ADAR

W przypadku innych zastosowań zobacz Adar (ujednoznacznienie) .
ADAR
ADAR Protein.png ADAR Protein 3.png ADAR Protein 2.png
Dostępne konstrukcje
WPB Wyszukiwanie ortologów:
Identyfikatory
, ADAR1, ADAR2, ADAR3, ADARB1, ADARB2, ADAR1p150, ADAR1p110, IFI-4, DSH, P136, specyficzna dla deaminazy adenozynowej RNA, DRADA, IFI4, AGS6, G1P1, K88DSRBP, DSRAD Identyfikatory
zewnętrzne
ortologi
Gatunek Człowiek Mysz
Entrez
Ensembl
UniProt
RefSeq (mRNA)

RefSeq (białko)

Lokalizacja (UCSC)
PubMed search
Wikidane
Wyświetl/edytuj człowieka Wyświetl/edytuj mysz

Rodzina enzymów deaminazy adenozynowej specyficznej dla dwuniciowego RNA jest kodowana przez geny rodziny ADAR . ADAR oznacza deaminazę adenozynową działającą na RNA . Ten artykuł koncentruje się na białkach ADAR; Ten artykuł szczegółowo opisuje historię ewolucji, strukturę, funkcję, mechanizmy i znaczenie wszystkich białek z tej rodziny.

Enzymy ADAR wiążą się z dwuniciowym RNA (dsRNA) i przekształcają adenozynę w inozynę ( hipoksantynę ) poprzez deaminację . Białka ADAR działają posttranskrypcyjnie, zmieniając nukleotydów w RNA. Konwersja adenozyny do inozyny (A do I) w RNA zakłóca normalne parowanie A:U, destabilizując RNA. Inozyna jest strukturalnie podobna do guaniny (G), która prowadzi do zamiany inozyny w cytozynę (I:C) wiązanie. Inozyna zazwyczaj naśladuje guanozynę podczas translacji, ale może również wiązać się z uracylem, cytozyną i adenozyną, chociaż nie jest preferowana.

kodonów mogą wynikać z edycji RNA, co prowadzi do zmian w sekwencjach kodujących białka i ich funkcji. Większość miejsc edycyjnych znajduje się w niekodujących regionach RNA, takich jak regiony nieulegające translacji (UTR), elementy Alu i długie przeplatane elementy jądrowe (LINE). Zmiany kodonów mogą prowadzić do alternatywnych wariantów składania transkrypcji. ADAR wpływa na transkryptom w sposób niezależny od edycji, prawdopodobnie poprzez zakłócanie innych białek wiążących RNA.

Mutacje w tym genie są związane z kilkoma chorobami, w tym HIV, odrą i czerniakiem. Ostatnie badania potwierdzają związek między edycją RNA a zaburzeniami układu nerwowego, takimi jak stwardnienie zanikowe boczne (ALS). Nietypowa edycja RNA powiązana z ADAR może również korelować z zaburzeniami psychicznymi, takimi jak schizofrenia, padaczka i depresja samobójcza.

Odkrycie

Enzym ADAR i związany z nim gen zostały odkryte przypadkowo w 1987 roku w wyniku badań Brendy Bass i Harolda Weintrauba . Badacze ci wykorzystali antysensownego RNA do określenia, które geny odgrywają kluczową rolę w rozwoju zarodków Xenopus laevis . Poprzednie badania na oocytach Xenopus zakończyły się sukcesem. Jednak kiedy Bass i Weintraub zastosowali identyczne protokoły do ​​Xenopusa zarodków, nie byli w stanie określić genów rozwojowych zarodka. Aby zrozumieć, dlaczego metoda się nie powiodła, zaczęli porównywać dupleks RNA zarówno w oocytach, jak i zarodkach. To doprowadziło ich do odkrycia regulowanej rozwojowo aktywności, która denaturuje hybrydy RNA:RNA w zarodkach.

