ויקיפדיה

RNA ראש פטיש

יש לשכתב ערך זה. ייתכן שהערך מכיל טעויות, או שהניסוח וצורת הכתיבה שלו אינם מתאימים.
אתם מוזמנים לסייע ולתקן את הבעיות, אך אנא אל תורידו את ההודעה כל עוד לא תוקן הדף. ייתכן שתמצאו פירוט בדף השיחה.

RNA ראש פטיש (נקרא גם ריבוזים (ribozyme) ראש פטיש) הוא מולקולת RNA בעלת יכולת דמוית אנזים - קטליזטור (זרז) לתגובות של ביקוע עצמי וקשירת הRNA באתר ספציפי. המולקולה נתגלתה לראשונה ב-1986. עד אז, יכולת הביקוע של מולקולות הRNA הללו יוחסו לאנזימים (חלבונים) אחרים. התגלה, כי יכולת זו חיונית לשכפול מולקולת ה-RNA ראש פטיש.

לRNA ראש פטיש יש מבנה משני של כ-55 נוקלאוטידים, אשר ניתן להרכיב מ-2 או 3 מולקולות RNA נפרדות.

RNA ראש פטיש משמש כמודל למחקר של המבנה והמאפיינים של RNA בעל יכולות קטליטיות, וניתן להשתמש בו בניסויים של ביקוע RNA (ראו להלן, בפרקים "שימוש במחקר" ו"שימוש במחקר רפואי").

השם "RNA ראש פטיש" נקרא על שם המבנה השניוני המאפיין את המולקולות הללו - מבנה, שהזכיר לחוקרים את דג הכריש, שראשו דמוי-פטיש (איור 1)[1].

מולקולות RNA ראש פטיש קיימות בשתי מחלקות של RNA בווירוסים צמחיים:

  1. RNA לווייני - וירוסי RNA התלויים בווירוסים אחרים כדי לבצע תהליך הדבקה
  2. וירואידים - מולקולות RNA חד-גדיליות ומעגליות, בעלות יכולת הדבקה בצמחים-Viroids.

כמו כן, הוא קיים גם במספר סוגים של רטרוטרנספוזונים[2].

RNA ראש פטיש התגלה לראשונה ב-RNA לווייני של וירוס צמח הטבק ringspot virus (sTRSV). במחלקת הוירואידים, RNA ראש פטיש הראשון שהתגלה היה באבוקדו Avocado sunblotch viroid (ASBVd)[3][4].

ניתן לראות שימור לאורך האבולוציה ברצף הRNA של המולקולות הללו, ממצא המרמז כי שימור הרצף מתרחש על בסיס הגברת היעילות של פעילות הביקוע העצמית שלו (ראו הפרק "אבולוציה" בהמשך ערך זה)[5].



איור 1: מבנה שניוני חזוי של ה-RNA ראש פטיש. הנוקלאוטידים המודגשים בעיגול אדום הם השמורים בממלכות שונות לאורך האבולוציה (צמחים, בעלי חיים ווירוסים שונים)





מבנה מרחבי של RNA ראש פטיש

עריכה

RNA ראש פטיש מורכב משלושה סלילים (I,II,III) היוצרים יחדיו מבנה בצורת האות Y. עם זאת במצבים מסוימים, המבנה התלת מימדי שלו יכול להדמות לאות A, בעקבות האופן שבו הסלילים מתקפלים ומתקשרים[6]. בתוך המבנה, בצומת של שלושת הסליליים, קיימת ליבה קטליטית בת 15 נוקלאוטידים אשר בה מתרחש הביקוע .

הליבה הקטליטית חיונית לביקוע העצמי של RNA ראש פטיש. קיימים בה אזורים שמורים אשר ממלאים תפקידים קריטיים. הבסיסים המרכזיים שמורים באבולוציה והם G5,G8,G12 וC3[7] (איור 1). בסיסים G8 וG12 ממלאים תפקידים קריטיים בתהליך העברת האלקטרונים במנגנון: G12 פועל כבסיס אשר לוקח פרוטון מקבוצת ההידרוקסיל באתר הביקוע, בעוד ש-G8 פועל כחומצה ותורם פרוטון לקבוצה העוזבת. הבסיסים C5 וC3 אחראים לקיפול התקין וייצוב המבנה של הליבה הקטליטית לשמירה על פעילותה התקינה[8].


