운반-전령 RNA

운반-전령 RNA(Transfer-Messenger RNA 또는 tmRNA)는 운반 RNA와 전령 RNA의 특성을 갖는 세균 RNA 분자이다. 운반-전령 RNA는 작은 단백질 B(SmpB), 신장 인자 Tu(EF-Tu), 리보솜 단백질 S1과 함께 리보 핵 단백질 복합체(tmRNP)를 형성한다. 트랜스 번역에서 운반-전령 RNA와 관련 단백질은 단백질 생합성 중간에 정지된 박테리아 리보솜에 결합한다. 예를 들어 정지 코돈이 존재하지 않는 RNA의 끝에 전령 RNA가 도달한 경우이다. 운반-전령 RNA는 정지된 리보솜을 재순환시키고, 완성되지 않은 폴리펩타이드에 단백질 분해를 유도하는 태그를 추가하여 비정상 전령 RNA의 분해를 촉진하는 역할을 한다. 대부분의 세균에서 이러한 기능은 표준 일체형 운반-전령 RNA에 의해 수행된다. 대장균 RNA의 혼합된 10S 전기 영동 분획을 운반-전령 RNA 및 유사한 크기의 RNA 가수분해효소 P(10Sb)로 추가 분해 한 후, 운반-전령 RNA를 먼저 10Sa RNA로 지정하였다. 혼합된 10S RNA에서 슈도유리딘의 존재는 운반-전령 RNA가 운반 RNA에서도 발견된 염기를 변형 시켰다는 것을 암시했다. 운반-전령 RNA의 3' 말단에서의 운반 RNA의 T 줄기-루프와의 유사성은 결핵균으로부터 ssrA를 시퀀싱 할 때 처음으로 인식되었다. 후속 서열 비교는 알라닌-운반 RNA 연결효소에 의한 아미노아실화를 촉진하는 알라닌 운반 RNA의 것과 같은 요소를 갖는 수용체 줄기를 포함하여 운반-전령 RNA의 5' 말단과 3' 말단에 의해 형성된 완전한 운반 RNA 유사 도메인(TLD)을 나타냈다. 또한 운반 RNA와의 차이점을 밝혀냈다. 안티코돈 암(Arm)은 운반-전령 RNA에서 누락되었고, D 암(Arm) 영역은 염기쌍이 없는 루프이다. 파일:EsccolitmRNA2009.png 대장균 운반-전령 RNA의 2차 구조는 비교 서열 분석 및 구조적 조사에 의해 설명되었다. 왓슨-크릭과 G-U 염기쌍은 수동 정렬 절차와 함께 자동화 된 계산 방법을 사용하여 세균의 운반-전령 RNA 서열을 비교함으로써 확인되었다. 첨부된 그림은 프로토타입 운반-전령 RNA의 기본 결합 패턴을 보여준다. 이 운반-전령 RNA는 12개의 계통 발생적으로 지지된 나선(P1~P12라고도 함)으로 구성되며 일부는 나선 구조물로 나뉜다. 모든 운반-전령 RNA의 두드러진 특징은 보존된 운반 RNA 유사 도메인(TLD)이며, 나선 1, 12, 2a(각각 운반 RNA 수용체 및 수용체 줄기, T 줄기, 가변 줄기)로 구성되며 5' 일인산염을 포함한다. 그리고 분해 가능한 3' CCA가 종료된다. 전령 RNA 유사 영역(MLR)은 표준 운반-전령 RNA에서 유사 낫을 포함하는 큰 루프 및 태그 펩타이드에 대한 암호화 서열(CDS)이며, 계속 코돈 및 정지 코돈으로 표시된다. 암호화 된 태그 펩타이드(E. coli의 ANDENYALAA)는 이용가능한 단백질 가수분해효소 및 어댑터 세트에 따라 세균마다 다양하다. 운반-전령 RNA는 전형적으로 4개의 유사 노트; 하나는 태그 펩타이드 CDS의 업스트림(pk1) 및 다른 3개의 유사 노트(pk2~pk4)는 CDS 다운 스트림을 포함한다. 일반적으로 의사 노트 영역은 보존되어 있지만 진화적으로 가변적이다. 예를 들어 남세균의 운반-전령 RNA에서, pk4는 2개의 탠덤 배열된 작은 유사 노트로 대체된다. 이것은 TLD 외부로 접히는 운반-전령 RNA가 중요 할 수 있음을 시사하지만, pseudoknot 영역에는 보존된 잔기가없고 psudoknots는 ssrA 서열이 plastid 및 endosymbiont 계통으로 분기됨에 따라 손실되는 첫 번째 구조 중 하나이다. 대장균의 운반-전령 RNA의 3개의 pseudoknot 영역의 염기쌍이 trans-translation 동안 중단된다. 순환적으로 치환된 ssrA는 3가지 주요 계통으로 보고되었다. 