Degradosom [1] ( eng. degradosome ) är ett multiproteinbakteriekomplex som är involverat i bearbetningen av ribosomalt RNA och nedbrytningen av budbärar-RNA , reglerat av icke-kodande RNA . Den består av RNA- helikas B , ribonukleas E (RNase E), polynukleotidfosforylas och det glykolytiska enzymet enolas [2] . Degradosomer kan studeras med elektronmikroskopi [3] .
RNA-poolen i cellen förändras ständigt. Till exempel, i Escherichia coli är livslängden för mRNA från 2 till 25 minuter, i andra bakterier kan den vara längre. Även i celler som är i vila, förstörs RNA ständigt, och de fria nukleotiderna som bildas i detta fall används vidare i syntesen av nukleinsyror . RNA-cykling är extremt viktig för reglering av genuttryck . Bakteriellt mRNA är mycket instabilt jämfört med eukaryot mRNA . Detta kan bero på det faktum att bakterier måste omprogrammera sin pool av mRNA (och därför proteiner ) snabbare som svar på snabbt föränderliga miljöförhållanden [1] .
Celler av alla organismer har speciella verktyg för RNA-nedbrytning, till exempel RNaser, helikaser, 3'-terminala nukleotidyltransferaser , som lägger till nukleotidsvansar till transkript , 5'- kapslande och avtäckande enzymer och olika RNA-bindande proteiner . De listade proteinerna sätts ofta samman till stabila multiproteinkomplex där deras aktivitet är koordinerad. I eukaryoter är detta komplex exosomen , medan det i bakterier är degradosomen.
I E. coli sträcker sig massan av degradosomer från 160 till 400 kDa , och sedimentationskonstanten är 8–16 S [1] . Degradosomen är tillräckligt stor för att vara synlig i ett elektronmikroskop bredvid bakteriens inre membran [4] . Sammansättningen av multiproteindegradosomen kan variera från organism till organism. I E. coli innehåller degradosomen fyra huvudkomponenter:
Möjligen inkluderar degradosomer RNas III , som klyver dubbelsträngade RNA-regioner [1] . Degradosomen kan också innehålla GroEL och DnaK [1] chaperones .
är nära förknippat med degradosomen ( även om det inte är en del av degradosomen). Detta enzym bildar ATP för helikasdrift enligt ekvationen (F) n + ADP → (F) n−1 + ATP [7] .
Det finns olika varianter av degradosomer som innehåller olika proteiner. Ytterligare komponenter i degradosomen kan vara PcnB ( poly(A)-polymeras ) och RNA-helikaser RhlE och SrmB. Under förhållanden med köldchock kan degradosomen innehålla CsdA RNA-helikas. I den stationära fasen kan degradosomen innehålla ytterligare komponenter såsom RNase R (Rnr) och det förmodade HrpA RNA-helikaset. Dessutom kan degradosomproteiner inkludera Hfq RNA-chaperonen [ , prostatasyrafosfatas (PAP), andra chaperoner och ribosomala proteiner [8] .
Den exakta strukturen för E. coli -degradosomen är okänd, även om det finns en modell för hur den fungerar. Det antas att strukturen hos degradosomen är instabil, och var och en av dess komponenter interagerar med andra komponenter som finns i dess omedelbara närhet [6] .
Degradosomen är ett stort multienzymkomplex involverat i RNA- metabolism och post-transkriptionell reglering av genuttryck i en mängd olika bakterier, inklusive Escherichia coli och Pseudoalteromonas haloplanktis . Det är involverat i bearbetningen av strukturerade RNA-prekursorer under deras mognad [9] [10] .
Det antas att RNA-helikas spelar en hjälproll i destruktionen av RNA genom att avveckla de sekundära strukturerna av RNA. Ibland frisätts rRNA tillsammans med degradosomer, vilket bekräftar att dessa komplex är involverade i nedbrytningen av rRNA och mRNA. Det finns mycket lite information om degradosomens roll. När man studerade nedbrytningen av E. coli- transkript , visades det att endoribonukleaser är de första som kommer in i spelet, som skär RNA så att exonukleaser fullbordar förstörelsen av de resulterande fragmenten. Själva RNA-helikaset RhIB är inaktivt, men interaktion med RNase E kan förbättra det [11] . Enolasets roll i processen för RNA-nedbrytning är fortfarande oklart, men det kan öka komplexets specificitet [12] [13] . Det är dock känt att degradosomenolas är nödvändigt för snabb destruktion av glukostransportör- mRNA som svar på fosfosockerstress i E. coli [14] .
Degradosomaktivering sker under verkan av icke-kodande RNA motsvarande eukaryota miRNA . Det finns två sätt att rikta RNA för destruktion: bindning till ett translationsinitieringsställe eller till en kodande sekvens . Hfq-chaperonen krävs för att binda det icke-kodande RNA:t till mål-mRNA:t. Det bifogade komplexet av Hfq och icke-kodande RNA förhindrar ribosomen från att binda till transkriptet och aktiverar nukleaser (RNas E) för att förstöra det. När det binder till den kodande sekvensen förhindrar komplexet ribosomen från att röra sig längre, vilket startar förstörelseprocessen [9] .
Processen för RNA-nedbrytning är mycket komplex. Som ett exempel, betrakta den mest studerade förstörelsen av mRNA av Escherichia coli -degradosomer . Både endo- och exonukleaser är involverade i mRNA-nedbrytning. Enzymerna RNase II och polynukleotidfosforylas (PNPas) bryter ned mRNA i 3' → 5'-riktningen. Degradosomen innehåller 4 fack som innehåller flera RNaser. Redan från början innehåller det nysyntetiserade mRNA:t ett polyfosfat . Därför är det första steget i förstörelsen av mRNA defosforylering med bildning av monofosfat under inverkan av RNA-pyrofosfohydrolas. I transkriptet, förutom fosfatänden (P-terminal), finns en terminal hårnål . P-terminalen klyvs av endoribonukleas RNas E, och hårnålen avlägsnas av RNA-helikaser. Om transkriptet innehåller ytterligare sekundära strukturer, är verkan av PAP - polymeras nödvändig för att förenkla arbetet med exoribonukleaser (till exempel PNPas) . Slutligen klyvs individuella fragment av oligoribonukleaser. I andra mikroorganismer sker processen på liknande sätt, även om den enzymatiska sammansättningen av komplexet kan skilja sig åt. Till exempel, i Bacillus subtilis används RNaser Y eller J som endoribonukleas istället för RNas E, medan i archaea bryts RNA ned av exosomer [9] .
Även om strukturen hos degradosomen är dynamisk, dess sammansättning varierar, och under vissa laboratorieförhållanden behövs inte degradosomen alls, den har ändå bevarats under evolutionens gång , möjligen på grund av att den är involverad i många processer som reglerar genuttryck. Det har experimentellt visats att i E. coli är närvaron av en exosom en selektiv fördel. Homologer av E. coli -degradosomproteiner kan spåras i alla livets domäner [9] . Det bör dock noteras att i E. coli processen för RNA-nedbrytning inte kan fortsätta i 5' → 3'-riktningen. Det finns inget lock vid 5'-änden av E. coli -mRNA , och exonukleaser som verkar i 5'-→3'-riktningen är okända. En liknande situation uppstår i andra bakterier, så förstörelsen av 5' → 3'-transkript kan vara en unik egenskap hos eukaryota celler [11] .