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.

היווצרות הכיסוי 5' 

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.

פוּנקצִיָה 

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.

מִבְנֶה 
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.

השפעת פעילות האנזים 
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.

ראו גם
 שחבור
 תרגום (ביולוגיה)
 ריבוזום
 שעתוק (ביולוגיה)
 RNA פולימראז II

הערות שוליים

אנזימים