מנגנון פעולה

עריכה

מולקולת RNA ראש פטיש מבקעת את גדיל הRNA המשלים שלה בצורה ספציפית לרצף. הביקוע מתרחש באמצעות תגובת אסטריפיקציה - תגובה כימית בה קבוצת קרבוקסיל של חומצה אורגנית(RCOOR) חוברת לאלכוהול (ROH) כדי ליצור מולקולת אסטר ומים (איור 2). למעשה, קבוצת אלכוהול אחת מוחלפת באחרת, כאשר קבוצת ההידרוקסיל פועלת כנוקלאופיל ותוקפת את קבוצת הפוספט הסמוכה לה[9]. בהקשר של RNA ראש פטיש קבוצת ה2'-OH של סוכר ריבוז תוקף את קבוצת הפוספט הסמוכה (באופן ספציפי את הקשר הפוספודיאסטרי) וכתוצאה מכך מתרחש הביקוע של הRNA.

הפעילות הקטליטית של מולקולת הRNA ראש פטיש תלויה בקיפול נכון של הRNA למבנה הפעיל שלו, מה שמביא את הליבה הקטליטית למצב האופטימלי לתגובת הביקוע[10][11]. בתחילת המחקר של RNA ראש פטיש, חוקרים הניחו כי על מנת שפעולת הקטליזה תצא לפועל יש צורך ביוני מתכת דו ערכיים אך לאחר מכן הוכח כי הם יכולים לתפקד עם קטיונים חד ערכיים[12].


אבולוציה

עריכה

התפתחות אבולוציונית מבנית

עריכה

RNA ראש פטיש יכול להיווצר ממגוון רצפי RNA שונים. לכן, ניתן להסיק כי יתכן כי התפתח ממספר מקורות אבולוציוניים. חוקרים שונים ניסו לבצע מניפולציות על רצפי RNA ראש פטיש על מנת לברר האם התנאים בהם יתפתחו ישפיעו על הרצפים ועל הפעילות שלהם. הממצאים הראו, כי למרות השוני ברצף בין מולקולות ה-RNA הן עדיין בצעו את פעולת הביקוע המאפיינת את RNA ראש פטיש. נתגלה, כי השוני לא היה באזורים השמורים ולכן פעולת הביקוע לא נפגעה. עבודות מחקר בהן נעשה שימוש בטכנולוגית ביולוגיה מבנית (קריסטלוגרפיה של קרני רנטגן ומיקרוסקופיה) הקנו לחוקרים הבנה ברזולוציה גבוהה של המבנה המולקולרי של RNA ראש פטיש[13]. עבודות אלה חשפו את האינטראקציות המפורטות בתוך הליבה הקטליטית של מולקולת ה-RNA ראש פטיש ובכך שפכו אור על אופן הפעילות שבו מולקולות הRNA הללו מבצע את הפעולות הקטליטיות שלו[14].

תגובת אסטריפיקציה:

 

RNA ראש פטיש ביצורים לאורך האבולוציה

עריכה

אומנם גילויו הראשון של RNA ראש פטיש היה בצמחים אך לאורך השנים נמצאו דוגמאות של RNA ראש פטיש במגוון אורגניזמים כגון תולעים שטוחות[15], צרצרי מערות [16]ואף ביונקים (כולל הברווזן שידוע כיונק ביב)[17]. בשנת 2010 נמצאו RNA ראש פטיש גם בגנומים של בני אדם, ממצא אשר גרם לחוקרים להבין כי ה-ribozymes הללו נמצאים במגוון יצורים גדול לאורך האבולוציה[18]. רוב ה- ribozymes אשר נמצאו ביצורים אאוקריוטים הם רטרו אלמנטים קצרים (SINEs) הנקראים רטרו-זימים המתבטאים כמקטעי RNA מעגליים וקצרים. הרטרוזימים הללו נושאים לעיתים קרובות מוטיבים של RNA ראש פטיש החיוניים לפעולת הביקוע העצמי המאפשרים להם לבקע את הRNA שלהם. גילוי של RNA ראש פטיש ביצורים שונים לאורך האבולוציה מרמז על החשיבות הרבה שלהם, כפי הנראה בבקרת ביטוי גנים[19].

שימוש במחקר

עריכה

במצבו הטבעי, RNA ראש פטיש מורכב מגדיל RNA יחיד. על אף שתהליך ביקוע הRNA מתרחש בסביבה לא אנזימטית, RNA ראש פטיש אינו קטליזטור במצבו הטבעי. לכן, ניתן לעצב את מבני ראש הפטיש על ידי שימוש בRNA דו גדילי כך שגדיל אחד ישמש כראש הפטיש המבצע את הביקוע בגדיל השני. משתמשים בשיטה זו בדרך כלל בניסויים במבחנה (in vitro)[20].

