Pszeudouridin

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Pszeudouridin
IUPAC-név 5-(β-D-Ribofuranozil)pirimidin-2,4(1H,3H)-dion
Más nevek Ψ-Uridin, 5-Riboziluracil, β-D-Pszeudouridin, 5-(β-D-Ribofuranozil)uracil
Kémiai azonosítók
CAS-szám 1445-07-4
PubChem 15047
ChemSpider 14319
KEGG C02067
ChEBI 17802
SMILES
O=C1N\C=C(/C(=O)N1)[C@@H]2O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H]2O
InChI
1/C9H12N2O6/c12-2-4-5(13)6(14)7(17-4)3-1-10-9(16)11-8(3)15/h1,4-7,12-14H,2H2,(H2,10,11,15,16)/t4-,5-,6-,7+/m1/s1
InChIKey PTJWIQPHWPFNBW-GBNDHIKLSA-N
Beilstein 32779
UNII 7R0R6H6KEG
ChEMBL 3144027
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet C9H12N2O6
Moláris tömeg 244,20 g/mol
Megjelenés Fehér szemcsés por
Oldhatóság (vízben) Jól oldódik[pontosabban?]
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A pszeudouridin (jele: Ψ)[1] az uridin nukleozid izomerje, ahol az uracil szén-szén kötéssel kapcsolódik a ribózhoz a szén-nitrogén glikozidos kötés helyett.

A pszeudouridin a leggyakoribb módosulás a sejtek RNS-ében.[2] A transzkripció és szintézis után az RNS több mint 100 kémiailag különböző vegyülettel módosítható. Ezek szabályozhatják a transzkripció utáni RNS-kifejeződést, akárcsak a négy eredeti nukleotid, és különböző szerepük van például az RNS-transzkripcióban, -lokalizációban és -stabilizációban. Ezek egyike a pszeudouridin, az uridin C5-izomerje, ahol a ribóz 1. és az uracil 5. szénatomja közt van C-C kötés, szemben az uridinnel, ahol C1-N1 kötés található. A C-C kötés nagyobb rugalmasságot biztosít a molekulának.[3]

A pszeudouridin a szerkezeti RNS-ek gyakori, de kevéssé ismert alkotója. A 18 Ψ a Leishmania donovani genomjának peptidil-transzferáz-kódoló részében és az mRNS-csatornában gyorsítja a fehérjeszintézist és a növekedést.[4]

A rRNS-ben és tRNS-ben lévő pszeudouridinről kimutatták, hogy finomhangolja és stabilizálja a helyi szerkezetet, és segít megőrizni a funkciójukat az mRNS-dekódolásban, riboszóma-létrehozásban, feldolgozásban és transzlációban.[3][5][6]

A pszeudouridint a Ψ-szintázok állítják elő uridinből.

Hatása különböző RNS-eken[szerkesztés]

tRNS[szerkesztés]

S. cerevisiae tRNSAla-ja. A pszeudouridint a Ψ jelöli.

A Ψ gyakori ebben az RNS-osztályban, és megkönnyíti a gyakori tRNS-szerkezetek létrejöttét. Egy ilyen például a Ψ55-öt tartalmazó TΨC ciklus. A Ψ gyakran található meg a tRNS-ek D- és antikodontörzseiben. A Ψ fizikokémiai tulajdonságai révén stabilizál az U-val lehetetlen szerkezeteket.[3]

A transzláció folyamán a Ψ irányítja a tRNS-molekulák rRNS-sel és mRNS-sel való kölcsönhatásait. A Ψ és egyéb módosított nukleotidok az RNS eredeti szerkezetének jelentős megváltozása nélkül változtatják a tRNS-domének helyi struktúráját, ahol találhatók. Az antikodontörzs-ciklusban (ASL) a Ψ fontos lehet a tRNS-ek riboszómákhoz való megfelelő kapcsolódásához. A Ψ stabilizálja az ASL dinamikus szerkezetét, ezzel erősebb kötést lehetővé téve a 30S riboszómához. Az ASL stabilizált konformációja segíti a megfelelő antikodon-kodon párok fenntartását transzlációkor. Ez a stabilitás növelheti a transzláció pontosságát a peptidkötés-kialakulási sebesség csökkentésével és a nem megfelelő kodon-antikodon párok eltávolításával. A Ψ helyi szerkezeti stabilizációs hatása ellenére a tRNS pszeudouridilációja nem fontos a sejt életképessége szempontjából, és általában nem szükséges az aminoacilációhoz.[3]

mRNS[szerkesztés]

