Раскрыт механизм двойного расщепления концов транспортных РНК
Транспортные РНК (тРНК) доставляют аминокислоты к рибосомам для синтеза белка. Однако перед этим незрелые пре-тРНК должны быть правильно обрезаны.
Исследователи из Университета Кюсю обнаружили, что самый маленький известный белковый фермент для обработки тРНК, HARP (Homologs of Aquifex RNase P36), образует звездообразный комплекс из 12 белковых субъединиц. Этот комплекс способен расщеплять как 5', так и 3' концы пре-тРНК. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Фермент HARP, встречающийся у некоторых бактерий и архей, относится к белковым вариантам рибонуклеазы P (RNase P), которая удаляет лишний участок на 5' конце тРНК.
С помощью криогенной электронной микроскопии (cryo-EM) ученые визуализировали структуру комплекса HARP, связанного с пре-тРНК. Анализ показал, что 12-субъединичный фермент действует как «молекулярная линейка», измеряя расстояние от 5' конца до «изгиба» пре-тРНК для точного определения сайта расщепления. Этот механизм оказался сходным с другими типами RNase P, что указывает на конвергентную эволюцию.
«Наш структурный анализ показал, что функциональный 12-субъединичный комплекс HARP связывает только пять молекул пре-тРНК, а не десять, как предполагалось ранее, — поясняет первый автор работы, доцент Такамаса Терамото. — Это означает, что 7 из 12 активных центров фермента остаются незанятыми».
Проведя анализ расщепления, команда обнаружила второй продукт реакции, соответствующий 3' концу пре-тРНК. Это новое открытие. Оно предполагает, что HARP сначала обрезает лишние нуклеотиды на 5' конце, а затем использует оставшиеся свободные активные центры для расщепления 3' конца.
«Олигомеризация небольшого белка HARP наделяет его бифункциональностью в обработке пре-тРНК. Наши результаты иллюстрируют эволюционную стратегию, с помощью которой организмы с компактными геномами могут приобретать многофункциональность», — заключает профессор Ёсимицу Какута.
Понимание таких эволюционных стратегий, где ограниченные структурные элементы гибко организуются для получения новых функций, может помочь в разработке будущих инструментов для синтетической биологии и биотехнологий.