כמו כן, ניתן להשתמש בRNA ראש פטיש בתהליכי השתקת גנים. כיוון שהביקוע באמצעות RNA ראש פטיש הינה תלוית רצף, ניתן להשתיק גנים באמצעותה ברמת תעתיק הRNA ברחבי הגנום הנחקר, לפגוע בתהליך התיעתוק שלהם לפי בחירה ובכך לפגוע בביטוי שלהם[21]. השימוש בפעולת הביקוע במדע כיום קורה גם נגד מולקולות RNA אשר נחשבות מזיקות כמו RNA מווירוסים. בנוסף, בביולוגיה מולקולרית משתמשים במולקולות הללו על מנת לבדוק את התפקוד והאינטראקציה של רצפי RNA אותם השתיקו באמצעות הפעילות של RNA ראש פטיש[22].

שימוש במחקר רפואי

עריכה

כיום, נעשה שימוש בRNA ראש פטיש על מנת לחקור את מחלות הסרטן. על ידי פירוק רצפי RNA המתבטאים מאונקוגנים מנסים החוקרים לעכב את הצמיחה וההתרבות של התאים הסרטניים[23]. כמו כן כמוזכר מעלה, משתמשים ב-RNA ראש פטיש על מנת לבצע סיכול ממוקד לגנומים של וירוסים. דוגמא לכך, היא דלקת כבד נגיפית B אשר בעזרת RNA ראש פטיש ניסו לפגוע במערכת השכפול של הוירוס גורם המחלה. למחקרים כאלה יש פוטנציאל להיות פורצי דרך כטיפול עתידי לא פולשני למחלות[24].

השוואה בין RNA ראש פטיש לריבוזימים אחרים

עריכה

בנוסף לRNA ראש פטיש, תוארו ribozymes נוספים אשר מבצעים את פעולת ביקוע RNA, כגון ribozyme ראש סיכה (hairpin) והפטיטיס rybozyme Delta Virus (HDV). מולקולות RNA ראש פטיש פשוטות יותר יחסית לHDV אך מורכבות יותר מראש סיכה. על כן מולקולות אלה שימושיות כמערכות מודל לחקר קטליזה ברמת ה-RNA. מבחינת יעילות קטליטית כל שלושת ה- ribozymes משתמשים בקטליזת חומצה-בסיס אך הם משתמשים באסטרטגיות שונות על מנת לבקע את הRNA. מבחינת השכיחות של ה ribozymes, RNA ראש פטיש הוא השכיח ביותר באבולוציה, שכן הם התגלו הן בבעלי חיים והן בצמחים, לעומת HDV-ribozyme שקשור ספציפית לנגיף הפטיטיס דלתא[25][26].

