Pseudouridiin

Pseudouridiin (lühendatult – Ψ) on ribonukleiinhappes esineva nukleosiidi uridiin isomeer. Ψ erinevus uridiinist seisneb tema lämmastikaluse ning suhkruvahelises sidemes. Kui uridiinis eksisteerib see side C – N (N-glükosiidne side) vahel, siis pseudouridiinis on see C – C (C-glükosiinde side) vahel. Pseudouridiine sünteesivad ensüümid, mida nimetatakse pseudouridiini süntaasid (Ψ-süntaasid), kus juures süntees ei vaja ATP energiat. Pseudouridiine sünteesitakse pärast RNA sünteesi, RNA polümeraasi poolt (posttranskriptsiooniliselt), nii prokarüootides kui ka eukarüootides. Tänu täiendava vesiniksideme doonori/doonorrühma olemasolule Ψ-s positsioonis N1 on pseudouridiin uridiiniga võrreldes võimeline andma rohkem H-sidemed. Seetõttu on Ψ-l oluline roll RNA tertsiaalstruktuuri stabiliseerimisel. Ψ süntaaside järjestuste deleteerimine/kaotamine genoomist ei vii siiski täieliku raku eluvõime kaotusele, kuid mõjutab rakkudes toimuvate protsesside kiirust ja täpsust. 1957 avastasid Ameerika teadlased F.F. Davis ja F.W. Alleni viienda nukleotiidi, pseudouridiin. 1959 pakuti välja tõenäoline Ψ-de struktuur. 1959 ja 1960 tõestati see struktuur eksperimentaalselt. Ribosomaalses RNA-s (rRNA) paiknevad pseudouridiinid ribosoomi talitluse seisukohalt olulistes piirkondades, näiteks peptidüültransferaases tsentris. Ψ modifikatsioonide paiknemine PTC läheduses viis 1990ndatel hüpoteesideni nende rollist peptiidahela sünteesil. See küsimus on siiski siiamaani lahtine. Kuna Ψ toovad kaasa lokaalseid muutusi struktuursetes domeenides, siis on välja pakutud, et pseudouridiinid mängivad rolli ribosomaalse RNA tertsiaalstruktuuride moodustumisel ning aitavad kaasa ribosoomi ruumilise struktuuri moodustumisele. Huvitav on asjaolu, et pseudouridiinide arv kasvab SSUs (small subunit – väike allüksus), vastavalt organismide keerukusele – prokarüoodid → üherakulised eukarüoodid → hulkrakulised eukarüoodid. Näiteks Escherichia coli SSU rRNA-s on üks pseudouridiin, Saccharomyces cerevisiae SSU rRNA-s on 14 pseudouridiini ning Mus musculus SSU rRNA-s 36 Ψ. Üheks võimalikuks seletuseks Ψ arvu kasvule eukarüootides võrreldes prokarüootidega on Ψ-sünteesi mehhanismide erinevused. Eukarüootides on rakus vaja sünteesida väiksem hulk Ψ-süntaase, sest pseudouridileerimise spetsiifika määrab nn "giid" snoRNA (small nucleoar RNA – väike tuumakese RNA). Arvatakse, et translatsioonil moduleerivad pseudouridiinid interaktsioone tRNA – mRNA ning tRNA – rRNA vahel. tRNA pseudouridiineerimine ei mõjuta üldist tRNA ruumilist struktuuri ning ei ole vajalik peptiidahela moodustumiseks. Samas mõjutavad pseudouridiinid struktuure kohalikes üksustes, mida nimetatakse domeenideks. Uridiini sünteesimine pseudouridiiniks tRNA antikoodon regioonis loob alternatiivseid koodon vastavusi, näiteks okasnahksete mitokondris kasutatava tRNAASN antikoodoni GΨU puhul tõlgendab tRNA lüsiini koodonit AAA hoopis asparagiini koodonina. Pseudouridiine sünteesivad Ψ süntaasid, mis jagunevad viite perekonda : RluA RsuA TruA TruB TruD Ψ süntaaside perekonnad on oma nime saanud vastavate E. coli-s leiduvate ensüümide järgi. Kõigil viiel perekonnal on väga väikesed sarnasused järjestuse tasemel, kuid struktuurselt omavad kõik sarnast tsentraalset doomeni. Osade perekondade vahel leidub ka teisi struktuurseid sarnasusi. Pseudouridiinide süntees toimub mitmes osas, olenedes RNA sünteesi ja kokkupakkimise etapist. Süntaasid jagunevad veel oma spetsiifilisuse alusel nelja rühma: Klass I – Ψ süntaasid, mis sünteesivad ainult ühte spetsiifilist saiti ühes RNA-s näiteks rsuAp ja truBp, Klass II – Ψ süntaasid, mis sünteesivad ka ühte saiti ühes RNA-s, aga ka selle läheduses olevaid uridiine näiteks truAp, Klass III – Ψ süntaasid, mis