W 1988 roku Richard Wagner i in. dalej badali aktywność występującą na zarodkach Xenopus . Ustalili, że białko było odpowiedzialne za rozwijanie RNA z powodu braku aktywności po potraktowaniu proteinazą . Białko to jest specyficzne dla dsRNA i nie wymaga ATP . Stało się oczywiste, że aktywność tego białka na dsRNA modyfikuje je poza punkt rehybrydyzacji, ale nie prowadzi do jego pełnej denaturacji. Ostatecznie naukowcy ustalili, że to odwijanie jest spowodowane deaminacją adenozyny do inozyny . Ta modyfikacja powoduje niedopasowanie par zasad między inozyną i urydyną , co prowadzi do destabilizacji i rozwinięcia dsRNA.

Ewolucja i funkcja

ADAR są jedną z najpowszechniejszych form edycji RNA i mają zarówno aktywność selektywną, jak i nieselektywną. ADAR jest w stanie modyfikować i regulować produkcję produktu genu, ponieważ inozyna jest interpretowana przez komórkę jako guanozyna . ADAR może zmienić funkcjonalność małych cząsteczek RNA. Niedawno odkryto również ADAR jako regulator splicingu i circRNA z ich zdolnością do edycji lub funkcją wiązania RNA. Uważa się, że ADAR wyewoluował z ADAT (deaminaza adenozynowa działająca na tRNA), krytycznego białka obecnego u wszystkich eukariotów , we wczesnej fazie metazoan okres poprzez dodanie domeny wiążącej dsRNA . To prawdopodobnie miało miejsce w rodowodzie, który prowadzi do korony Metazoa. Gdy zduplikowany gen ADAT został sprzężony z innym genem, który kodował co najmniej jedno wiązanie dwuniciowego RNA. Rodzina genów ADAR została w dużej mierze zachowana w historii swojego istnienia. To, wraz z jego obecnością w większości współczesnych gromad , wskazuje, że edycja RNA jest niezbędna w regulacji genów dla organizmów metazoan. ADAR nie został odkryty u różnych eukariontów innych niż metazoan, takich jak rośliny , grzyby i wiciowce .

Sugeruje się, że ADAR mają dwie funkcje: zwiększanie różnorodności proteomu poprzez indukowanie tworzenia nieszkodliwych białek niekodowanych genomowo oraz ochrona kluczowych miejsc translacji. Konwencjonalne przekonanie, że ich podstawową rolą jest zwiększanie różnorodności transkryptów i rozszerzanie zmienności białek, promowanie ewolucji białek.

Klasyfikacja enzymów

U ssaków istnieją trzy rodzaje enzymów ADAR, ADAR (ADAR1), ADARB1 (ADAR2) i ADARB2 (ADAR3). ADAR i ADARB1 znajdują się w wielu tkankach ciała, podczas gdy ADARB2 występuje tylko w mózgu. Wiadomo, że ADAR i ADARB1 są aktywne katalitycznie, podczas gdy dowody sugerują, że ADARB2 jest nieaktywny. ADAR ma dwie znane izoformy , ADAR1p150 i ADAR1p110. ADAR1p110 zwykle znajduje się w jądrze, podczas gdy ADAR1p150 przemieszcza się między jądrem a cytoplazmą, głównie w cytoplazmie. ADAR i ADARB1 dzielą domeny funkcjonalne i mają podobne wzorce ekspresji, strukturę białek i wymagają substratowych struktur dwuniciowego RNA. Różnią się jednak działalnością redakcyjną.

Aktywność katalityczna

Reakcja biochemiczna

ADAR katalizują hydrolityczną reakcję deaminacji z adenozyny do inozyny. Aktywowana cząsteczka wody będzie reagować z adenozyną w reakcji podstawienia nukleofilowego z grupą aminową węgla-6. Uwodniony związek pośredni będzie istniał przez krótki okres czasu, po czym grupa aminowa odejdzie jako jon amoniakalny.

ADAR1 mechanism.png

  • Adenosine conversion to Inosine via ADAR

    Konwersja adenozyny do inozyny przez ADAR

Aktywna strona

U ludzi enzymy ADAR mają od dwóch do trzech domen wiążących dsRNA (dsRBD) na końcu aminowym i jedną domenę deaminazy katalitycznej na końcu karboksylowym. W dsRBD występuje konserwowana konfiguracja α-β-β-β-α. ADAR1 zawiera dwa obszary wiązania Z-DNA znane jako Zα i Zβ. ADAR2 i ADAR3 mają jednoniciowy RNA (ssRNA) bogatą w argininę. Struktura krystaliczna ADAR2 została rozwiązana. W miejscu aktywnym enzymu znajduje się kwasu glutaminowego (E396), która wiąże wodór z wodą. Histydyna (H394) i dwie cysteiny reszty (C451 i C516) koordynują z jonem cynku . Cynk aktywuje cząsteczkę wody do nukleofilowej hydrolitycznej deaminacji. W rdzeniu katalitycznym znajduje się heksakisfosforan inozytolu (IP6), który stabilizuje reszty argininy i lizyny .

