Bir enzim olarak RNA ve Riboşalterler

Transkript

1 Bir enzim olarak RNA ve Riboşalterler

2 RNA Doğada mevcut en az 8 çeşit RNA enzim vardır. Bu RNA enzimlerinin RNA Dünyasında var olan bir yaşam formunun kalınaları oldukları düşünülmektedir.

3 RNA RNA nın görevleri hücresel boyufa tahmin edildiğinden daha fazladır. Bu temel olarak şu nedenlerden dolayıdır; ü RNA kompleks 3 boyutlu yapılar oluşturabilir, ü RNA küçük moleküllere yüksek afinite ve spesifisite ile bağlanabilir ki bu şekilde yapısal değişiklikler meydana oluşabilir, ü RNA aklf bölgeleri biyokimyasal dönüşümleri katalizleyebilir.

4 Ribozimler Ribozim (RNA enzimi) enzim gibi davranabilen RNA moleküllerine verilen bir addır. Ribozimleri kendilerinin ya da diğer RNA moleküllerinin kesilmesini katalizleyebilir (fosfordiester bağlarının kesilmesi). Ayrıca, ribozomların aminotransferaz aklvitesini de katalizleyebildikleri gösterilmişlr.

5 Ribozimler Kompleks ikincil yapılarından dolayı katalilk aklviteleri olduğu ilk olarak Carl Woese et al, Thomas R Cech ve Sidney Altman taratndan gösterilmişlr. Virüsten insana kadar birçok organizmada gösterilmişlr Nobel Kimya Ödülü Sid Altman Tom Cech

6 Ribozimler Ribozim Yapısı Proteinleri gibi primer, sekonder ve tersiyer yapıları vardır; Primer: GGCCGAACUGGUA Sekonder: Tersiyer:

7 Ribozimler Doğada mevcut olan Ribozimler

8 Ribozimler Metaloribozimler a) Ribonükleaz P Prekürsör trna nın spesifik bir noktasından hidrolizini katalizler. KataliLk aklvite için divalent katyonların (Mn 2+, Mg 2+ ) varlığı gereklidir. RNA ve proteinden oluşmuş büyük bir ribozimdir. Fakat katalilk aklvitesi olan kısım RNA dır.

9 Ribozimler Metaloribozimler a) Self splicing intronlar Kendi kendini splice yapabilme yelsi olan büyük intronlar (200 nükleolfen büyük) Protozoa Tetrahymena da pre-rna nın intronları kendini keserek intronlarını atar.

10 Ribozimler Metaloribozimler a) Self splicing intronlar Intron: Protein kodlayan genlerde kodlayan bölgeler arasına dağılmış kodlamayan diziler. Translasyon öncesinde intronların olgun mrna dan uzaklaşarılması gerekir. Genomik DNA Pre-mRNA promotor region exon 1 intron 1 exon 2 intron 2 exon 3 intron 3 transcriplon splicing Spliced mrna 1 2 3

11 Ribozimler Metaloribozimler a) Self splicing intronlar Self-splicing intronlar splisozom (RNA ve protein/enzimlerden (helikaz gibi) oluşan kompleks bir yapıdır) olmadan kendilerini pre-mrna dizisinden kesip çıkarabilen RNA dizileridir. In vitro ortamda hiçbir protein olmadan kendilerini pre-mrna dizisinden kesip çıkarabilmelerine rağmen, in vivo ortamda birçok proteinin varlığında bu özelliklerini gösterebilirler. Bu proteinlerin varlığı kesim işleminin verimini ararır. Self splising intronlar sadece bir kere bu katalilk aklviteyi gerçekleşlrebilirler (splisozom yapısı çok kere ve farklı farklı pre-mrna lar için gerçekleşlrebilir).

