אנזים מכסה קצה 5'

אנזים מכסה (CE) הוא אנזים המזרז את ההתקשרות של הקצה 5' למולקולות RNA שליח הנמצאות בתהליך של סינתזה בגרעין התא בשלבים הראשונים של ביטוי גנים. הוספת הכיסוי בקצה 5' מתרחשת תוך כדי תהליך קו - טרנסקריבטציה, לאחר שמולקולת ה-RNA הגדלה מכילה מעט כמו 25 נוקלאוטידים. התגובה האנזימטית מזורזת באופן ספציפי על ידי תחום ה-Carboxyl-terminal הפוספוריל (CTD) של RNA פולימראז II. מכסה 5' הוא אפוא ספציפי ל-RNA המסונתז על ידי פולימראז זה ולא אלה המסונתזים על ידי RNA פולימראז I או RNA פולימראז III. Pre-mRNA עובר סדרה של שינויים - כיסוי 5', שחבור ופוליאדנילציה של קצה 3' לפני הפיכתו ל-mRNA בוגר שיוצא מהגרעין לתרגום לחלבונים פונקציונליים ומכסה של קצה 5' הוא הראשון מבין השינויים הללו. שלושה אנזימים, RNA triphosphatase, guanylyltransferase (או CE), ומתילטרנספראז מעורבים בתוספת של כובע 5' המתיל ל-mRNA. כיסוי הוא תהליך בן שלושה שלבים המנצל את האנזימים RNA טריפוספטאז, גואנילילטרנספראז ומתילטרנספראז. באמצעות סדרה של שלושה שלבים, הכיסוי מתווסף לקבוצת ההידרוקסיל 5' של הנוקלאוטיד הראשון של גדיל ה-mRNA הגדל בזמן שהתעתוק עדיין מתרחש. ראשית, RNA 5' triphosphatase מבצע הידרוליזה של קבוצת הטריפוספט 5' לייצור דיפוספט-RNA. לאחר מכן, תוספת של GMP על ידי guanylyltransferase מייצרת את מכסה הגואנוזין. לבסוף, RNA methyltransferase מעביר קבוצת מתיל למכסה הגואנוזין כדי להניב כובע 7-מתילגואנוזין המחובר לקצה 5' של התמליל. שלושת האנזימים הללו, הנקראים ביחד אנזימי המכסה, מסוגלים לזרז את התגובות שלהם רק כאשר הם מחוברים ל-RNA פולימראז II, אנזים הכרחי לתעתוק ה-DNA לקדם-mRNA. כאשר הקומפלקס הזה של RNA פולימראז II ואנזימי המכסה מושג, אנזימי המכסה מסוגלים להוסיף את המכסה ל-mRNA בזמן שהוא מיוצר על ידי RNA פולימראז II. RNA אאוקריוטי חייב לעבור סדרה של שינויים על מנת שיוצא מהגרעין ויתורגם בהצלחה לחלבוני תפקוד, שרבים מהם תלויים ב-mRNA מכסת, שינוי ה-mRNA הראשון שמתרחש. כיסוי 5' חיוני ליציבות mRNA, שיפור עיבוד mRNA, ייצוא ותרגום mRNA. לאחר כיסוי מוצלח, אירוע זרחון נוסף מתחיל גיוס של מכונות הנחוצות לשחבור RNA, תהליך שבאמצעותו מסירים אינטרונים כדי לייצר mRNA בוגר. הוספת הכיסוי על ה-mRNA מעניקה הגנה לתעתיק מפני אקסונוקלאזים המפרקות RNA לא מוגן ומסייעות בתהליך הובלת הייצוא הגרעיני, כך שניתן לתרגם את ה-mRNA ליצירת חלבונים. תפקידו של כובע 5' חיוני לביטוי האולטימטיבי של ה-RNA. אנזים המכסה הוא חלק ממשפחת העל של נוקלאוטידיל טרנספראזות קוולנטיות, הכוללת גם ליגזות DNA ולגזות RNA. האנזימים של משפחת-על זו חולקים את קווי הדמיון הבאים: אזורים שמורים הידועים כמוטיבים I, II, III, IIIa, IV, V ו-VI, המסודרים באותו סדר ובמרווחים דומים מוטיב המכיל ליזין KxDG (מוטיב I) תוצר ביניים ליזיל-NMP קוולנטי אנזים המכסה מורכב משני תחומים, תחום נוקלאוטידיל טרנספראז (NTase) ותחום C-terminal oligonucleotide binding (OB). תחום ה-NTase, השמור באנזימי מכסה, ליגזות DNA ו-RNA, מורכב מ-5 מוטיבים, I, III, IIIa, IV ו-V. מוטיב I או KxDG הוא האתר הפעיל שבו הקוולנטי (lysyl) - נוצר מתווך N-GMP. גם תחום ה-NTase וגם ה-OB עוברים שינויים קונפורמטיביים המסייעים בתגובת