A Ψ megtalálható a fehérjeszintézis templátjaiban, az mRNS-ekben is. Az mRNS-ben található Ψ megváltoztathatja az UAA, UAG és UGA kodonok specificitását. Ezekben a stopkodonokban mind az U→Ψ, mind az U→C mutáció elősegítik a nonszenszszuppressziót.[7]. A BioNTech és a Pfizer által kifejlesztett SARS-CoV-2-vakcinákban minden U helyén N1-metilpszeudouridin található,[8] egy, a Ψ-nal rokon nukleozid, ahol az N1-atomhoz egy metilcsoport kapcsolódik.

rRNS[szerkesztés]

A Ψ megtalálható az élőlények minden doménjében és a sejtszervecskék nagy és kis riboszomális alegységeiben. A riboszómában a Ψ a II., IV. és V. doménben stabilizál RNS-RNS vagy RNS-fehérje kölcsönhatásokat. A Ψ biztosította stabilitás segíthet az rRNS-szerkezet kialakulásában és a riboszómaképződésben. A Ψ a helyi struktúrák stabilitását is befolyásolhatja, ami a transzlációkori dekódolás és ellenőrzés sebességét és pontosságát befolyásolja.[3]

snRNS[szerkesztés]

A Ψ megtalálható az eukarióták spliceoszomális fő snRNS-eiben. A Ψ-származékok az snRNS-ben gyakran állandók maradnak, de taxononként és szervezetenként eltérnek. A Ψ-származékok az snRNS-ben általában a spliceoszóma létrehozásában és funkciójában résztvevő RNS-RNS vagy RNS-fehérje kölcsönhatásokban résztvevő területeken találhatók, Az snRNS-ben lévő Ψ-származékok a spliceoszóma megfelelő szerkezetének létrejöttében játszanak fontos szerepet, ami fontos a pre-mRNS feldolgozáshoz.[3]

Pszeudouridin-szintázok[szerkesztés]

A pszeudouridinek kotranszkripciós módosítások, vagyis az RNS-keletkezés közben jönnek létre.[9] Az ezt végző fehérjék a pszeudouridin-szintázok (PUS). Ezek minden országban megtalálhatók. A legtöbb kutatás a PUS-ok tRNS-módosító képességével kapcsolatban történt, így az snRNS-t és mRNS-t érintő mechanizmusok nem teljesen tisztázottak. A PUS-ok RNS-specificitása, szerkezete és izomerizációs mechanizmusa eltér. Az eltérő PUS-szerkezetek 5 családba sorolhatók. Ezek aktív szekvenciája és fontos motívumai közösek.[10]

TruA[szerkesztés]

A TruA domén a tRNS, snRNS és mRNS számos különböző helyén végez módosításokat. Az uridin izomerizációjáról beszélhetünk e családban.[6][11]

tRNS-hez kapcsolódó pszeudouridin-szintáz.

A PUS 1 a sejtmagban található, és a tRNS-t módosítja különböző helyeken: az U2 snRNS-ben az U44-nél, valamint az U6 snRNS-ben az U28-ban. Tanulmányok szerint a PUS 1 kifejeződése megnő környezeti stressz hatására, és fontos az RNS-splicing szabályozásához. Továbbá a PUS 1 szükséges a sejtmagban készült tRNS citoplazmába szállításához.[6]

A PUS 2 hasonlít a PUS 1-hez, de a mitokondriumokban található, ahol csak a mito-tRNS U27-ét és U28-át módosítja. E fehérje a mitokondriális tRNS-t módosítja, ahol kevesebb pszeudouridin található, mint más tRNS-ekben. A legtöbb mitokondriumban található fehérjével ellentétben a PUS 2 esetén nem ismert mitokondriális célzószignál (MTS).[6]

