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核糖核酸酶P

核糖核酸酶P（Ribonuclease P，簡寫為RNase P）是一種核糖核酸酶。核糖核酸酶P也是一種核酶，即由一個RNA分子發揮催化活性，它是第一個被發現的蛋白質以外具有催化活性的生物大分子。它的功能是剪切tRNA分子中RNA上多餘的或前體的多餘序列。[1]它的發現者悉尼·奧爾特曼在1970年代在研究前體tRNA中發現它可以剪切RNA的5'端，悉尼·奧爾特曼也因此獲得了1989年度的諾貝爾化學獎。[2]近期的研究發現核糖核酸酶P也具有一些新的功能，[3]例如人類細胞核中的核糖核酸酶P對於正常並有效地轉錄多種非編碼RNA（包括tRNA、5S rRNA、SRP RNA和U6 snRNA）的基因是必要的，[4]這些基因是由RNA聚合酶III（人類細胞中三類主要的RNA聚合酶之一）來進行轉錄。

核糖核酸酶P結合底物tRNA（綠色）的晶體結構。PDB 2A64

細菌中

在細菌中，如大腸桿菌，核糖核酸酶P具有兩個組分：一條RNA鏈（稱為M1-RNA）和一個蛋白質（稱為C5蛋白）。[5][6]在細胞內，這兩個組分對於功能的發揮都是必要的；但在體外（in vitro），M1-RNA可以獨自發揮催化的功能。[1]C5蛋白的作用主要是增強底物結合的親和力，而活性位點金屬離子結合親和力的提高很可能能夠加強M1-RNA的催化速率。細菌核糖核酸酶P的晶體結構顯示它具有一個由共軸堆積的螺旋結構域構成的平整表面，這樣一個平的表面有助於底物前體tRNA分子的結合和剪切。[5]

古菌中

在古菌中，核糖核酸酶P含有4-5個結合RNA的蛋白質亞基。體外重構實驗顯示，這些亞基中的每一個都通過核糖核酸酶P中的RNA組分參與對於tRNA的處理。[7][8][9]古菌核糖核酸酶P中的蛋白質亞基結構已經通過X射線晶體學和NMR被解析，進一步揭示了這些亞基結構與功能的關係。

真核生物中

在真核生物中，如人類和酵母，核糖核酸酶P的RNA鏈與細菌中所發現的在結構上相似，[10]並含有9-10個與RNA鏈結合的蛋白質亞基，[3][11]，其中5個亞基與古菌核糖核酸酶P中的5個亞基具有同源性。這些亞基同時也是核糖核酸酶MRP（RNase MRP，一種催化性核糖核蛋白，參與細胞核中核糖體RNA的剪切）的組成亞基。[11][12][13]真核生物的核糖核酸酶P中的RNA組分直到最近才被證明是核酶；[14]其蛋白質亞基自身對於底物tRNA的剪切只具有次要作用，[15]這些亞基可能是在核糖核酸酶P和核糖核酸酶MRP的其他功能（如基因轉錄和細胞周期）中發揮主要作用。[4][16]

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 （英文）Guerrier-Takada C, Gardiner K, Marsh T, Pace N, Altman S. The RNA moiety of ribonuclease P is the catalytic subunit of the enzyme. Cell. 1983, 35 (3 Pt 2): 849–57. PMID 6197186. 
  2. ^ （英文）1989年度諾貝爾化學獎 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  3. ^ 3.0 3.1 （英文）Jarrous N, Reiner R. Human RNase P: a tRNA-processing enzyme and transcription factor. Nucleic Acids Res. 2007, 35 (11): 3519–24. PMID 17483522. doi:10.1093/nar/gkm071. 
  4. ^ 4.0 4.1 （英文）Reiner R, Ben-Asouli Y, Krilovetzky I, Jarrous N. A role for the catalytic ribonucleoprotein RNase P in RNA polymerase III transcription. Genes Dev. 2006, 20 (12): 1621–35. PMID 16778078. doi:10.1101/gad.386706. 
  5. ^ 5.0 5.1 （英文）Evans D, Marquez SM, Pace NR. RNase P: interface of the RNA and protein worlds. Trends Biochem. Sci. 2006, 31 (6): 333–41. PMID 16679018. doi:10.1016/j.tibs.2006.04.007. 
  6. ^ （英文）Tsai HY, Masquida B, Biswas R, Westhof E, Gopalan V. Molecular modeling of the three-dimensional structure of the bacterial RNase P holoenzyme. J. Mol. Biol. 2003, 325 (4): 661–75. PMID 12507471. 
  7. ^ （英文）Hall TA, Brown JW. Archaeal RNase P has multiple protein subunits homologous to eukaryotic nuclear RNase P proteins. RNA. 2002, 8 (3): 296–306. PMID 12003490. 
  8. ^ （英文）Fukuhara H, Kifusa M, Watanabe M, Terada A, Honda T, Numata T, Kakuta Y, Kimura M. A fifth protein subunit Ph1496p elevates the optimum temperature for the ribonuclease P activity from Pyrococcus horikoshii OT3. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2006, 343 (3): 956–64. PMID 16574071. doi:10.1016/j.bbrc.2006.02.192. 
  9. ^ （英文）Tsai HY, Pulukkunat DK, Woznick WK, Gopalan V. Functional reconstitution and characterization of Pyrococcus furiosus RNase P. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2006, 103 (44): 16147–52. PMID 17053064. doi:10.1073/pnas.0608000103. 
  10. ^ （英文）Marquez SM, Chen JL, Evans D, Pace NR. Structure and function of eukaryotic Ribonuclease P RNA. Mol. Cell. 2006, 24 (3): 445–56. PMID 17081993. doi:10.1016/j.molcel.2006.09.011. 
  11. ^ 11.0 11.1 （英文）Chamberlain JR, Lee Y, Lane WS, Engelke DR. Purification and characterization of the nuclear RNase P holoenzyme complex reveals extensive subunit overlap with RNase MRP. Genes Dev. 1998, 12 (11): 1678–90. PMID 9620854. 
  12. ^ （英文）Salinas K, Wierzbicki S, Zhou L, Schmitt ME. Characterization and purification of Saccharomyces cerevisiae RNase MRP reveals a new unique protein component. J. Biol. Chem. 2005, 280 (12): 11352–60. PMID 15637077. doi:10.1074/jbc.M409568200. 
  13. ^ （英文）Welting TJ, Kikkert BJ, van Venrooij WJ, Pruijn GJ. Differential association of protein subunits with the human RNase MRP and RNase P complexes. RNA. 2006, 12 (7): 1373–82. PMID 16723659. doi:10.1261/rna.2293906. 
  14. ^ （英文）Kikovska E, Svärd SG, Kirsebom LA. Eukaryotic RNase P RNA mediates cleavage in the absence of protein. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104 (7): 2062–7. PMID 17284611. doi:10.1073/pnas.0607326104. 
  15. ^ （英文）Willkomm DK, Hartmann RK. An important piece of the RNase P jigsaw solved. Trends Biochem. Sci. 2007, 32 (6): 247–50. PMID 17485211. doi:10.1016/j.tibs.2007.04.005. 
  16. ^ （英文）Gill T, Cai T, Aulds J, Wierzbicki S, Schmitt ME. RNase MRP cleaves the CLB2 mRNA to promote cell cycle progression: novel method of mRNA degradation. Mol. Cell. Biol. 2004, 24 (3): 945–53. PMID 14729943. 

外部連結

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