리보스위치

Riboswitch
리신 리보스위치의 3D 표현

분자생물학에서 리보스위치는 작은 분자와 [1][2][3][4]결합하는 메신저 RNA 분자의 조절 세그먼트이며, mRNA에 의해 코드된 단백질의 생산 변화를 일으킨다.따라서 리보스위치를 포함하는 mRNA는 이펙터 분자의 농도에 반응하여 자신의 활성을 조절하는 데 직접적으로 관여한다.현대의 유기체들이 작은 분자들을 결합하고, 밀접하게 연관된 유사체들을 구별하기 위해 RNA를 사용한다는 발견은, RNA의 알려진 자연적인 능력을 단백질을 코드화하고, 반응을 촉매하고, 또는 다른 RNA나 단백질 고분자를 결합하는 능력 이상으로 확장시켰다.

"리보스위치"라는 용어의 원래 정의는 소분자 대사물의 [5]농도를 직접 감지하도록 명시했습니다.이 정의는 여전히 일반적으로 사용되고 있지만, 일부 생물학자들은 다른 시스 조절 RNA를 포함하는 더 넓은 정의를 사용해 왔다.그러나 이 문서에서는 대사물 결합 리보스위치만 설명합니다.

대부분의 알려진 리보스위치는 박테리아에서 발생하지만, 한 종류의 기능성 리보스위치(TPP 리보스위치)는 고세균, 식물 및 특정 균류에서 발견되었습니다.TPP 리보스위치는 고세균에서도 [6]예측되었지만 실험적으로 테스트되지는 않았다.

이력 및 검출

리보스위치가 발견되기 전에는 여러 대사 경로에 관여하는 일부 유전자가 조절되는 메커니즘이 미스터리로 남아 있었다.축적된 증거는 관련된 mRNA가 대사물을 직접 결합하여 자신의 조절에 영향을 미칠 수 있다는 당시 전례 없는 생각을 점점 더 암시했다.이러한 데이터에는 관련 유전자의 미번역 영역(UTR)에서 종종 발견되는 보존된 RNA 2차 구조와 [7][8][9][10][11]압타머라고 불리는 인공 소분자 결합 RNA를 만드는 절차의 성공이 포함되었다.2002년에 단백질 없는 결합 분석을 포함한 여러 종류의 리보스위치에 대한 최초의 포괄적인 증거가 발표되었고, 유전자 [5][12][13][14]조절의 새로운 메커니즘으로 대사물 결합 리보스위치가 확립되었다.

초기 riboswitches 발견되어 지는 것의 많은 여러분에게 순서에 주고받"모티브"(패턴)에 5'UTRs는 등장에 일치하는 것 잘 구성된 RNA. 예를 들면, 예를 들어, 비교 분석 상류 지역의 몇몇 유전자를 것으로 보일 co-regulated에 관한 설명 S-box[15](현재 SAM-I riboswitch), THI-box[9](.한 regioTPP 리보스위치 내 n), RFN 요소[8](현 FMN 리보스위치) 및 B-박스12[16](코발라민 리보스위치의 일부), 그리고 경우에 따라서는 그들이 알려지지 않은 메커니즘을 통해 유전자 조절에 관여했다는 실험 시연.생물정보학은 최근의 발견에서 기본적인 비교게노믹스 전략의 자동화를 증가시키면서 역할을 해왔다.배릭 등(2004)[17]는 BLAST를 사용하여 Bacillus subtilis의 모든 UTR과 상동하는 UTRs를 찾아냈다.이러한 상동성 세트 중 일부는 보존 구조를 검사하여 10개의 RNA 유사 모티브를 얻었다.이들 중 3개는 나중에 glmS, 글리신 및 PreQ1-I 리보스위치(아래 참조)로 실험적으로 확인되었다.박테리아의 추가 분류군과 개선된 컴퓨터 알고리즘을 사용한 후속 비교 유전체 연구는 [18][19][20]리보스위치로서 기능하는 것으로 가정된 보존된 RNA 구조와 함께 실험적으로 확인된 추가적인 리보스위치를 식별했다.

