Slajd 1

Genom mitochondrialny kręgowców jest bardzo

zwarty

zredukowanie do minimum

ilości potrzebnych genów kodujących

tRNA

brak niefunkcjonalnych sekwencji

międzygenowych

geny

kodujące

rRNA

są

wyjątkowo

krótkie,

współczynnik

sedymentacji rRNA

dużej i małej podjednostki wynosi odpowiednio

16S i 12S

niektóre geny są skrócone i nie zawierają standardowych kodonów
terminacyjnych,

które są wprowadzane w procesie redagowania

przez

poliadenylację (końcowy kodon U lub UA w UAAAA…)

tRNA jest „naładowywany” odpowiednim aminokwasem

przez specyficzne syntetazy aminoacylo-tRNA

aminokwas

aminoacyloadenylan

aminoacylo-
tRNA

Dwa etapy reakcji

AMP zostaje związany z

grupą karboksylową
aminokwasu
- powstaje aminoacyloadenylan

aminoacyloadenylan reaguje

z odpowiednim,
nienaładowanym tRNA
-

reakcja z 2’OH lub 3’OH (w

zależności od syntetazy)

Klasyfikacja syntetaz aminoacylo-tRNA

Klasa I

Klasa II

Arg (α)

Ala (α

)

Cys (α)

Asn (α

)

Gln (α)

Asp (α

)

Glu (α)

Gly (α

)

IIe (α)

His (α

)

Leu (α)

Lys (α

)

Met (α)

Phe (α

)

Trp (α

)

Ser (α

)

Tyr (α

)

Pro (α

)

Właściwości syntetaz aminoacylo-tRNA

Klasa aaRS

Charakterystyczna sekwencja

aminokwasowa

HIGH, KMSKS

1) a

xxa

xxPa

(2) a

xxx(F/Y/H)RxE

(R/H)xxxFxxx(D/E)

(3) xa

ERa

Centrum katalityczne

struktura Rossmanna

struktura

antyrównoległa

Miejsce wiązania syntetazy do tRNA

mniejsza bruzda tRNA

większa bruzda tRNA

Miejsce aminoacylacji

przy końcowej

rybozie tRNA

2 ’OH

3 ’OH (z wyjątkiem PheRS)

Podklasy aaRS:

Arg, Cys, Ile, Leu, Met, Val

Tyr, Trp

Gin, Glu

His, Thr, Pro, Ser

Asp, Asn, Lys

Ala, Gly

Phe

Kamińska i wsp., 2002, Postępy Biochemii, 48, 189- 199

Różnice w budowie aaRS prokariotycznych i

eukariotycznych

najstarszą ewolucyjnie domeną aaRS jest centrum katalityczne

główne różnice w budowie dotyczą końców N- i C-terminalnych

różnice w strukturę aaRS prokariotycznych i eukariotycznych mają ogromne znaczenie w

projektowaniu leków

Domeny wspólne dla aaRS i innych białek

Skupińska i wsp., 2009, Postępy Biochemii, 55, 373- 384

Swoistość procesu rozpoznawania tRNA przez

aaRS

• Rozpoznanie – identyfikacja danego tRNA przez odpowiednią

syntetazę dzięki specyficznym elementom strukturalnym tRNA

• Identyczność (tożsamość) tRNA – aktywność akceptorowa

tRNA

obejmująca

pozytywne

negatywne

elementy

rozpoznania

Interakcja

kodon-antykodon

decyduje

wbudowaniu

nowosyntetyzowanego
polipeptydu

Antydeterminanty

cząsteczki tRNA

•

Antydeterminanty to pojedyncze lub sparowane zasady, które
uniemożliwią błędną aminoacylację

•

tRNA

Ile

modyfikacja L34 zapobiega błędnej aminoacylacji przez syntetazę

specyficzną dla tRNA

Met

•

Cząsteczki, które są substratami dla syntetaz aminoacylo-tRNA klasy I
zawierają antydeterminanty przeciwko enzymom klasy II (tRNA