A PUS 3 a PUS 1-gyel homológ, de a tRNS-ben máshol módosít (U38/39) a citoplazmában és a mitokondriumokban. Ez a TruA család legjobban megmaradó fehérjéje. A PUS 3 okozta módosulások számának csökkenését észlelték nem megfelelő alakú tRNS-szerkezet esetén. A fehérje az ncRNS-t és az mRNS-t is módosítja a tRNS mellett. Ennek fontosságának megállapításához további kutatás szükséges. A PUS 3 és a PUS 1 módosítja a humán szteroidaktivátor-receptort.[6]

TruB[szerkesztés]

A TruB családba csak a mitokondriumokban és a sejtmagban található PUS 4 tartozik. A PUS 4 általi U55-módosulások nagyrészt megmaradnak a tRNS hajlatánál. A humán PUS 4-ben nincs jelen a PUA (pszeudouridin-szintáz–archeozin-transz-glikoziláz. A PUS 4 a tRNS T-ágára specifikus. A PUS4 mRNS-módosítására vonatkozó előzetes adatok még nem igazoltak. Ezenkívül egy növényeket fertőző RNS-vírus, a rozsnokmozaik-vírus egy fajtájához is kötődik.[6][12]

TruD[szerkesztés]

A TruD képes számos RNS-t módosítani, és még nem ismert a különböző RNS-szubsztrátok felismerésének módja. A PUS 7 a 35. helyen módosítja az U2 snRNS-t, hőhatásra e módosítás üteme növekszik. Ezenkívül a citoplazma-tRNS-t a 13., a pre-tRNSTyr-t a 35. helyen módosítja. A PUS 7 specificitása nem függ az RNS-típustól, mivel az mRNS-t is pszeudouridilálja a PUS 7. Az UGUAR RNS-szekvenciában a második U-t cseréli. Az mRNS PUS 7 általi peszudouridilációja növekszik a hőmérséklet növekedésével, mivel a fehérje a sejtmagból a citoplazmába kerül. A módosítás növelheti az mRNS-stabilitást hősokk esetén, mielőtt az RNS a sejtmagba vagy a mitokondriumba megy az RNS, de további tanulmányok szükségesek.[6][11].

RluA[szerkesztés]

Az RluA domén a szubsztrátot egy hozzá kötődő fehérje és a doménhez való kötések alapján azonosítja.

A PUS 5 nincs jól dokumentálva és elhelyezve, és hasonlóan a PUS 2-höz, nincs mitokondriális jelcélzó szekvenciája. A fehérje a mitokondriális 21S rRNS U2819-ét módosítja. Ezenkívül feltételezések szerint a PUS 5 módosít az mRNS-ben is néhány uridint, de ez még nem bizonyított.

A PUS 6-ban van egy RluA domén, mely a sejtplazmabeli és mitokondriális tRNS-ben csak az U31-et változtatja meg. Ezenkívül az mRNS-t is módosíthatja.[6]

A PUS 8, más néven Rib2 a citoplazmatikus tRNS-t az U32 helyen módosítja. Itt van C-terminális DRAP-deaminázdomén, mely a riboflavin-bioszintézishez kapcsolódik. A riboflavin-szintázhoz kapcsolódó RluA és a DRAP- vagy deaminázdomén teljesen eltérő funkciókkal rendelkezik a fehérjében, és nem ismert, hogy kölcsönhatnak-e. A PUS 8 szükséges az élesztőben, de ez feltehetően a riboflavin-szintézissel áll összefüggésben, nem a pszeudouridin-módosulással.[6]

A PUS 9 azonos helyen katalizál a PUS 8-cal, de a mitokondriális tRNS-ben működik. Ez az egyetlen N-terminális mitokondriáliscélzójel-domént tartalmazó PUS fehérje. Tanulmányok szerint a PUS 9 módosíthat mRNS-eket, ami alacsonyabb szubsztrátspecificitáshoz vezet.[6]

RsuA[szerkesztés]

Az RsuA az U516 nukleozidot módosítja a 16S rRNS 18-as hélixében.[13] A Ψ516 az egyetlen pszeudouridin a 16S rRNS-ben.[14]

Genomszekvenálási technikák[szerkesztés]

