Пуринові основи в положенні 37 тРНК стабілізують взаємодію кодон-антикодон у ділянці рибосоми А шляхом укладання та взаємодії, залежної від Mg 2+

АНДРЕЙ Л. КОНЕВЕГА

1 Петербурзький інститут ядерної фізики Російської академії наук, 188300 Гатчина, Росія

НАТАЛІЯ Г. СОБОЛЄВА

1 Петербурзький інститут ядерної фізики Російської академії наук, 188300 Гатчина, Росія

ВАЛЕНТИН І. МАХНО

1 Петербурзький інститут ядерної фізики Російської академії наук, 188300 Гатчина, Росія

ЮРІЙ П. СЕМЕНКОВ

1 Петербурзький інститут ядерної фізики Російської академії наук, 188300 Гатчина, Росія

WOLFGANG WINTERMEYER

2 Інститут молекулярної біології ім

МАРИНА В. РОДНІНА

3 Інститут фізичної біохімії Університету Віттена/Гердеке, 58448 Віттен, Німеччина

ВЛАДИМИР І. КАТУНІН

1 Петербурзький інститут ядерної фізики Російської академії наук, 188300 Гатчина, Росія

Анотація

ВСТУП

Взаємодія між кодоном і антикодоном відіграє центральну роль у розшифровці мРНК на рибосомі. Канонічна структура петлі антикодону є важливою для взаємодії як з А, так і з Р-сайтами (Юсупов та ін., 2001) і зберігається в еволюційному відношенні. Петля антикодону визначається наявністю ряду збережених та напівконсервованих нуклеотидів, які утворюють розширений структурний підпис (Auffinger and Westhof 2001). На 5 ′ кінці петлі піримідинова основа знаходиться в положенні 32, а потім інваріант U в положенні 33. Різні модифіковані нуклеотиди знаходяться в положенні 34, які утворюють пари до положення 3 кодону, тоді як nt 35 і 36, які взаємодіють з положеннями 2 і 1 кодону, відповідно, демонструють лише обмежену кількість модифікацій. Основи в положеннях 37 і 38 - це переважно пурини, які в положенні 37 часто гіпермодифіковані. Аналіз послідовності> 3000 генів тРНК різних організмів показує, що А знаходиться в положенні 37 в

80% та G у 20% усіх тРНК (Sprinzl et al. 1998). В

26% тРНК виявлено немодифікованим А; найпоширенішими модифікаціями в положенні 37 є t 6 A і m 1 G. Тип модифікації змінюється залежно від специфіки кодування. Взагалі, тРНК, які мають лише G і C основи в своїх антикодонах, ніколи не мають модифікованого пурину, прилеглого до 3 ′ сторони антикодону, тоді як усі тРНК з принаймні двома основами A або U мають гіпермодифікований пурин у цьому положенні. Наприклад, майже всі фенілаланін-специфічні тРНК (антикодон GAA) мають такі модифікації, найчастіше до вибутину (рис. 1 ▶), пероксивібутину або 2-метилтіо-N 6 -ізопентеніладенину.

(A) Структура основи Y (загальновживаний символ вибутину, систематичний символ yW; База даних модифікації РНК, http://medlib.med.utah.edu/RNAmods) порівняно з G. (B) Розташування бази Y (Y37) у комплексі тРНК дріжджів Phe з U6-мРНК в ділянці A рибосом Thermus thermophilus (Yusupov et al. 2001); Також показана р-сайт тРНК. Виділено Y37 та U6-мРНК.

Дослідження в модельних системах показують, що модифікації баз у положенні 37 стабілізують взаємодію тРНК • мРНК за рахунок поліпшення укладання внутрішньонижкової ланцюга в антикодоновій петлі та міжрядового укладання між кодоном та антикодоновими основами (Grosjean et al. 1998). Використовуючи модельну систему двох тРНК з комплементарними антикодонами, було показано, що комплекс тРНК • тРНК на шість порядків стабільніший, ніж очікувалося, для порівнянної подвійної спіралі з трьома базами пар між тринуклеотидами (Grosjean et al. 1976, 1978). В якості джерел для підвищення стабільності були визначені три структурні особливості: обмеження петлі, загальний вплив звисаючих кінців та особливий ефект модифікованих нуклеотидів, останні сприяють на порядок стабільності комплексу. Утворення комплексів, що містять тРНК з модифікованим нуклеотидом у положенні 37, супроводжувалось більшою зміною ентальпії, порівняно з такими без модифікації або без Y-бази, що свідчить про вплив модифікації на укладання (Grosjean et al. 1976).

РЕЗУЛЬТАТИ

Заміщення основи в положенні 37 впливають на стабільність зв'язування пепт-тРНК в А-сайті

Коли рибосомні комплекси з wt пепт-тРНК Phe інкубували при 37 ° С та 10 мМ Mg 2+, ▶). Навпаки, дисоціація всіх немодифікованих транскриптів пепт-тРНК була набагато швидшою, і існували значні відмінності в стабільності А-ділянки, залежно від природи основи в положенні 37, з періодами напіввиведення комплексів від 1 год ( Y37A) до декількох хвилин (Y37U, Y37C). Це демонструє, що на зв'язування A-сайту сильно впливає природа nt 37 в антикодонній петлі. Далі вивчається термодинамічна основа цих ефектів.