sünteesivad mitut saiti ühe RNA tüübi piires näiteks pus1p, Klass IV – Ψ süntaasid, mis sünteesivad mitut saiti, mitmes RNA tüübis näiteks rluAp. Ψ süntaaside klassifikatsioon on sama nii prokarüootide, arhede kui ka eukarüootide jaoks. Ψ süntaaside täpne arv on veel teadmata, kuid nende arv eukarüootides on väiksem kui prokarüootides, tänu erinevustele nende sünteesis. Prokarüootides katalüüsivad erinevate RNA-de pseudourideerimist erinevad Ψ süntaasid, mis tunnevad ära pseudouridineeritava piirkonna RNA-s. Sihtmärk järjestusi tunnevad ära Ψ süntaasid vajamata teisi faktoreid (RNA-d või valgud). Valgud tunnevad ära seondumissaidi järjestuspõhiselt. On andmeid, et mõned Ψ süntaasid prokarüootides vajavad osalist tertsiaalstruktuuri olemasolu, et sünteesida uridiinist pseudouridiin. Viimane asjaolu vihjab sellele, et teatud süntaasid on võimelised ära tundma kindlaid ruumilisi struktuure. Eukarüootsed Ψ süntaasid sisaldavad lisaks valgule ka RNA-d. Valguline osa viib läbi modifikatsiooni ning sn(o)RNA-d käituvad kui nn giid-RNA-d, viies valgulise osa sihtmärk järjestuseni.. Selline süsteem võimaldab kasutada ainult ühte Ψ süntaasi selleks, et sünteesida pseudouridiini kõikidesse saitidesse. Oletatakse, et eukarüootides toimub kõikide modifikatsioonide süntees kasutades sn(o)RNA-d. Pseudouridiinide sünteesis osaleb H/ACA tüüpi sn(o)RNA. Davis, F.F. and F.W. Allen 1957. Ribonucleic acids from yeast whitch contain a fifth nucleotide. J. Biol. Chem. 227:907 – 915. Yu, C.T., and F. W. Allen. 1959. Studies on an isomeer of uridine isolated from ribonucleic acids. Biochim. Biophys. Acta 32:393 – 405. Scannell, J. P., A. M. Crestfield, and F. W. Allen. 1959. Methylation studies on various uracil derivatives and on an isomer of uridine isolated from ribonucleic acids. Biochim. Biophys. Acta 32:406 – 412. Cohn, W. E. 1959. 5-Ribosyl uracil, a carbon – carbon ribofuranosyl nucleoside in ribonucleic acids. Biochem. Biophys. Acta 32:569 – 571. Cohn, W. E. 1960. Pseudouridine, a carbon – carbon linked ribonucleoside in ribonucleic acids: isolation, structure, and chemical characteristics. J. Biol. Chem. 235:1488 – 1498. Bakin, A., Lane, B. G. ja Ofengand, J. (1994) Clustering of pseudouridine resdues around the peptidyltransferase center of yeast cytoplasmic and mitochondrial ribosomes. Biochemistry 32, 13475 – 13483. Hendri Grosjean, Rob Benne, James Ofengand and Maurille J. Fournier. 1998. Modification and Editing of RNA 12:229 – 253. Weitzmann, C., P. R. Cunningham, K. Nurse, and J. Ofengand. 1993. Chemical evidence for domain assembly of the 30S ribosome. FASEB J. 7:177 – 180. Krzyzosiak, W., R. Denman, K. Nurse, M. Hellman, M. Boublik, C. W. Gehrke, P. F. Agris, and J. Ofengand. 1987. In vitro synthesis of 16S ribosomal RNA containing single base changes and assembly into functional 30S ribosome. Biochemistry 26:2353 – 2364. Maxwell, E. S., and M. J. Fournier. 1995. The small nucleolar RNAs. Annu. Rev. Biochem. 35:897 – 934. Sollner-Webb, B., K. Tyc, and J. A. Steitz. 1995. Ribosomal RNA processing in eukaryotes. In R. A. Zimmermann and A. E. Dahlberg (ed.), Ribosomal RNA Structure, Evolution, Processing, and Function in Protein Biosynthesis. Telford, Cadwell, N.J. Venema, J., and D. Tollervey. 1995. Processing of pre-ribosomal RNA in Saccharomyces cerevisiae. Yeast 11:1629 – 1650. Maden, B. E. H. 1997. Guides to 95 new angles. Nature 389:129 – 131. Peculis, B. 1997. RNA processing: pocket guides to ribosomal RNA. Curr. Biol. 7:R480 – R482. Smith, C. M., and J. A. Steitz. 1997. Sno storm in the nucleolus: new roles for myriad small RNPs. Cell 89:669 – 672. Tollervey, D., and T. Kiss. 1997. Function and synthesis of small nucleolar RNAs. Curr. Opin. Cell Biol 9:337 – 342.