ראו גם

עריכה

קישורים חיצוניים

עריכה
  • Hammerhead, בבתוך בסיס הנתונים Ribocentre

הערות שוליים

עריכה
  1. ^ Klemens J. Hertel, Daniel Herschlag, Olke C. Uhlenbeck, A Kinetic and Thermodynamic Framework for the Hammerhead Ribozyme Reaction, Biochemistry 33, 1994-03-22, עמ' 3374–3385 doi: 10.1021/bi00177a031
  2. ^ Anthony C. Forster, Robert H. Symons, Self-cleavage of plus and minus RNAs of a virusoid and a structural model for the active sites, Cell 49, 1987-04, עמ' 211–220 doi: 10.1016/0092-8674(87)90562-9
  3. ^
    שגיאות פרמטריות בתבנית:קישור כללי
    פרמטרי חובה [ כותרת ] חסרים         {{{כותרת}}}, באתר login.bengurionu.idm.oclc.org
  4. ^ Gerry A. Prody, John T. Bakos, Jamal M. Buzayan, Irving R. Schneider, George Bruening, Autolytic Processing of Dimeric Plant Virus Satellite RNA, Science 231, 1986-03-28, עמ' 1577–1580 doi: 10.1126/science.231.4745.1577
  5. ^ M. De la Pena, Peripheral regions of natural hammerhead ribozymes greatly increase their self-cleavage activity, The EMBO Journal 22, 2003-10-15, עמ' 5561–5570 doi: 10.1093/emboj/cdg530
  6. ^ Heinz W. Pley, Kevin M. Flaherty, David B. McKay, Three-dimensional structure of a hammerhead ribozyme, Nature 372, 1994-11, עמ' 68–74 doi: 10.1038/372068a0
  7. ^ William G. Scott, John T. Finch, Aaron Klug, The crystal structure of an AII-RNAhammerhead ribozyme: A proposed mechanism for RNA catalytic cleavage, Cell 81, 1995-06, עמ' 991–1002 doi: 10.1016/s0092-8674(05)80004-2
  8. ^ William G. Scott, Lucas H. Horan, Monika Martick, Chapter One - The Hammerhead Ribozyme: Structure, Catalysis, and Gene Regulation, כרך 120, Academic Press, 2013-01-01, Catalytic RNA, עמ' 1–23
  9. ^ Ashwani Kumar, Luke A. Connal, Biobased Transesterification Vitrimers, Macromolecular Rapid Communications 44, 2023-04 doi: 10.1002/marc.202200892
  10. ^ Klara R. Birikh, Paul A. Heaton, Fritz Eckstein, The Structure, Function and Application of the Hammerhead Ribozyme, European Journal of Biochemistry 245, 1997-04, עמ' 1–16 doi: 10.1111/j.1432-1033.1997.t01-3-00001.x
  11. ^ David MJ Lilley, Structure, folding and mechanisms of ribozymes, Current Opinion in Structural Biology, Sequences and topology/Nucleic acids 15, 2005-06-01, עמ' 313–323 doi: 10.1016/j.sbi.2005.05.002
  12. ^ Marcos De la Peña, Inmaculada García-Robles, Amelia Cervera, The Hammerhead Ribozyme: A Long History for a Short RNA, Molecules 22, 2017-01, עמ' 78 doi: 10.3390/molecules22010078
  13. ^ Kourosh Salehi-Ashtiani, Jack W. Szostak, In vitro evolution suggests multiple origins for the hammerhead ribozyme, Nature 414, 2001-11, עמ' 82–84 doi: 10.1038/35102081
  14. ^ Young-In Chi, Monika Martick, Monica Lares, Rosalind Kim, William G. Scott, Sung-Hou Kim, Capturing Hammerhead Ribozyme Structures in Action by Modulating General Base Catalysis, PLOS Biology 6, 30 בספט׳ 2008, עמ' e234 doi: 10.1371/journal.pbio.0060234
  15. ^ Gerardo Ferbeyre, James M. Smith, Robert Cedergren, Schistosome Satellite DNA Encodes Active Hammerhead Ribozymes, Molecular and Cellular Biology 18, 1998-07-01, עמ' 3880–3888 doi: 10.1128/MCB.18.7.3880
  16. ^ A. A. Rojas, Hammerhead-mediated processing of satellite pDo500 family transcripts from Dolichopoda cave crickets, Nucleic Acids Research 28, 2000-10-15, עמ' 4037–4043 doi: 10.1093/nar/28.20.4037
  17. ^ Monika Martick, Lucas H. Horan, Harry F. Noller, William G. Scott, A discontinuous hammerhead ribozyme embedded in a mammalian messenger RNA, Nature 454, 2008-08, עמ' 899–902 doi: 10.1038/nature07117
  18. ^ Marcos de la Peña, Inmaculada García‐Robles, Intronic hammerhead ribozymes are ultraconserved in the human genome, EMBO reports 11, 2010-09, עמ' 711–716 doi: 10.1038/embor.2010.100
  19. ^ Amelia Cervera, Marcos de la Peña, Small circRNAs with self-cleaving ribozymes are highly expressed in diverse metazoan transcriptomes, Nucleic Acids Research 48, 2020-03-21, עמ' 5054–5064 doi: 10.1093/nar/gkaa187
  20. ^ Nassim Usman, Leonid Beigelman, James A McSwiggen, Hammerhead ribozyme engineering, Current Opinion in Structural Biology 6, 1996-08-01, עמ' 527–533 doi: 10.1016/S0959-440X(96)80119-9
  21. ^ Liliya Horbal, Victor Fedorenko, Andriy Luzhetskyy, Novel and tightly regulated resorcinol and cumate-inducible expression systems for Streptomyces and other actinobacteria, Applied Microbiology and Biotechnology 98, 2014-10-01, עמ' 8641–8655 doi: 10.1007/s00253-014-5918-x
  22. ^ Bruce A. Sullenger, Eli Gilboa, Emerging clinical applications of RNA, Nature 418, 2002-07, עמ' 252–258 doi: 10.1038/418252a
  23. ^ Kuang‐Yu Jen, Alan M. Gewirtz, Suppression of Gene Expression by Targeted Disruption of Messenger RNA: Available Options and Current Strategies, STEM CELLS 18, 2000-09, עמ' 307–319 doi: 10.1634/stemcells.18-5-307
  24. ^ H. Kröger, I. Donner, G. Skiello, Influence of a new virostatic compound on the induction of enzymes in rat liver, Arzneimittel-Forschung 25, 1975-09, עמ' 1426–1429
  25. ^ William G. Scott, Lucas H. Horan, Monika Martick, Chapter One - The Hammerhead Ribozyme: Structure, Catalysis, and Gene Regulation, כרך 120, Academic Press, 2013-01-01, Catalytic RNA, עמ' 1–23
  26. ^ M. D. Been, HDV Ribozymes, Berlin, Heidelberg: Springer, 2006, עמ' 47–65, ISBN 978-3-540-29802-1. (באנגלית)
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=RNA_ראש_פטיש&oldid=39969108"