해되는데, 그 중 하나는 RNA의존성 RNA 중합효소인 NS5입니다.이 RNA 유도 RNA 중합효소는 다른 RNA 유도 RNA [18]중합효소와 상동하는 많은 짧은 영역과 모티브를 가지고 있습니다.
양성 가닥 ssRNA 바이러스에서 발견되는 RNA 복제 효소는 서로 연관되어 세 개의 큰 슈퍼 [19]패밀리를 형성한다.비르나바이러스 RNA 복제효소는 손바닥에 [20]모티브 C(GDD)가 없다는 점에서 독특하다.Monegaviral RdRp(PDB 5A22)는 (+)-ss와 유사한 것으로 자동 분류되었습니다.RNA RdRps, 특히 페스티바이러스와 레비바이러스과의 [21]RNA RdRps.Bunyaviral RdRp 단량체(PDB 5AMQ)는 Orthomyxoviral(Influenza; PDB 4WSB) RdRp의 [22]헤테로트리머 복합체와 유사하다.
RdRp는 RNA를 포함한 바이러스에 보편적인 단백질이기 때문에 RdRp는 바이러스의 [23]진화를 이해하는 데 유용한 지표이다.바이러스 RdRps의 전체적인 구조적 진화를 [24]검토했다.
재결합
(+ssRNA) 게놈을 복제할 때 폴리오바이러스 RdRp는 재조합이 가능하다.재조합은 네거티브스트랜드 [25]합성 중에 RdRp 템플릿(+ssRNA)이 전환되는 복사 선택 메커니즘에 의해 이루어집니다.재결합 빈도는 부분적으로 RdRp [26]복제의 충실도에 따라 결정됩니다.레플리케이션 충실도가 높은 RdRp의 변형은 재조합이 감소하고, 충실도가 낮은 RdRps의 [26]재조합이 증가하고 있습니다.RdRp 스트랜드 스위칭에 의한 재결합은 (+ssRNA) 식물의 카모비러스와 [27]톰버스 바이러스에서의 복제 중에도 자주 발생합니다.
유전자내보완
센다이 바이러스(Paramyxoviridae)는 선형의 단일 가닥, 음의 감각, 비분할 RNA 게놈을 가지고 있다.바이러스 RdRp는 2개의 바이러스 부호화 서브유닛(작은 P와 큰 L)으로 구성됩니다.쌍별 조합으로 테스트한 L 서브유닛의 길이 전체에 걸쳐 결함이 있는 다른 비활성 RdRp 돌연변이가 있을 때, 일부 [28]조합에서 바이러스 RNA 합성의 복원이 관찰되었다.이러한 양성 L-L 상호작용을 유전자 내 상보라고 하며, L 단백질이 바이러스 RNA 중합효소 복합체에서 올리고머임을 나타낸다.
약물 요법
- RdRps는 진핵생물 생존에 필요한 기능이 아니기 때문에 바이러스 병원균의 약물 표적으로 사용될 수 있다.RNA 의존성 RNA 중합효소 기능을 억제함으로써 RNA 템플릿 스트랜드에서 새로운 RNA를 복제할 수 없지만 DNA 의존성 RNA 중합효소는 기능성을 유지한다.
- 현재 구체적으로 RdRp를 표적으로 하는 C형 간염과 COVID-19에 대한 항바이러스제가 있다.여기에는 C형[29] 간염에 대한 소포스부비르, 리바비린, COVID-19에 대한 FDA 승인 약물인 렘데시비르가 포함된다.
- GS-441524 삼인산은 RdRp의 기질이지만 포유류의 중합효소는 아니다.그것은 바이러스 복제의 조기 연쇄 종료와 억제를 초래한다.GS-441524 3인산은 인산염 프로-약물인 렘데시비르의 생물학적 활성 형태이다.렘데시비르는 초기 또는 지연 종료를 통해 초기 RNA의 종단을 공유 결합 및 중단하거나 RNA 폴리뉴클레오티드의 [30][31]추가 신장을 방지함으로써 RdRp의 기능을 저해하는 뉴클레오티드 유사체로 분류된다.이러한 조기 종료는 정상적인 세포 과정을 통해 분해되는 기능하지 않는 RNA로 이어집니다.
RNA 간섭
RNA 의존성 RNA 중합효소의 사용은 진핵생물에서 RNA 간섭에 중요한 역할을 하는데, 이것은 mRNA와 결합하는 작은 간섭 RNA를 [32]통해 유전자 발현을 침묵시키는 과정이다.진핵생물 RdRp는 dsRNA의 존재 하에서 활성화되며, 일부 동물에서 손실되었기 때문에 다른 RNAi 성분들에 비해 덜 널리 분포되어 있다. 그러나 C. 엘레건과 P. 테트라렐리아와[33] [34]식물에서 여전히 발견된다.이러한 dsRNA의 존재는 시스템에 [33]siRNA의 도입을 통해 RNA 전사의 시작을 프라이밍함으로써 RdRp 및 RNAi 과정의 활성화를 유발한다.C. elegans에서 siRNA는 RNA 유도 사일런싱 복합체 RISC에 통합되며, 이는 더 많은 2차 siRNA를 합성하고 유전자 [35]발현을 억제하기 위해 더 많은 RdRps를 모집하기 위해 간섭을 목표로 하는 mRNA와 함께 작동합니다.
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메모들
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