모든 알파프로테오박테리아와 자코바 원생생물의 원시 미토콘드리아 2개의 분리 된 남세균 그룹(Gloeobacter, Prochlorococcus, Synechococcus를 포함하는 단계통군) 베타프로테오박테리아의 일부 구성원(Cupriavidus 와 Rhodocyclales) 알파프로테오박테리아의 두 시퀀스(GGCRGUA 가진 전형적인 T 루프 시퀀스 TΨCRANY과 3' 말단의 슈도 대형 루프 시퀀스를 AACAGAA)가 미토콘드리아에서 MLR은 소실되었으며, 미토콘드리아 ssrA의 현저한 재순환은 Jakoba libera에서 작은 일체 생산물을 초래한다. 남세균은 상이한 Synechococcus 균주에서 발생하는 두 유전자 유형 사이의 현저한 서열 유사성으로 인해 표준 유전자로부터 치환된 유전자의 진화에 대한 가장 타당한 사례를 제공한다. 대부분의 운반-전령 RNA는 운반 RNA와 매우 유사하게 처리되는 더 큰 전구체로 전사된다. 5' 말단에서의 절단은 리보핵산가수분해효소 P가 담당한다. 리보핵산분해효소 T와 리보핵산분해효소 PH가 가장 효과적이지만, 다수의 핵산외부가수분해효소가 운반-전령 RNA의 3' 말단의 처리에 참여할 수 있다. 세균 종에 따라 3'-CCA는 운반 RNA 뉴클레오티딜 전달효소에 의해 암호화되거나 첨가된다. 치환된 전구체 운반-전령 RNA의 내부 부위에서의 유사한 처리는 물리적 분할이 두 조각으로 분리되는 것을 설명한다. 투피스 운반-전령 RNA에는 처리를 고려해야 하는 2개의 추가 말단이 있다. 알파프로테오박테리아의 경우, 하나의 5' 말단은 처리되지 않은 전사의 시작 부위이다. 반면 3' 말단은 경우에 따라 rho 독립적 종료의 결과 일 수 있다. 완전한 운반-전령 RNA 분자의 고해상도 구조는 볼 수 없으며 MLR의 특유의 유연성으로 인해 획득하기 어렵다. 2007년, SmpB 단백질에 결합된 Thermus thermophilus TLD의 결정 구조는 3Å 분해능으로 얻어졌다. 이 구조는 SmpB가 표준 운반 RNA의 D 줄기 및 안티코돈을 모방하는 반면, 운반-전령 RNA의 나선형 부위 2a는 운반 RNA의 가변 암(Arm)에 상응한다는 것을 보여준다. 트랜스 번역의 초기 단계에서 운반-전령 RNA의 저온전자현미경 연구는 리보솜과 tmRNP(운반-전령 RNA에 EF-tu, S1, SmpB와 같은 단백질이 붙은 복합체의 상태) 사이의 공간적 관계를 보여준다. TLD는 50S 리보솜 서브 유닛에서 GTP 가수분해효소 연관 센터 근처에 위치하고 나선 5 및 유사 노트(pk2~pk4)는 30S 리보솜 서브 유닛의 주위에 호를 형성한다. 운반-전령 RNA에 의한 암호화는 1995년에 발견하였다. Simpson과 동료들이 대장균에서 쥐 사이토카인 인터루킨 6을 과발현하고 각각 동일한 11개의 아미노산 잔기 연장으로 카복실기 말단에 태그된 다수의 절단된 사이토카인 유래 펩타이드를 발견했다 (AANDENYALAA. 운반-전령 RNA 자체의 3' 말단에서 오는 N 말단 알라닌을 제외하고, 이 태그 서열은 대장균 운반-전령 RNA에서 짧은 개방형 판독 프레임으로 추적되었다. 태그 펩타이드 수여하고 그 인식 단백질을 분해하는, 운반-전령 RNA 조치에 대한 트랜스 번역 모델이 제안되었다. 트랜스 번역 메커니즘에 대한 자세한 내용은 현재 연구중이지만, 운반-전령 RNA가 먼저 정지 된 리보솜의 빈 A자리를 차지한다는 것은 밝혀졌다. 후속적으로 리보솜은 절단된 전령 RNA의 3' 말단에서 MLR의 계속 코돈으로 이동한 다음, 인 프레임 운반-전령 RNA 종결 코돈이 발생할 때까지 번역이 정상적으로 계속되는 단계가 이어진다. 일부 세균 종에서는 트랜스 번역이 필수적이지만, 다른 세균종에서는 스트레스가 많은 성장 조건에서 생존하기 위해서는 운반-전령 RNA가 필요하다. 유기체에 따라, 태그 펩타이드는 다양한 단백질 가수 분해 효소 또는 단백질 가수 분해 효소 어댑터에 의해 인식된다. 미토콘드리아 운반-전령 RNA(mt-tmRNA)는 미토콘드리아에서 암호화 된 운반-전령 RNA로 레크리노모나스속에 의해 가정되었다. 또한 운반-전령 RNA를 암호화하는 미토콘드리아 유전자(ssrA)의 존재 및 전사, RNA 처리 부위가 자코바류의 한 구성원을 제외한 모든 구성원에 대해 확인되었다. 알라닌을 이용한 미토콘드리아 운반-전령 RNA 아미노아실화는 Jakoba libera에 이용가능하다. 