12 Group I introns Group II introns G nucleolde binding site G afacks the phosphodiester bond at the 5 splice site exon 1 exon 2 cleavage between 3 end of exon and 5 end of intron internal adenosine internal A afacks the phosphodiester bond at the 5 splice site terminal 3 OH of exon 1 afacks and cleaves the phosphodiester bond at the 3 splice site p phosphate a new bond is formed between the two exons, intron is released

13 Ribozimler Metaloribozimler a) Self splicing intronlar Katlanmanın Önemi Spesifik primer, sekonder ve tersiyer yapının oluşumu intron kesimi için önemlidir; ü Guanozin bağlanma bölgesinin tespil ü Kesim bölgelerinin tespil 5 -site of splicing site recognized by guanosine & site of the first afack RNA hairpin loop guanosine binding site base-pairing 3 -site of splicing

14 Ribozimler Metaloribozimler a) Self splicing intronlar Grup I Intronlar Self splising intronlar sadece bir kere bu katalilk aklviteyi gerçekleşlrebilirler (splisozom yapısı çok kere ve farklı farklı premrna lar için gerçekleşlrebilir). Fakat grup I intronlar, kesim sonrasında gerçek bir enzim gibi davranabilirler; diğer RNA dizilerini spesifik olarak tanıyıp (internal guide sequence IGS) onların kesimlerini katalizleyebilirler.

15 RNA substrate (group 1 intron amer being spliced out) ribozyme afacking the RNA substrate

16 Ribozimler Ribozom da bir Ribozimdir. PepLdil transferaz = ribozim

17 Ribozimler Ribozom da bir Ribozimdir. PepLdil transferaz aklvitesi ribozomun yapısında bulunan L27 proteini taratndan gerçekleşlrilir. Fakat, bu proteinin yokluğunda da azalmış olsa da pepldil transferaz aklvitesi halen vardır. L27 peplt bağı oluşumunu kolaylaşarsa da, pepldil transferaz aklvitesi için gerekli değildir.

18 Riboşalter Bakteriyal mrna nın bir parçasıdır ve küçük moleküllere bağlanarak (koenzimler, amino asitler...) gen ifadesini kontrol eder. mrna içerisinde bulunan bir kısım RNA elementleri küçük metabolitlerin konsantrasyonunu tespit ederek cevap olarak gen ifadesini susturur ya da ararır.

19 Genetik Kontrol Mekanizmaları Tom Cech, Nature (2004) 428:

20 Riboşalter GlmS Ribozimler: Glucosamine-6-phosphate (GlcN6P) synthetase mrna sının 5 UTR bölgesinde bulunur ve kendi mrna sını keserek genin ifadesinin azalmasına sebep olur. Tanıma? Bu riboşalterlerin hedef metabolitleri tanıması RNA molekülünün özgün katlanması ile olur.

21 Genetik Kontrol Mekanizmaları - RIBOŞALTER Tom Cech, Nature (2004) 428:

22 Glisin riboşalter

23 Riboşalter Riboşalterlarin çalışma mekanizmaları ü RNA transkripsiyonunun prematür durdurulması, ü Ribozomlarda RNA translasyonunu bloke eder, ü mrna nın yıkılmasını telkler. RNA ya bağlanan küçük molekül yapısal değişikliğe yol açıp RNA nın katalilk aklvitesinin aklfleşmesini sağlar (Ribozim riboşalter).

24

25 A riboswitch (A) binds to its target molecule (B) and inhibits nearby transcriplon machinery (C).

26

27 Ribozimler ve Riboşalterler Ribozimlerin gelecekte kullanımları Ribozim temelli terapiler IGS dizileri modifiye edilerek istenilen hedef RNA lar parçalanıp yok edilebilir.

28

29 Ribozimler ve Riboşalterler Ribozimlerin gelecekte kullanımları Ribozim temelli terapiler ANGIOZYME TM Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) i inhibe etmek üzere dizayn edilmiş Ribozim HEPTAZYME TM ANJİYOGENEZ Hepatitis C Virusü genomunu hedefleyen Ribozim HCV İLAÇ DİRENCİ

30 Ribozimler ve Riboşalterler Ribozimlerin gelecekte kullanımları Ribozim temelli terapiler HIV Gen Terapisi ü Kemik iliği örneği ü Kök hücreler retroviral vektörlerle muamele edilir ü AnL-HIV Ribozim ü Modifiye edilmiş hücrelerin vücuda geri verilmesi

31 Ribozimler ve Riboşalterler Riboşalterlerin gelecekte kullanımları Riboşalter temelli terapiler Birçok anlbiyolk ribozomal RNA lara bağlanarak bakteri büyümesini bloklar. Riboşalterler de yeni nesil anlbiyolklerle hedeflenebilir. Metabolitlere bağlanabilme ve gen ifadesini kontrol edebilme yelleri bakterilerin çoğalmasını hedefleyen ilaçların gelişlrilmesinde kullanılabilir.