Экзосома (комплекс)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Вид структуры кристалла экзосомы сверху и сбоку

Экзосома (комплекс) (называемый также PM/Scl комплексом) — это структура, состоящая из множества белковых субъединиц, которая обладая рибонуклеазной активностью, участвует в процессинге РНК, контроле её качества и селективном разрушении различных РНК в клетках эукариот[1][2][3][4][5][6].

Базовый состав и архитектура этой структуры в практически неизменном виде встречается у всех эукариот, а также в форме чуть упрощенного комплекса обнаружена у археи[7] и даже у бактерий, где выполняет сходные ферментативные функции. Это позволяет считать роль комплекса «экзосома» в клетке уникальной, крайне важной для жизнедеятельности.

Функции комплекса «экзосома»[править | править исходный текст]

Ядерная экзосома[править | править исходный текст]

Функции ядерных экзосом заключаются в процессинге (процессе созревания первичного транскрипта РНК в зрелую РНК) молекул стабильной РНК таких как: малые ядерные РНК (snRNA), малые ядрышковые РНК (snoRNA), рибосомные рибонуклеиновые кислоты (рРНК), включая и 5.8S рРНК; а также в уничтожении аберрантных (дефектных) молекул и побочных продуктов процессинга РНК.[8][9] Ядерные экзосомы участвуют в:

Влияние комплекса экзосома на дифференцировку прогениторных клеток. (по общедоступным материалам[10])

Цитоплазматическая экзосома[править | править исходный текст]

В цитоплазме экзосомы участвуют в деградации мРНК связанной с заблокированными рибосомами. Она принимает участие в распаде цитоплазматических мРНК инициированном действием эндонуклеаз и / или цис-регуляторными элементами богатыми AU (аденилат-уридилат) последовательностями (AREs), а также связанными с ними белками.[11][12]

Обнаружено, что в эпидермисе экзосомы избирательно разрушают мРНК, кодирующие транскрипционные факторы, вызывающие дифференциацию (в частности фактор транскрипции называемый GRHL3). Благодаря этому обеспечивается способность прогениторных клеток эпидермиса оставаться в недифференцированном состоянии, что необходимо для поддержания их способности к пролиферации.[10]

Номенклатура субъединиц комплекса «экзосома»[править | править исходный текст]

Номенклатура субъединиц комплекса «экзосома»[13][14][15][16]
Субъ- единица Домен Человека Дрожжей Археи MW (kD) Ген человека Ген дрожжей
1 Csl4 S1 RBD hCsl4 Csl4p/Ski4p Csl4 21-32 EXOSC1 YNL232W
2 Rrp4 S1/KH RBD hRrp4 Rrp4p Rrp4 28-39 EXOSC2 YHR069C
3 Rrp40 S1/KH RBD hRrp40 Rrp40p (Rrp4)A 27-32 EXOSC3 YOL142W
4 Rrp41 РНКаза PH hRrp41 Rrp41p/Ski6p Rrp41C 26-28 EXOSC4 YGR195W
5 Rrp46 РНКаза PH hRrp46 Rrp46p (Rrp41)A,C 25-28 EXOSC5 YGR095C
6 Mtr3 РНКаза PH hMtr3 Mtr3p (Rrp41)A,C 24-37 EXOSC6 YGR158C
7 Rrp42 РНКаза PH hRrp42 Rrp42p Rrp42 29-32 EXOSC7 YDL111C
8 Rrp43 РНКаза PH OIP2 Rrp43p (Rrp42)A 30-44 EXOSC8 YCR035C
9 Rrp45 РНКаза PH PM/Scl-75 Rrp45p (Rrp42)A 34-49 EXOSC9 YDR280W
10 Rrp6 РНКаза D PM/Scl-100C Rrp6pC n/a 84-100 EXOSC10 YOR001W
11 Rrp44 РНКаза R Dis3B,C

Dis3L1B,C

Rrp44p/Dis3pC n/a 105-113 DIS3

DIS3L1

YOL021C
  • A У архебактерий несколько белков экзосомы присутствуют во множестве копий (чтобы сформировать полную архитектуру комплекса экзосомы).
  • B У человека в этой позиции комплекса могут находиться два разных белка: либо Dis3L1 (если экзосома находится в цитоплазме), либо Dis3 (если экзосома находится в ядре).
  • C Участвует в рибонуклеазной активности комплекса.
Субъединицы экзосомы и их расположение в комплексах у археи (слева) и эукариот (справа). Видно что несмотря на одинаковую архитектуру комплекса археи содержат 4 субъединицы, а эукариота 9 субъединиц. Сходные субъединицы пронумерованы одинаково.

Базовая структура[править | править исходный текст]

Базовая структура комплекса «экзосома» состоит из 9 субъединиц. Она имеет каталитически инертное кольцо, образованное шестью РНКазами (Rrp41, Rrp42, Rrp43, Rrp45, Rrp46, Mtr3), принадлежащих к семейству фосфоролитических экзорибонуклеаз, которые используют неорганический фосфат для удаления нуклеотидов с 3' конца молекулы РНК, и «шапочку», образованную белками Rrp4, Rrp40 и Csl4, которые как предполагается, связывают РНК.

Базовая структура комплекса «экзосома» (Exo9) присутствует во всех частях клетки, однако при этом в зависимости от локализации меняется состав связанных с базовой структурой и действующих совместно с ней нуклеаз.

Архитектура комплекса экзосома, состоящего из 11 субъединиц

Рибонуклеазы Dis3[править | править исходный текст]

Помимо 9 базовых субъединиц в работе комплекса участвует гидролитическая (то есть использующая молекулы воды для разрушения нуклеотидной связи) 3' → 5' экзорибонуклеаза Dis3 (называемая также Rrp44). Она обладает как экзо-, так и эндонуклеазной активностью.

