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Scott C. Walker and David R. Engelke+ Z2 v4 H% w4 A' U# l1 i0 z
( t& y$ ~* K' o0 l9 z& FCell 135, 412 – 414, October 31, 2008) j& V( J) Q) ? `
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在细菌、古细菌和真核生物细胞核中，内切核糖核酸酶P (RNase P)包括一个起催化作用的RNA和辅助性蛋白质亚基。最近Holzmann的等提供的证据表明，人线粒体RNase P是一个完全由蛋白质组成的酶。
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- }' r/ K X4 v- s9 a8 ?+ @# ` 核糖核酸酶P (RNase P)负责转移RNA前体(pre-tRNA) 5’端的成熟。细菌RNase P的起催化作用的RNA亚基是基于RNA的催化作用的最早例证之一。至今鉴定的所有形式的RNase P都有具催化活性的类似RNA亚基。这种RNA被普遍认为是假定的“RNA世界”的残留分子。人们认为在RNA世界中，RNA是在蛋白质进化之前的有功能的原始大分子。尽管在RNase P中的催化RNA的性质在进化上保守的，但与该RNA结合的蛋白质数目却随着生物的复杂性而有所增加，如在细菌中，蛋白质数目为1，在古细菌中，蛋白质数目等于或大于4，在真核生物中，蛋白质数目为9以上。相对而言，在内共生器官（线粒体和叶绿体）中，RNase P的组成尚不清楚。酵母线粒体RNase P (mtRNase P)是一个核蛋白体，包括一个由线粒体基因组编码的RNA和一个由细胞核基因组编码的蛋白质。然而，对植物叶绿体和人线粒体RNase P活性的生化研究表明存在仅含蛋白质的RNase P活性，特别是对复细胞生物中mtRNase P是否含有RNA有极大的争议。有一项研究报道了人mtRNase P可能具有仅含蛋白质的酶活性，而另一项研究提出人mtRNase P含有的RNA与人细胞核RNase P中的RNA相同。根据人们对高度保守的的RNA酶的了解，很难广泛接受存在仅含蛋白质的RNase P的观点。Holzmann等在本期Cell报道了有关人线粒体RNase P组分的鉴定，证实该酶的催化活性完全来自蛋白质。
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Holzmann等结合使用部分纯化和蛋白质组技术，鉴定了多个有mtRNase P活性的潜在人mtRNase P蛋白质。最终对所挑选的潜在酶蛋白进行的亲和标记和在温和条件下的纯化导致鉴定了一个有mtRNase P活性的不稳定复合物。令人惊讶的是，此线粒体酶不含RNA，仅由3个蛋白质亚基组成，Holzmann等称它们为RNase P蛋白1，2和3(MRPP1 – 3)。这些研究人员成功地用在细菌中表达和纯化的重组MRPP1，2和3，重建了mtRNase P活性。重建的MRPP蛋白复合物可产生与mtRNase P活性相符的真正化学切割产物。他们使用了必要的对照，排除了细菌RNase P污染重组蛋白制备物的可能性。Holzmann等还使用小干扰RNA (siRNA)，分别剔除人培养细胞中的每种MRPP蛋白质。这三种MRPP蛋白质中的任何一种的缺失都将导致线粒体tRNA的加工产生缺陷。根据这些综合性数据，在人线粒体中存在仅含蛋白质的RNase P活性应该是没有争议的。( k/ y1 ?3 F! _; K& _: q% d
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Holzmann及其同事揭示的线粒体RNase P蛋白质的性质特别令人惊讶。MRPP蛋白质与任何已知细菌、古细菌或真核生物细胞核RNase P（RNA酶）中的蛋白质都没有关联。人mtRNase P明显是一个既有蛋白质酶复合物。这种“混合”酶很可能是通过集中在基于蛋白质的tRNA前体切割活性的进化过程中产生的，这种很强的活性可置换基于RNA的古老RNase P的功能。在mtRNase P复合物中，MRPP1可能是一个tRNA甲基化酶。Holzmann等假定MRPP1为mtRNase P提供tRNA结合专一性。与MRPP1紧密结合的MRPP2是短链脱氢酶/还原酶(SDR)蛋白家族成员，其功能尚不清楚。MRPP3不与MRPP1/MRPP2复合物紧密结合，是一个具有潜在RNA结合结构域和金属核酸酶结构域的尚未得到深入鉴定的蛋白质(KIAA0391)。Holzmann及其同事假定MRPP3为这种混合酶提供酶切活性。对mtRNase P的每个亚基功能的推测为重组mtRNase P及其各个组分的生化鉴定提供了重要的研究平台。
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3 |2 }* @0 h/ Z. s 为什么只有某些线粒体（或许还有叶绿体）进化产生了基于蛋白质的RNase P？一般认为线粒体和叶绿体是古老细菌的内共生体。随着这些细胞器成为更特殊的亚细胞器，它们的总体复杂性（包括其基因组）有所减少。上述问题的答案是基于RNA的酶的进化使其蛋白质亚基的复杂性更高，以便在细胞中执行另外的功能。如果mtRNase P只保留tRNA前体切割功能，那么它比有多种功能的酶更容易被置换。事实上，即使是只含有一个大RNA和一个小蛋白质的细菌RNase P全酶也可识别和切割各种与tRNA前体结构类似的非tRNA底物。也有证据表明，含有RNA和9个蛋白质的真核生物细胞核RNase P可参与非tRNA底物的加工。在真核生物中的一个相关酶RNase MRP（线粒体RNA加工）也可切割各种底物。通过加入“加速蛋白”使基于RNA的RNase P的酶功能扩大，这与真核生物转录机器通过保留保守的细菌RNA聚合酶催化亚基来扩大功能很相象。有趣的是，线粒体环境可以为RNase P功能提供不同的选择压力，这种观点可用来解释酵母线粒体RNase P的RNA结构为什么迅速变异。
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9 p8 q7 N- V) O: F: f' @ 这种古老的tRNA加工机制在复细胞生物线粒体中的进化途径为RNA世界和蛋白质世界中的分子进化提供了独特的线索。Holzmann等的发现对疾病的研究也有一定价值。线粒体tRNA (mt-tRNA)的突变与若干神经肌肉疾病和神经退化疾病有关。使用部分纯化的的人mtRNase P进行的某些分析表明，与疾病有关的mt-tRNA的突变极大地损坏了tRNA前体的体外切割。人mtRNase P的功能重建系统能使各种病原性mt-tRNA得到详细研究，有助于使用哺乳动物模型系统进行深入研究。! e( o6 o. _! @+ V* N
f3 V0 g- W* D3 {, `& I本文转自建人先生原创，感谢 |
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发表于 2009-4-22 22:56
发表于 2015-7-2 10:01