Leu

/SerRS) i

odwrotnie (tRNA

Asp

/ArgRS)

•

Najprawdopodobniej wszystkie tRNA zawierają antydeterminanty
przeciwko kilku syntetazom

•

Enzym PheRS rozpoznaje i aminoacyluje z dużą wydajnością tRNA

Asp

którego wprowadzono główne determinanty fenyloalaniny

Syntetazy rozpoznają kilka charakterystycznych

zasad w tRNA

tRNA Mutacje w tRNA zmieniające oddziaływanie z syntetazą

Syntetazy klasy I

Walinowa 3 zasady antykodonu

Metioninowa 3 zasady antykodonu

Izoleucynowa modyfikacja w pozycji C34 ramienia antykodonowego

Glutaminiowa U35 w antykodonie; U1-A72 i G73 w ramieniu akceptorowym

Syntetazy klasy II

Fenyloalaninowa 3 zasady antykodonu; G20 w pętli D

Serynowa G1-C72; G2-C71; A3-U70 bp w ramieniu antykodonowym; C11-G24 w D

Alaninowa G3-U70 bp w ramieniu akceptorowym

aaRS jako cel molekularny w terapii

przeciwbakteryjnej

zapotrzebowanie na nowe leki

rozwój wiedzy w zakresie struktury i funkcji aaRS

podobieństwo poszczególnych enzymów w obrębie gatunku i pomiędzy
blisko spokrewnionymi bakteriami chorobotwórczymi

różnice w strukturze i działaniu syntetaz pochodzących z organizmów
odległych ewolucyjnie stwarzają szansę na opracowanie nowych leków
hamujących specyficznie tylko enzym bakteryjny

powszechność występowania syntetaz

brak u bakterii izoenzymów poszczególnych syntetaz

występowanie w obrębie aaRS wielu potencjalnych miejsc wiązanie
inhibitora

istnienie wielu naturalnych inhibitorów aaRS o niskiej toksyczności

Inhibitory syntetaz aminoacylo-tRNA

Substancje pochodzenia naturalnego

Inhibitory syntetyczne

Mupiorycyna (kwas psudomonowy)
Psudomonas fluorescens

Inhibitory na bazie cząsteczki

aminoacyloadenylanu z modyfikacją:

Borelidyna, Streptomyces albovinaceous

nietrwałego wiązania fosfodiestrowego

Agrocyna, Agrobacterium radiobacter

rybozy

adeniny

reszty aminokwasowej

na podstawie Skupińska i wsp., 2009, Postępy Biochemii, 55, 373- 384

Różne funkcje syntetaz aminoacylo-tRNA

Syntetazy aminoacylo-tRNA

Aminoacylacja

wirusowych

RNA

Biosynteza

chlorofilu

Regulacja

transkrypcji

Dojrzewanie

RNA

Apoptoza

Biosynteza
alarmonów

Aktywność

cytokin

Regulacja

translacji

Skupińska i wsp., 2009, Postępy Biochemii, 55, 373- 384

Rola aaRS

w etiologii chorób u ludzi

• Choroby autoimmunologiczne

miopatie zapalne (toczeń rumieniowaty, reumatoidalne zapalenie stawów,

zapalenie mięśni)

• Choroby układu nerwowego

- encefalopatie, ataksje, leukodystrofia

choroba Alzheimera i Parkinsona (w złogach β-amyloidu wykryto TrpRS)

• Choroby nowotworowe

podwyższony poziom aaRS w raku okrężnicy (MetRS), raku jelita grubego

(IleRS), raka piersi (LysRS), raka tarczycy (GlyRS), raku płuc i przewlekłej
białaczce szpikowej (PheRS)

• Udział MetRS w arteriosklerozie

homocystena błędnie rozpoznawana jest przez MetRS