Белок Dis3 связан с субъединицей Rrp41 в нижней части 9 субъединичного кольца. Он взаимодействует с Rrp41-Rrp45 с помощью его N-терминального домена PIN.

В геноме человека содержится две изоформы белка Dis3, это:

  • hDIS3, который связан с комплексом экзосом, локализованных главным образом в ядре клетки и
  • hDIS3L, обнаруживаемый только в экзосомах цитоплазмы.

Интересно отметить, что потеря экзорибонуклеазной активности белка hDIS3, ядерной экзосомы вследствие мутации обычно приводит к заболеванию множественной миеломой.

Слева. Деградация РНК путем гидролиза (то есть с использованием молекулы воды для разрушения нуклеотидной связи 3' → 5'. Справа. Фосфоролитическая деградация РНК (то есть с использованием молекулы неорганического фосфата для удаления нуклеотидов с 3' конца молекулы РНК.

Рибонуклеазы Rrp6[править | править исходный текст]

Экзорибонуклеаза Rrp6 связана преимущественно с верхней частью базовой структуры Exo9. В клетках человека, hRRP6 связана главным образом с базовой структурой экзосомы, локализованной в ядре и особенно в ядрышке. Тем не менее, некоторое небольшое её количество обнаруживается и в цитоплазме.[17]

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Debora Lika Makino, Marc Baumgärtner & Elena (2013) Crystal structure of an RNA-bound 11-subunit eukaryotic exosome complex. Nature (2013) doi:10.1038/nature11870
  2. Aleksander Chlebowskia, Michał Lubasa, Torben Heick Jensenc, Andrzej Dziembowskia (2013) RNA decay machines: The exosome. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Gene Regulatory Mechanisms. http://dx.doi.org/10.1016/j.bbagrm.2013.01.006
  3. Chlebowski, A. and Dziembowski, A. 2012. Exosome Complex. eLS. DOI: 10.1002/9780470015902.a0024052
  4. Karolina Drążkowska, Rafał Tomecki, Krystian Stoduś, et al. and Andrzej Dziembowski (2013) The RNA exosome complex central channel controls both exonuclease and endonuclease Dis3 activities in vivo and in vitro Nucl. Acids Res. doi: 10.1093/nar/gkt060
  5. Michal Lubas, Aleksander Chlebowski, Andrzej Dziembowski, Torben Heick Jensen (2012) Eukaryotic RNases and their Partners in RNA Degradation and Biogenesis, Part A Chapter One — Biochemistry and Function of RNA Exosomes. In: The Enzymes Vol. 31, 1-30 http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-404740-2.00001-X
  6. Søren Lykke-Andersen, Ditlev E. Brodersen and Torben Heick Jensen, (2008) Origins and activities of the eukaryotic exosome. J Cell Sci122, 1487—1494. doi: 10.1242/jcs.047399
  7. Esben Lorentzen, Pamela Walter, Sebastien Fribourg et al. & Elena Conti (2005) The archaeal exosome core is a hexameric ring structure with three catalytic subunits. Nature Structural & Molecular Biology 12, 575—581 doi:10.1038/nsmb952
  8. Claudia Schneider, Grzegorz Kudla, Wiebke Wlotzka, Alex Tuck, David Tollervey (2012) Transcriptome-wide Analysis of Exosome Targets. Molecular Cell, 48(3), 422—433 http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2012.08.013
  9. Rajani Kanth Gudipati, Zhenyu Xu, Alice Lebreton, et al & Domenico Libri (2012) Extensive Degradation of RNA Precursors by the Exosome in Wild-Type Cells. Molecular Cell, 48(3), 409—421 http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2012.08.018
  10. 1 2 Devendra S. Mistry, Yifang Chen, George L. Sen (2012).Progenitor Function in Self-Renewing Human Epidermis is Maintained by the Exosome. Cell Stem Cell; 11(1), 127—135 DOI:10.1016/j.stem.2012.04.022
  11. Devi Mukherjee, Min Gao, J.Patrick O’Connor et al. and Jeffrey Wilusz (2002) The mammalian exosome mediates the efficient degradation of mRNAs that contain AU-rich elements The EMBO Journal 21, 165—174 doi:10.1093/emboj/21.1.165
  12. Daniel L. Kiss, Dezhi Hou, Robert H. Gross, Erik D. Andrulis (2012) Dis3- and exosome subunit-responsive 3′ mRNA instability elements. Biochemical and Biophysical Research Communications,423(3), 461—466 http://dx.doi.org/10.1016/j.bbrc.2012.05.141
  13. Wasmuth, E. V., & Lima, C. D. (2012) Structure and Activities of the Eukaryotic RNA Exosome. Eukaryotic RNases and Their Partners in RNA Degradation and Biogenesis, 53 — 72. http://dx.doi.org/10.1016/B978-0-12-4047-2.00003
  14. Sloan KE, Schneider C, Watkins NJ. (2012) Comparison of the yeast and human nuclear exosome complexes. Biochem Soc Trans. ;40(4):850-5. doi: 10.1042/BST20120061
  15. J Houseley, D Tollervey (2009)The many pathways of RNA degradation. Cell, 136(4), 763—776 http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2009.01.019
  16. Kiss, D. L., & Andrulis, E. D. (2011). The exozyme model: A continuum of functionally distinct complexes. RNA, 17(1), 1-13 doi: 10.1261/rna.2364811
  17. Kurt Januszyk, Quansheng Liu and Christopher D. Lima (2011) Activities of human RRP6 and structure of the human RRP6 catalytic domain. RNA 17:1566-1577 doi: 10.1261/rna.2763111

Ссылки[править | править исходный текст]