메커니즘

리보스위치는 개념적으로 압타머와 표현 플랫폼의 두 부분으로 구분되는 경우가 많습니다.압타머는 작은 분자를 직접 결합하고 발현 플랫폼은 압타머의 변화에 반응하여 구조적 변화를 겪습니다.발현 플랫폼은 유전자 발현을 조절하는 것이다.

발현 플랫폼은 일반적으로 작은 분자에 반응하여 유전자 발현을 끄지만 일부는 그것을 활성화시킨다.다음과 같은 리보스위치 메커니즘이 실험적으로 입증되었습니다.

  • 리보스위치 제어에 의한 Rho비의존성 전사종단 헤어핀의 형성은 조기 전사종단으로 이어진다.
  • 리보솜 결합 부위를 리보스위치 매개 접이식으로 격리하여 번역을 저해한다.
  • 리보스위치는 충분한 농도의 대사물 존재 하에서 스스로를 분해하는 리보자임이다.
  • 리보스위치 대체 구조는 사전 mRNA의 스플라이싱에 영향을 줍니다.
    • Neurospora crassa(균류)의 TPP 리보스위치는 대체 스플라이싱을 제어하여 UORF(Upstream Open Reading Frame)를 조건부로 생성함으로써 다운스트림[21] 유전자의 발현에 영향을 준다.
    • 플랜트의 TPP 리보스위치는 스플라이싱과 대체 3' 엔드 처리를[22][23] 변경한다.
  • 클로스트리디움 아세트뷰틸리쿰의 리보스위치는 동일한 mRNA 전사체의 일부가 아닌 인접 유전자를 조절한다.이 조절에서 리보스위치는 유전자의 전사를 방해한다.메커니즘은 불확실하지만 동일한 [24]DNA를 동시에 전사하기 때문에 두 RNA 중합효소 단위 간의 충돌로 인해 발생할 수 있습니다.
  • 리스테리아 모노사이토제네스의 리보스위치는 하류 유전자의 발현을 조절한다.그러나 리보스위치 전사는 이후 [25]게놈의 다른 곳에 위치한 유전자의 발현을 조절한다.이 전달 조절은 말단 유전자의 mRNA에 염기쌍을 통해 일어난다.박테리아의 온도가 올라가면 리보스위치가 녹아서 전사가 가능해진다.발표되지 않은 학부 연구는 리스테리아 모노사이토제네스 [26]배열의 무작위 돌연변이를 통해 유사한 리보스위치 또는 '서모센서'를 생성했다.

종류들

서브틸리스균의 퓨린 리보스위치의 2차 구조

다음은 실험적으로 검증된 리보스위치의 리간드별로 정리한 목록입니다.

추정 리보스위치:

  • Moco RNA 모티브는 몰리브덴 보조인자를 결합하는 것으로 추정되며, 이 보조인자의 생합성 및 운반에 관여하는 유전자 및 보조인자로 그것 또는 그 유도체를 사용하는 효소를 조절한다.

후보 대사물 결합 리보스위치는 생물 정보학을 사용하여 확인되었으며, 이러한 특징들은 작은 분자를 특이적으로 결합해야 하는 리보스위치의 전형적이기 때문에 중간 정도로 복잡한 2차 구조와 여러 고도로 보존된 뉴클레오티드 위치를 가지고 있다.리보스위치 후보는 또한 단백질 코드 유전자의 5' UTR에 일관되게 위치하고 있으며, 이들 유전자는 또한 대부분의 알려진 리보스위치의 특징이기 때문에 대사물 결합을 암시한다.상기 기준과 매우 일치하는 가설상의 리보스위치 후보는 crcB RNA 모티브, manA RNA 모티브, pfl RNA 모티브, ydaO/yuA 리더, yjdF RNA 모티브, ykkC-yxkD 리더(및 관련된 ykkC-III RNA 모티브) 및 yyP-y 리더이다.이러한 가상의 리보스위치의 기능은 아직 알려지지 않았다.