ADAR1 active site

Dimeryzacja

U ssaków konwersja z A do I wymaga homodimeryzacji ADAR1 i ADAR2, ale nie ADAR3. Badania in vivo nie są rozstrzygające, czy do dimeryzacji wymagane jest wiązanie RNA. Badanie z mutantami z rodziny ADAR wykazało, że mutanty nie były w stanie wiązać się z dsRNA, ale nadal były w stanie dimeryzować , co sugeruje, że mogą wiązać się na podstawie interakcji białko-białko.

Organizmy modelowe

W badaniu funkcji ADAR wykorzystano organizmy modelowe. Linia myszy z warunkowym nokautem, zwana Adartm1a (EUCOMM) Wtsi, została wygenerowana w ramach International Knockout Mouse Consortium — wysokoprzepustowego projektu mutagenezy mającego na celu generowanie i dystrybucję zwierzęcych modeli chorób do zainteresowanych naukowców. Samce i samice myszy poddano standaryzowanemu fenotypowi ekranie, aby określić skutki usunięcia. Na mutantach przeprowadzono dwadzieścia pięć testów i zaobserwowano dwie znaczące nieprawidłowości.[6] Kilka homozygotycznych zmutowanych zarodków zidentyfikowano podczas ciąży i żaden nie przeżył do odsadzenia. Pozostałe testy przeprowadzono na heterozygotycznych zmutowanych dorosłych myszach i nie zaobserwowano żadnych nieprawidłowości u tych zwierząt.

Rola w chorobie

Zespół Aicardi-Goutières i obustronna martwica/dystonia prążkowia

ADAR1 jest jednym z wielu genów, które po zmutowaniu często przyczyniają się do zespołu Aicardi-Goutières . Zespół Aicardi-Goutières jest genetyczną chorobą zapalną dotykającą głównie skórę i mózg, charakteryzującą się wysokim poziomem IFN-α w płynie mózgowo-rdzeniowym. Zapalenie jest spowodowane nieprawidłową aktywacją genów indukowanych interferonem, takich jak te aktywowane w celu zwalczania infekcji wirusowych. Mutacja i utrata funkcji ADAR1 zapobiega destabilizacji dwuniciowego RNA (dsRNA). To nagromadzenie dsRNA stymuluje produkcję IFN bez infekcji wirusowej, powodując reakcję zapalną i odpowiedź autoimmunologiczną. Fenotyp u myszy z nokautem jest ratowany przez formę p150 ADAR1 zawierającą domenę Zα, która wiąże się specyficznie z lewoskrętną dwuniciową konformacją znalezioną w Z-DNA i Z-RNA, ale nie przez izoformę p110 pozbawioną tego domena. U ludzi przyczyną jest mutacja P193A w domenie Zα Zespół Aicardi-Goutières i cięższy fenotyp stwierdzony w obustronnej martwicy prążkowia / dystonii. Odkrycia ustalają biologiczną rolę lewoskrętnej konformacji Z-DNA.

Stwardnienie zanikowe boczne (ALS)

W neuronach ruchowych najlepiej ugruntowanym markerem stwardnienia zanikowego bocznego (ALS) jest białko wiążące DNA TAR (TDP-43) . Kiedy dochodzi do niepowodzenia edycji RNA z powodu obniżenia poziomu TDP-43, neurony ruchowe pozbawione enzymów ADAR2 wyrażają się w sposób nieregulowany, co prowadzi do nienormalnie przepuszczalnych kanałów Ca2 + . Myszy z nokautem ADAR2 wykazują oznaki podobieństwa fenotypu ALS. Obecni naukowcy opracowują terapię ukierunkowaną molekularnie poprzez normalizację ekspresji ADAR2.

