RNase P 是一种核糖核蛋白 (RNP), 含有一个单链RNA分子和一个蛋白(或多个)。RNA具有催化切割tRNA的能力,蛋白质则起稳定RNA结构的作用。该酶广泛存在于原核生物和真核生物(核仁、叶绿体和线粒体)中,也参与核糖体RNA的加工。
Altman通过实验显示了使前体tRNA变成成熟体tRNA的酶——RNase P的活性是存在RNA中的,蛋白质部分没有这种活性。
在研究细菌tRNA的合成中,他发现RNaseP中的RNA成分可以在特定位置上切断tRNA前体,而蛋白质成分中则没有这种切断活性。Cech的第一类内含子是分子内的自我催化,还不能绝对说是酶。而RNase P催化的不是自己,而是催化别的分子的tRNA,使之成熟,所以RNase P才是真正意义上的第一个被发现的核酶。这以后,他又陆续证明,不仅tRNA、rRNA,而且mRNA也是靠核酶的催化作用成为成熟的RNA的。1989年,Altman和Cech,一起获诺贝尔化学奖。
在细菌中
细菌RNase P有两个组成部分: M1 RNA和C5蛋白。在体内,两种成分都是RNase P发挥功能所必需的,但在体外,M1 RNA可以单独发挥功能。C5蛋白的主要作用是提高底物结合亲和力和M1 RNase的催化速率。一种细菌的RNase P全酶的晶体结构最近得到了解析,显示了RNase P的RNA的螺旋结构域如何参与tRNA前体形状选择性识别的。这种晶体结构证实了早期的底物识别和催化模型,确定了活性位点的位置,并显示了蛋白质组分如何增加RNase P的功能。
在古细菌中
在古细菌中,RNase P中的蛋白组分是由4-5个与RNA相关的蛋白质亚基组成。正如体外重建实验所揭示的,这些蛋白质亚基对于主要由RNA成分介导的tRNA加工来说是不可或缺的。
使用比较基因组学和改进的计算方法,已经在圆齿古系统发育科的所有完整基因组中发现了一种被称为“T型”的RNaseP的最小形式,包括Pyrobaculum, Caldivirga 和Vulcanisaeta的物种。所有的都保留传统的催化结构域,但是缺乏可识别的特异性结构域。实验证实了单个RNA的5′ tRNA加工活性。Pyrobaculum 和 Caldivirga中的RNase P是迄今发现的最小的天然存在的核酶。
在真核生物中
在真核生物中,如人类和酵母,大多数RNase P由一个结构上类似于细菌中发现的RNA以及9到10个相关蛋白组成。这些蛋白质亚基中有五个是与古细菌同源的。真核生物的RNase P是最晚被证明是核酶的。真核RNase P的众多蛋白质亚基对tRNA加工本身的贡献很小,它们似乎对RNase P在其他生物环境中的功能至关重要,例如基因转录和细胞周期。
研究发现,细菌和真核的RNase P RNA有相同的起源祖先,但是却沿着不同的进化道路有了分化:真核的RNase P RNA在没有蛋白的存在的时候是不具有催化功能的,细菌的RNA则相反——没有蛋白也同样可以催化底物。
通过比较这两种不同的RNA,研究人员逐渐清楚了解了这个RNA和蛋白结合世界的转换,他们发现虽然真核生物RNAs不能单独催化底物,但是即使在没有蛋白的存在下,也可以折叠成有功能的形式,并结合到tRNA上去。基于这些交联反应结果和细菌RNAs的晶体结构,研究人员得到了一种真核RNase P RNA三级结构模型,这种RNA包含一个核心的与细菌RNA相似的结构,但是这个结构没有细菌RNAs催化的特征和三级结构的稳定性。
RNase P目前正在被研究作为一种潜在的疾病治疗方法,如单纯疱疹病毒、巨细胞病毒、流感和其他呼吸道感染、HIV-1和融合基因BCR-ABL引起的癌症。外部导向序列(EGSs)可以与病毒或致癌基因和模拟tRNA的T环的互补,而允许RNase P识别EGS并切割靶基因。EGS疗法已经证明在细胞和活体小鼠中是有效的。
暂无