A pszeudouridin számos különböző technikával azonosítható. Az RNS- és DNS-eltéréseket többek közt folyadékkromatográfia–tömegspektrometriával lehet azonosítani. A tömegspektrometria tömeg és töltés szerint választja szét a molekulákat. Noha az uridin és a pszeudouridin tömege azonos, töltésük eltér. A folyadékkromatográfia a megmaradási időt, vagyis az oszlop elhagyásához szükséges időt használja.[15] A pszeudouridin kémiai módon CMC-vel (N-ciklohexil-N’-β-(4-metilmorfolínium)-etilkarbodiimid) azonosítható, mely az uridint és a pszeudouridint specifikusan különbözteti meg. A CMC a pszeudouridinhez és az uridinhez is kapcsolódik, de az előbbihez erősebben kapcsolódik, mivel a harmadik nitrogén hidrogénkötést képes létesíteni. A pszeudouridin-kötött CMC ezután jelzőmolekulával leképezhető.[16]

Orvosi jelentősége[szerkesztés]

A pszeudouridin csekély, de jelentős változást idéz elő a közeli cukor-foszfát vázon, és erősíti a báziscsoportosulást. E hatások számos, de nem minden pszeudouridin-részlet biológiai szerepe mögött állhatnak. Bizonyos mutációk a tRNS-ben vagy az rRNS-ben lévő bizonyos pszeudouridin-részletek nélkül transzlációs nehézségeket, lassú növekedést és alulmaradást okozhatnak a vad típusú törzsekkel való versenyben. A pszeudouridin megjelenik a mitokondriális izomelhalásban és a szideroblasztos vérszegénységben. A dyskeratosis congenita és a Hoyeraal–Hreidarsson-szindróma két ritka örökletes betegség, melyeket a DKC1, a pszeudouridin-szintáz diszkerint kódoló gén mutációi okoznak. A pszeudouridin szabályozza a virális lappangási folyamatokat is a HIV-fertőzéseknél.[17] A pszeudouridilációt ezenkívül összefüggésbe hozták az anyai ágon öröklött diabétesszel és siketséggel (MIDD). Itt egy pontmutáció a mitokondriális tRNS-ben megakadályozza egy nukleotid pszeudouridilációját, megváltoztatva a tRNS harmadlagos szerkezetét, ami instabilabb tRNS-hez vezethet, ami hibákat okozhat a mitokondriális transzlációban.[17]

Vakcinákban[szerkesztés]

Ha a szintetikus mRNS-ben pszeudouridin van az uridin helyett, a módosult mRNS gyengébb immunválaszt kelt a receptorokban. Ez hasznossá teszi az mRNS-vakcinákban a pszeudouridint. Ezt a tulajdonságot Karikó Katalin és Drew Weissman 2005-ben fedezték fel.[18]

Az N1-metil-pszeudouridin még gyengébb immunválaszt eredményez, mint a Ψ, és javítja a transzlációs képességet,[19] ezért a Pfizer–BioNTech- és a Moderna-vakcinák is N1-metil-pszeudouridint használnak a Ψ helyett.[19]