Rak

Edycja RNA z A do I wywołana przez (ADAR) może wywołać niebezpieczne mutacje aminokwasów . Edycja mRNA zazwyczaj nadaje mutacje zmiany sensu , prowadzące do zmian w początkowych i końcowych regionach translacji. Jednak mogą wystąpić kluczowe zmiany aminokwasowe, powodujące zmianę funkcji kilku procesów komórkowych. Zmiany aminokwasów mogą powodować zmiany strukturalne białek w strukturach drugorzędowych, trzeciorzędowych i czwartorzędowych. Naukowcy zaobserwowali wysoki poziom onkogenetycznej edycji A do I w kolistych prekursorach RNA, bezpośrednio potwierdzając związek ADAR z rakiem. Można znaleźć listę miejsc edycji RNA związanych z nowotworem tutaj .

Rak wątrobowokomórkowy

Badania pacjentów z rakiem wątrobowokomórkowym (HCC) wykazały trendy zwiększonej ADAR1 i obniżonej ADAR2. Wyniki sugerują, że nieregularna regulacja jest odpowiedzialna za zakłócony wzór edycji A do I obserwowany w HCC i że ADAR1 działa w tym kontekście jako onkogen, podczas gdy ADAR2 ma działanie supresorowe guza. Brak równowagi w ekspresji ADAR może zmienić częstotliwość przejść A do I w regionie kodującym białka genów, powodując zmutowane białka, które napędzają chorobę. Dysregulacja ADAR1 i ADAR2 może być wykorzystana jako możliwy marker prognostyczny.

Czerniak

Badania wykazały, że utrata ADAR1 przyczynia się do wzrostu czerniaka i przerzutów. Enzymy ADAR mogą oddziaływać na mikroRNA i wpływać na jego biogenezę, stabilność i/lub miejsce wiązania. ADAR1 może być regulowany w dół przez białko wiążące element odpowiedzi cAMP (CREB), ograniczając jego zdolność do działania na miRNA. Jednym z takich przykładów jest miR-455-5p, który jest redagowany przez ADAR1. Kiedy ADAR jest regulowany w dół przez CREB, nieedytowany miR-455-5p obniża poziom białka supresorowego guza zwanego CPEB1, przyczyniając się do progresji czerniaka w modelu in vivo.

Dyschromatoza symmetrica hereditaria (DSH1)

Mutacja Gly1007Arg w ADAR1, jak również inne skrócone wersje, zostały uznane za przyczynę w niektórych przypadkach DSH1. Jest to choroba charakteryzująca się przebarwieniami dłoni i stóp, która może wystąpić w rodzinach japońskich i chińskich.

HIV

Wykazano, że poziom ekspresji białka ADAR1 jest podwyższony podczas zakażenia wirusem HIV i sugeruje się, że jest ono odpowiedzialne za mutacje od A do G w genomie HIV, hamujące replikację. Mutacja w genomie HIV przez ADAR1 może w niektórych przypadkach prowadzić do korzystnych mutacji wirusowych, które mogą przyczynić się do lekooporności.

Aktywność wirusowa

Środek przeciwwirusowy

ADAR1 jest białkiem indukowalnym interferonem ( IFN ) (uwalnianym przez komórkę w odpowiedzi na patogen lub wirus), zdolnym do wspomagania szlaku immunologicznego komórki. Dowody wskazują na eliminację HCV , limfocytarnego zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych LCMV i poliomawirusa .

prowirusowy

ADAR1 jest prowirusowy w innych okolicznościach. Edycja A do I ADAR1 została znaleziona w wielu wirusach, w tym w wirusie odry, wirusie grypy, wirusie limfocytarnego zapalenia opon mózgowo-rdzeniowych, poliomawirusie, wirusie zapalenia wątroby typu delta i wirusie zapalenia wątroby typu C. Chociaż ADAR1 był obserwowany w innych wirusach, był szeroko badany tylko w kilku. Badania nad wirusem odry pokazują, że ADAR1 wzmacnia replikację wirusa poprzez dwa różne mechanizmy: edycję RNA i hamowanie kinazy białkowej aktywowanej dsRNA ( PKR ). W szczególności uważa się, że wirusy wykorzystują ADAR1 jako pozytywny czynnik replikacji poprzez selektywne tłumienie szlaków zależnych od dsRNA i przeciwwirusowych.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ADAR&oldid=1136329620 ”