המכסה. אנזימי מכסה נמצאים בגרעין של תאים אוקריוטיים. בהתאם לאורגניזם, אנזים המכסה הוא פוליפפטיד חד-פונקציונלי או דו-פונקציונלי. הגואנילילטרנספראזות (Ceg1) של Saccharomyces cerevisiae מקודדות על ידי הגן CEG1 ומורכבות מ-459 חומצות אמינו (53-kD). ה-RNA triphosphatase (Cet1) הוא פוליפפטיד נפרד בן 549 חומצות אמינו (80-kD), המקודד על ידי הגן CET1. אנזים המכסה האנושי הוא דוגמה לפוליפפטיד דו-פונקציונלי, שיש לו גם תחומים טריפוספטאז (N-טרמינל) וגם גואנילילטרנספראז (C-טרמינל). תחום ה-mRNA הגואנילילטרנספראז האנושי של אנזים המכסה מורכב משבעה סלילים וחמישה עשר גדילי β המקובצים לשלושה, חמישה ושבעה גדילים, המסודרים כגליונות β אנטי מקבילים. למבנה האנזים יש שלושה תת-תחומים המכונים ציר, בסיס ומכסה. אתר הקישור של GTP ממוקם בין הציר לתחום הבסיס. תחום המכסה קובע את הקונפורמציה של שסע האתר הפעיל, המורכב מאתר הקישור של GTP, פוספואמיד המקשר בין ליזין ושאריות שמסביב. תחום ה-guanylyltransferase מקושר לתחום הטריפוספטאז באמצעות מבנה לולאה גמיש של 25 חומצות אמינו. השחבור תלוי בנוכחות של מכסה 7-methylguanosine. פגם בשחבור יכול להתרחש כתוצאה ממוטציה (ות) ב-guanylytransferase, שיכולה לעכב את פעילות האנזים, ולמנוע את היווצרות המכסה. עם זאת, חומרת ההשפעה תלויה במוטציית ה-guanlyltransferase. יתר על כן, ה-guanylyltransferase מקל על דיכוי תעתיק בתיווך NELF. NELF יחד עם DSIF מונעים התארכות שעתוק. לפיכך, מוטציות באנזים יכולות להשפיע על התארכות התעתוק. שחבור תרגום (ביולוגיה) ריבוזום שעתוק (ביולוגיה) RNA פולימראז II Cowling VH (בדצמבר 2009). "Regulation of mRNA cap methylation". The Biochemical Journal. 425 (2): 295–302. doi:10.1042/BJ20091352. PMC 2825737. PMID 20025612. {{cite journal}}: (עזרה) Mandal SS, Chu C, Wada T, Handa H, Shatkin AJ, Reinberg D (במאי 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. {{cite journal}}: (עזרה) Fabrega C, Hausmann S, Shen V, Shuman S, Lima CD (בינואר 2004). "Structure and mechanism of mRNA cap (guanine-N7) methyltransferase". Molecular Cell. 13 (1): 77–89. doi:10.1016/s1097-2765(03)00522-7. PMID 14731396. {{cite journal}}: (עזרה) Ho CK, Sriskanda V, McCracken S, Bentley D, Schwer B, Shuman S (באפריל 1998). "The guanylyltransferase domain of mammalian mRNA capping enzyme binds to the phosphorylated carboxyl-terminal domain of RNA polymerase II". The Journal of Biological Chemistry. 273 (16): 9577–85. doi:10.1074/jbc.273.16.9577. PMID 9545288. {{cite journal}}: (עזרה) Kim HJ, Jeong SH, Heo JH, Jeong SJ, Kim ST, Youn HD, Han JW, Lee HW, Cho EJ (ביולי 2004). "mRNA capping enzyme activity is coupled to an early transcription elongation". Molecular and Cellular Biology. 24 (14): 6184–93. doi:10.1128/MCB.24.14.6184-6193.2004. PMC 434235. PMID 15226422. {{cite journal}}: (עזרה) Watson J (8 באפריל 2014). Molecular Biology of the Gene. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press. pp. 429–455. ISBN 9780321762436. {{cite book}}: (עזרה) Ghosh A, Lima CD (יולי–אוג' 2010). "Enzymology of RNA cap synthesis". Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA. 1 (1): 152–72. doi:10.1002/wrna.19. PMC 3962952. PMID 21956912. {{cite journal}}: (עזרה) Wen Y, Yue Z, Shatkin AJ (באוקטובר 1998). "Mammalian capping enzyme binds RNA and uses protein tyrosine phosphatase mechanism". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (21): 12226–31. Bibcode:1998PNAS...9512226W. doi:10.1073/pnas.95.21.12226. PMC 22813. PMID 9770468. {{cite journal}}: (עזרה) Shuman S, Schwer B (באוגוסט 1995). "RNA capping enzyme and DNA ligase: a superfamily of covalent nucleotidyl transferases". Molecular Microbiology. 17 (3): 405–10. doi:10.1111/j.1365-2958.1995.mmi_17030405.x. PMID 8559059. {{cite journal}}: (עזרה) Gu M, Rajashankar KR, Lima CD (בפברואר 2010). "Structure of the Saccharomyces cerevisiae Cet1-Ceg1 mRNA capping apparatus". Structure. 18 (2): 216–27. doi:10.1016/j.str.2009.12.009. PMC 2877398. PMID 20159466. {{cite journal}}: (עזרה) Wang SP, Deng L, Ho CK, Shuman S (בספטמבר 1997). "Phylogeny of mRNA capping enzymes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 94 (18): 9573–8. Bibcode:1997PNAS...94.9573W. doi:10.1073/pnas.94.18.9573. PMC 23221. PMID 9275164. {{cite journal}}: (עזרה) "O60942 (MCE1_HUMAN)". Cho EJ, Takagi T, Moore CR, Buratowski S (בדצמבר 1997). "mRNA capping enzyme is recruited to the transcription complex by phosphorylation of the RNA polymerase II carboxy-terminal domain". Genes & Development. 11 (24): 3319–26. doi:10.1101/gad.11.24.3319. PMC 316800. PMID 9407025. {{cite journal}}: (עזרה) Shibagaki Y, Itoh N, Yamada H, Nagata S, Mizumoto K (במאי 1992). "mRNA capping enzyme. Isolation and characterization of the gene encoding mRNA guanylytransferase subunit from Saccharomyces cerevisiae". The Journal of Biological Chemistry. 267 (14): 9521–8. doi:10.1016/S0021-9258(19)50122-3. PMID 1315757. {{cite journal}}: (עזרה) Chu C, Das K, Tyminski JR, Bauman JD, Guan R, Qiu W, Montelione GT, Arnold E, Shatkin AJ (ביוני 2011). "Structure of the guanylyltransferase domain of human mRNA capping enzyme". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (25): 10104–8. Bibcode:2011PNAS..10810104C. doi:10.1073/pnas.1106610108. PMC 3121809. PMID 21636784. {{cite journal}}: (עזרה) Cramer P, Srebrow A, Kadener S, Werbajh S, de la Mata M, Melen G, Nogués G, Kornblihtt AR (ביוני 2001). "Coordination between transcription and pre-mRNA processing". FEBS Letters. 498 (2–3): 179–82. doi:10.1016/s0014-5793(01)02485-1. PMID 11412852. {{cite journal}}: (עזרה) Kaneko S, Chu C, Shatkin AJ, Manley JL (בנובמבר 2007). "Human capping enzyme promotes formation of transcriptional R loops in vitro". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (45): 17620–5. Bibcode:2007PNAS..10417620K. doi:10.1073/pnas.0708866104. PMC 2077024. PMID 17978174. {{cite journal}}: (עזרה)