최근 ssrA도의 난균류의 미토콘드리아 게놈에서 확인되었다. 알파프로테오박테리아(미토콘드리아의 조상)에서와 같이, 미토콘드리아 운반-전령 RNA는 유전자가 원피스 운반-전령 RNA 입체 형태를 암호화하는 것으로 되돌아 간 Jakoba libera를 제외하고는 원형 치환된 투피스 RNA 분자이다. 미토콘드리아 운반-전령 RNA 유전자는 초기에 자코바류 사이에 보존되고 별개의 운반 RNA 유사 2차 구조로 접힐 가능성이 있는 짧은 서열로 인식되었다. 세균 운반-전령 RNA는 운반 RNA (Ala) 유사 도메인(종결 코돈이 결여된 전령 RNA에 비암호화 된 알라닌의 첨가를 허용함), 폴리펩타이드를 대상으로하는 단백질 태그를 암호화하는 전령 RNA 유사 도메인으로 구성된다. 전령 RNA 유사 도메인은 미토콘드리아 운반-전령 RNA에서 손실되었다. 비교 서열 분석은 미토콘드리아 운반-전령 RNA에 전형적인 특징을 나타낸다. 가장 잘 보존된 것은 아미노아실 수용체 줄기의 1차 서열이다. 이 부분은 판별자 위치에서 변하지 않는 A 잔기 및 위치 3에서 GU 쌍을 갖는다(GC 쌍을 갖는 Seculamonas ecuadoriensis는 제외). 이 위치는 알라닐 운반 RNA 합성 효소에 대한 인식 부위이다. P2는 가변 길이(3~10개의 염기쌍)의 나선이고 운반 RNA의 안티코돈 줄기에 상응하지만, 안티코돈 루프는 없다(운반-전령 RNA 기능에는 필요하지 않음). P2는 운반 RNA 유사 구조를 안정화시키지만, 동위 원소에 걸쳐 변하지 않는 4개의 뉴클레오타이드가 추가의 현재 미확인 기능을 시사한다. P3은 5개의 염기쌍을 갖고 운반 RNA의 T 암(Arm)에 상응하지만, 짝 지어진 영역 및 루프 모두에서 상이한 공통 뉴클레오타이드를 갖는다. T 루프 서열간에 보존되어 난균류 및 자코바류에 단지 약간의 편차가 있을 뿐이다. 마지막으로 세균 운반-전령 RNA에 대한 단축된 3 뉴클레오타이드 D 루프 특성을 갖는 운반 RNA 유사 D 줄기 대신, 미토콘드리아 운반-전령 RNA는 매우 가변적인 5~14 뉴클레오타이드의 긴 루프를 갖는다. 투피스 미토콘드리아 운반-전령 RNA의 계속 서열(Int.)은 A+U 풍부하고 불규칙한 길이(4~34 뉴클레오타이드)이다.). 원피스 및 투피스 미토콘드리아 운반-전령 RNA의 2차 구조 모델은 그림 1을 참조하라. Phytophthora sojae의 RNA-Seq 데이터는 이웃하는 미토콘드리아 운반 RNA와 유사한 발현 수준을 보여 주며, 4개의 주요 가공 장소는 성숙한 미토콘드리아 운반-전령 RNA의 예측된 말단을 보여준다. 운반-전령 RNA 전구체 분자는 리보 핵산 가수 분해 효소 P 및 운반 RNA 3' 말단 가공 핵산 중간 분해 효소에 의해 처리될 수 있다(그림 2 참조). 리보솜 전령 RNA CLPP 리보솜 전령 RNA “Biology of trans-translation”. 《Annual Review of Microbiology》 62: 133–51. 2008. doi:10.1146/annurev.micro.62.081307.162948. PMID 18557701.  “Characterization of 10S RNA: a new stable rna molecule from Escherichia coli”. 《Molecular & General Genetics》 174 (1): 25–32. July 1979. doi:10.1007/BF00433301. PMID 384159.  “Identification of the 10Sa RNA structural gene of Mycobacterium tuberculosis”. 《Nucleic Acids Research》 20 (1): 138. January 1992. doi:10.1093/nar/20.1.138. PMC 310338. PMID 1371186.  “A tRNA-like structure is present in 10Sa RNA, a small stable RNA from Escherichia coli”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》 91 (20): 9223–7. September 1994. doi:10.1073/pnas.91.20.9223. PMC 44784. PMID 7524073.  “Phylogenetic analysis of tmRNA secondary structure”. 《RNA》 2 (12): 1306–10. December 1996. PMC 1369456. PMID 8972778.  “Probing the structure of the Escherichia coli 10Sa RNA (tmRNA)”. 《RNA》 3 (1): 89–103. January 1997. PMC 1369465. PMID 8990402.  “Comparative sequence analysis of tmRNA”. 《Nucleic Acids Research》 27 (10): 2063–71. May 1999. doi:10.1093/nar/27.10.2063. PMC 148424. PMID 10219077.  “Semiautomated improvement of RNA alignments”. 《RNA》 13 (11): 1850–9. November 2007. doi:10.1261/rna.215407. PMC 2040093. PMID 17804647.  “Evolution of the ssrA degradation tag in Mycoplasma: specificity switch to a different protease”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》 105 (42): 16113–8. October 2008. doi:10.1073/pnas.0808802105. PMC 2570983. PMID 18852454.  “Transfer-messenger RNA unfolds as it transits the ribosome”. 《RNA》 11 (5): 668–73. May 2005. doi:10.1261/rna.7269305. PMC 1370753. PMID 15811920.  “tmRNAs that encode proteolysis-inducing tags are found in all known bacterial genomes: A two-piece tmRNA functions in Caulobacter”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》 97 (14): 7778–83. July 2000. doi:10.1073/pnas.97.14.7778. PMC 16621. PMID 10884408.  “A third lineage with two-piece tmRNA”. 《Nucleic Acids Research》 32 (15): 4531–8. 2004. doi:10.1093/nar/gkh795. PMC 516066. PMID 15326226.  “Loss of the mRNA-like region in mitochondrial tmRNAs of jakobids”. 《RNA》 10 (4): 605–14. April 2004. doi:10.1261/rna.5227904. PMC 1370551. PMID 15037770.  “Characterization of the RNA processing enzyme RNase III from wild type and overexpressing Escherichia coli cells in processing natural RNA substrates”. 《The International Journal of Biochemistry》 24 (5): 737–49. May 1992. doi:10.1016/0020-711X(92)90007-N. PMID 1375563.  “3' exoribonucleolytic trimming is a common feature of the maturation of small, stable RNAs in Escherichia coli”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》 95 (6): 2856–61. March 1998. doi:10.1073/pnas.95.6.2856. PMC 19659. PMID 9501180.  “Variations on the tmRNA gene”. 《RNA Biology》 6 (4): 355–61. 2009. doi:10.4161/rna.6.4.9172. PMID 19617710.  “Structural basis for functional mimicry of long-variable-arm tRNA by transfer-messenger RNA”. 《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》 104 (20): 8293–8. May 2007. doi:10.1073/pnas.0700402104. PMC 1895943. PMID 17488812.  “Visualizing tmRNA entry into a stalled ribosome”. 《Science》 300 (5616): 127–30. April 2003. doi:10.1126/science.1081798. PMID 12677067.  “Solution structure of a tmRNA-binding protein, SmpB, from Thermus thermophilus”. 《FEBS Letters》 535 (1–3): 94–100. January 2003. doi:10.1016/S0014-5793(02)03880-2. PMID 12560085.  “C-terminal extension of truncated recombinant proteins in Escherichia coli with a 10Sa RNA decapeptide”. 《The Journal of Biological Chemistry》 270 (16): 9322–6. April 1995. doi:10.1074/jbc.270.16.9322. PMID 7536743.  “Role of a peptide tagging system in degradation of proteins synthesized from damaged messenger RNA”. 《Science》 271 (5251): 990–3. February 1996. doi:10.1126/science.271.5251.990. PMID 8584937.  Ahmed, Niyaz, 편집. (2008). “Trans-translation in Helicobacter pylori: essentiality of ribosome rescue and requirement of protein tagging for stress resistance and competence”. 《PLOS ONE》 3 (11): e3810. doi:10.1371/journal.pone.0003810. PMC 2584231. PMID 19043582.  “Strikingly bacteria-like and gene-rich mitochondrial genomes throughout jakobid protists”. 《Genome Biology and Evolution》 5 (2): 418–38. 2013. doi:10.1093/gbe/evt008. PMC 3590771. PMID 23335123.  “A second eukaryotic group with mitochondrion-encoded tmRNA: in silico identification and experimental confirmation”. 《RNA Biology》 10 (7): 1117–24. July 2013. doi:10.4161/rna.25376. PMC 3849159. PMID 23823571. 2014년 2월 21일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2014년 2월 13일에 확인함.  “Cell cycle-regulated degradation of tmRNA is controlled by RNase R and SmpB”. 《Molecular Microbiology》 57 (2): 565–75. July 2005. doi:10.1111/j.1365-2958.2005.04709.x. PMC 3776457. PMID 15978085.