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. ↑ (2016. június 7.) „The TOR signaling pathway regulates starvation-induced pseudouridylation of yeast U2 snRNA”. RNA 22 (8), 1146–1152. o. DOI:10.1261/rna.056796.116. ISSN 1355-8382. PMID 27268497.  
  2. ↑ (2017. november 1.) „RNA Pseudouridylation in Physiology and Medicine: For Better and for Worse” (angol nyelven). Genes 8 (11), 301. o. DOI:10.3390/genes8110301. ISSN 2073-4425. PMID 29104216.  
  3. ↑ a b c d e f Gray, Michael Charette, Michael W. (2000. május 1.). „Pseudouridine in RNA: What, Where, How, and Why”. IUBMB Life 49 (5), 341–351. o. DOI:10.1080/152165400410182. ISSN 1521-6543. PMID 10902565.  
  4. ↑ (2021. december 21.) „Genome instability drives epistatic adaptation in the human pathogen Leishmania” (angol nyelven). Proceedings of the National Academy of Sciences 118 (51), e2113744118. o. DOI:10.1073/pnas.2113744118. ISSN 0027-8424. PMID 34903666.  
  5. ↑ (2013. április 1.) „RNA pseudouridylation: new insights into an old modification”. Trends in Biochemical Sciences 38 (4), 210–218. o. DOI:10.1016/j.tibs.2013.01.002. ISSN 0968-0004. PMID 23391857.  
  6. ↑ a b c d e f g h i j (2017. január 3.) „Eukaryotic stand-alone pseudouridine synthases – RNA modifying enzymes and emerging regulators of gene expression?”. RNA Biology 14 (9), 1185–1196. o. DOI:10.1080/15476286.2016.1276150. ISSN 1547-6286. PMID 28045575.  
  7. ↑ (2019. március 1.) „Post-transcriptional pseudouridylation in mRNA as well as in some major types of noncoding RNAs”. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms 1862 (3), 230–239. o. DOI:10.1016/j.bbagrm.2018.11.002. ISSN 1874-9399. PMID 30414851.  
  8. ↑ European medicines Agency Assessment report on Comirnaty (Common name: COVID-19 mRNA vaccine) (nucleoside-modified) Procedure No. EMEA/H/C/005735/0000, 2021. február 19. [2021. március 27-i dátummal az eredetiből archiválva].
  9. ↑ Martinez NM, Su A, Burns MC, Nussbacher JK, Schaening C, Sathe S, Yeo GW, Gilbert WV (2022. február 3.). „Pseudouridine synthases modify human pre-mRNA co-transcriptionally and affect pre-mRNA processing”. Mol Cell 82 (3), 645–659.e9. o. DOI:10.1016/j.molcel.2021.12.023. PMID 35051350.  
  10. ↑ Hamma, Tomoko (2006. november 1.). „Pseudouridine Synthases”. Chemistry & Biology 13 (11), 1125–1135. o. DOI:10.1016/j.chembiol.2006.09.009. ISSN 1074-5521. PMID 17113994.  
  11. ↑ a b (2017. november 1.) „RNA Pseudouridylation in Physiology and Medicine: For Better and for Worse”. Genes 8 (11), 301. o. DOI:10.3390/genes8110301. ISSN 2073-4425. PMID 29104216.  
  12. ↑ (2016. november 14.) „RNA modification enzyme TruB is a tRNA chaperone”. Proceedings of the National Academy of Sciences 113 (50), 14306–14311. o. DOI:10.1073/pnas.1607512113. ISSN 0027-8424. PMID 27849601.  
  13. ↑ Kumudie Jayalath, Sean Frisbie, Minhchau To, Sanjaya Abeysirigunawardena (2020. május 30.). „Pseudouridine Synthase RsuA Captures an Assembly Intermediate That Is Stabilized by Ribosomal Protein S17”. Biomolecules. DOI:10.3390/biom10060841. PMID 32486254. (Hozzáférés: 2023. június 13.)  
  14. ↑ Bakin A., Kowalak J.A., McCloskey J.A., Ofengand J. (1994. szeptember 11.). „The single pseudouridine residue in Escherichia coli 16S RNA is located at position 516” 22 (18). DOI:10.1093/nar/22.18.3681. PMID 7524026.  
  15. ↑ (2017. szeptember 5.) „Quantification of Pseudouridine Levels in Cellular RNA Pools with a Modified HPLC-UV Assay”. Genes 8 (9), 219. o. DOI:10.3390/genes8090219. ISSN 2073-4425. PMID 28872587.  
  16. ↑ Kalsotra, Auinash (2016. november 2.). „Faculty of 1000 evaluation for Transcriptome-wide mapping reveals widespread dynamic-regulated pseudouridylation of ncRNA and mRNA.”. DOI:10.3410/f.718875945.793524920.  
  17. ↑ a b (2016. október) „Pseudouridylation of 7 SK sn RNA promotes 7 SK sn RNP formation to suppress HIV ‐1 transcription and escape from latency”. EMBO Reports 17 (10), 1441–1451. o. DOI:10.15252/embr.201642682. ISSN 1469-221X. PMID 27558685.  
  18. ↑ Dolgin, Elie. „The tangled history of mRNA vaccines”, Nature, 2021. szeptember 14. 
  19. ↑ a b (2021. április 25.) „The Critical Contribution of Pseudouridine to mRNA COVID-19 Vaccines”. Frontiers in Cell and Developmental Biology 9, 789427. o. DOI:10.3389/fcell.2021.789427. PMID 34805188.  

Fordítás[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Pseudouridine című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=Pszeudouridin&oldid=27051674”