Cấu trúc của RNA

Chương CẤU TRÚC & CHỨC NĂNG CỦA RNA Giới thiệu Những nghiên cứu ban đầu cấu trúc RNA DNA thực lúc So với DNA, RNA đa dạng cấu trúc chức Các dạng cấu trúc không gian ba chiều hoạt động tương tự protein dạng hình cầu (globular protein) Các kiểu gấp phân tử sở hoạt tính tương tác đặc hiệu với phân tử khác gồm protein, nucleic acid, phối tử nhỏ (small ligand) RNA tham gia vào nhiều trình thiết yếu tế bào, từ tái DNA đến tổng hợp protein Thành phần RNA CẤU TRÚC BẬC HAI CỦA RNA Các base RNA: A, G, C U Sợi đơn RNA gấp lại thành nhiều dạng cấu trúc bậc hai, ổn định liên kết base Watson - Crick liên kết bắt cặp dạng khác Các dạng cấu trúc bậc hai phổ biến: dạng đốt (bulge), xoắn bắt cặp bổ sung, kẹp tóc (hairpin) sợi đơn hay vịng nội bộ, điểm nối (junction) Các dạng cấu trúc bậc hai điển hình RNA RNA dạng xoắn sợi đơi Ở RNA, cấu trúc xoắn hình thành liên kết hydro cặp base tương tác kị nước diễn sợi đơn nucleic acid RNA xoắn sợi đôi chủ yếu dạng xoắn phải A với 11 bp vòng RNA dạng xoắn A với cặp base Watson – Crick có chu kì xoắn sâu, hẹp khơng thích hợp với tương tác đặc hiệu Vịng xoắn phụ khơng mang trình tự đặc hiệu gồm nhóm 2’-OH gốc nhận liên kết hydro; dễ tiếp xúc với phối tử xoắn cạn rộng RNA dạng xoắn sợi đôi – Các liên kết không truyền thống Mang cặp base khác cặp base Watson Crick, có 20 loại Các cặp base khơng chuẩn phổ biến: GU, GA, cặp base Hoogsteen đảo ngược cặp GA imino Liên kết base gồm cặp base chuẩn (thường cặp base dạng Watson – Crick hay Hoogsteen đảo ngược); base thứ ba tương tác theo nhiều cách Các cặp base không chuẩn base trung gian cho trình ngưng kết RNA tương tác RNA – protein, RNA – ligand Các cặp base tìm thấy cấu trúc xoắn kép RNA 10 Bộ ba base AGC ACG Cấu trúc bậc ba RNA - tRNA Phân tử tRNA sau phiên mã có chiều dài gấp đơi dạng hoạt động; xử lí nuclease đầu 5’ 3’ Sau xử lí, tRNA có chiều dài 76 nt có hình dạng tRNA có 50 base sửa đổi (methyl hóa, tái cấu trúc vịng purine) 11 Cấu trúc bậc ba RNA - tRNA Mỗi tRNA có trình tự ACC đầu 3’ Mỗi vịng tRNA (tạo hình cỏ lá) có chức riêng Vòng T (T-loop) – nhận biết ribosome Vòng D (D-loop) – liên quan đến nhận diện aminoacyl tRNA synthetase Vòng đối mã bắt cặp với mã ba mRNA; giới hạn uracil nhánh 5’ purine cải biến nhánh 3’ Mơ hình “U-turn” phổ biến nhiều tRNA tạo liên kết hydro N3 uridine với nhóm PO4 nucleotide lân cận Các nhánh bắt cặp bổ sung thường tương tác với nhánh khác cách xếp chồng đồng trục (coaxial stacking) tạo dạng xoắn A 12 13 Cấu trúc bậc hai bậc ba tRNA 14 RNA dạng pseudoknot Động lực học gấp RNA Protein gắn đặc hiệu RNA hình thành phức hợp chặt chẽ với RNA mục tiêu với vai trò hỗ trợ việc gấp RNA (chaperone) Họ protein hnRNP (heterogenous nuclear ribonucleoprotein) có 20 protein khác hỗ trợ việc ngăn chặn gấp sai ngưng kết mRNA chưa trưởng thành rRNA gấp kết hợp với protein ribosome 15 16 Protein điều khiển trình gấp RNA Sự đa dạng chức RNA 17 loại RNA chủ yếu giữ vai trị chun biệt chuyển tải dịng thơng tin di truyền rRNA, thành phần thiết yếu ribosome mRNA, trình tự DNA mã hóa gen tRNA, mang amino acid đến ribosome snRNA (small nuclear RNA) tham gia trình cắt nối tiền mRNA snoRNA (small nucleolar RNA) tham gia q trình xử lí rRNA Một khám phá quan trọng SHPT: phân tử RNA xúc tác phản ứng hóa học tế bào sống Hầu hết RNA tế bào eukaryote liên kết với protein dạng hạt nucleoprotein (RNP) 18 Mối quan hệ loại RNA q trình biểu gen Các RNP tham gia vào trình tế bào 19 Telomerase kéo dài đầu telomere nào? 20 RNA có hoạt tính xúc tác Đầu năm 1980, hai phịng thí nghiệm độc lập chứng minh hoạt tính xúc tác RNA 1982 Thomas Cech cs chứng minh vùng intron phân tử rRNA kích thước lớn Tetrahymena thermophila có hoạt tính tự cắt nối in vitro Một năm sau, Sidney Altman cs cho thấy thành phần RNA RNase P từ E coli xử lí tiền mRNA mà khơng có tiểu đơn vị protein in vitro “Ribozyme” hay RNA enzyme phân tử RNA với hoạt tính xúc tác 21