계산 모델

리보스위치도 실리코 [29][30][31]내 접근방식을 사용하여 조사되었습니다.특히 리보스위치 예측 솔루션은 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

  • 리보스위치 유전자 검출기, 즉 유전자 검사를 통해 리보스위치를 발견하는 것을 목표로 하는 시스템, 주로 모티브 변형 메커니즘을 기반으로 한다.이 그룹에는 Rfam 데이터베이스의 [32]기초 컴포넌트인 Infernal과 RibEx나 [34]RiboSW와 같은[33] 보다 구체적인 툴이 포함됩니다.
  • 구성 스위치 예측 변수, 즉 paRNAss,[35] RNAshapes[36] 및 RNAbor와 [37]같은 대체 구조의 구조적 분류에 기초한 방법.또한 ON/OFF 구조 예측을 위한 가족별 접근법도 [38]제안되었다.

SwiSpot[39] 도구는 구조 예측을 사용하여 리보스위치의 존재를 평가하기 때문에 두 그룹을 모두 커버합니다.

RNA 세계 가설

리보스위치는 자연적으로 발생하는 RNA가 작은 분자들을 특이하게 결합할 수 있다는 것을 보여주는데, 이것은 많은 사람들이 이전에 단백질의 영역이라고 믿었던 능력이나 압타머라고 불리는 인공적으로 만들어진 RNA의 능력이다.따라서 생명체의 모든 영역에서 리보스위치의 존재는 원래 RNA만을 사용하여 생명체가 존재했고, 단백질이 나중에 나왔다는 RNA 세계 가설에 약간의 지지를 더합니다; 이 가설은 단백질에 의해 수행되는 모든 중요한 기능이 RNA에 의해 수행될 수 있어야 합니다.일부 리보스위치는 고대 조절 시스템 또는 결합 도메인이 [13][18][40]보존된 RNA 세계 리보자임의 잔여물을 나타낼 수 있다고 제안되어 왔다.

항생제 표적으로

리보스위치는 새로운 항생제의 표적이 될 수 있다.실제로, 수십 년 동안 작용 메커니즘이 알려지지 않았던 일부 항생제는 리보스위치를 [41]목표로 하는 것으로 나타났다.예를 들어 항생제 피리티아민이 세포에 들어가면 피리티아민 피로인산염으로 대사된다.피리티아민 피로인산은 TPP 리보스위치를 결합하고 활성화하여 세포가 TPP의 합성과 수입을 중단시키는 것으로 나타났다.피리티아민 피로인산염은 조효소로서 TPP를 치환하지 않기 때문에 세포는 사멸한다.

참고 항목: AAC/AAD 리더

엔지니어링된 리보스위치

리보스위치는 자연 유기체의 유전자 발현을 제어하는 효과적인 방법이기 때문에 유전자 [45][46]치료와 같은 산업 및 의료 응용을 위한 인공 리보스위치에[42][43][44] 대한 공학적인 관심이 있었다.


「 」를 참조해 주세요.

  • RNA 온도계 - 온도 변동에 따라 구조를 변화시켜 리보솜 결합 부위를 노출 또는 폐쇄하는 또 다른 종류의 mRNA 조절 세그먼트.

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추가 정보

  • Ferré-D'Amaré, Adrian R.; Winkler, Wade C. (2011). "Chapter 5. The Roles of Metal Ions in Regulation by Riboswitches". In Astrid Sigel, Helmut Sigel and Roland K. O. Sigel (ed.). Structural and catalytic roles of metal ions in RNA. Metal Ions in Life Sciences. Vol. 9. Cambridge, U.K.: RSC Publishing. pp. 141–173. doi:10.1039/9781849732512-00141. ISBN 978-1-84973-094-5. PMC 3454353. PMID 22010271.