チアミンピロリン酸センシングリボスイッチによる遺伝子調節の構造的基礎

リボススイッチは、通常、メッセンジャーRNAの非コード部分に位置する代謝物センシングRNAであり、代謝産物関連タンパク質の合成を制御します。ここでは、エセリチア・コリ・ティムmRNAのリボススイッチドメインの2.05の空腹型結晶構造について説明します。TPPは、多くのタンパク質触媒反応に不可欠な参加者であるビタミンB1の活発な形態です。バクテリア、植物、真菌を含む生命の3つの領域すべての生物は、TPPセンシングリボススイッチを使用して、チアミンとそのリン酸化誘導体の輸入または合成に関与する遺伝子を制御し、このリボスウィッチクラスを代謝産物センシングRNA規制の最も広く分布しているメンバーにしますシステム。構造は、1つのサブドメインがTPPの4-アミノ-5-ヒドロキシメチル-2-メチルピリミジン部分のインターカレーションポケットを形成する複雑な折り畳まれたRNAを明らかにしますが、別のサブドメインは、二価金属イオンと水分子を使用して水分子を使用してより広いポケットを形成し、蒸し帯を作ります。リガンドのピロリン酸部分への接触。2つのポケットは、拡張立体構造でTPPを認識する分子測定デバイスとして機能するように配置されています。中心チアゾール部分はRNAによって認識されていません。これは、抗菌化合物ピリチアミンピリオン酸塩がこのリボスイッチを標的とし、チアミン代謝遺伝子の発現をダウンレギュレートする理由を説明しています。天然リガンドとその薬物様類似体の両方が、mRNAによってコードされたタンパク質の合成を調節するためにリボスイッチによって活用される二次および三次構造要素を安定化します。さらに、この構造は、折り畳まれたRNAがタンパク質の遺伝的要因によって形成されたものに匹敵する精密結合ポケットをどのように形成できるかについての洞察を提供します。

Riboswitches are metabolite-sensing RNAs, typically located in the non-coding portions of messenger RNAs, that control the synthesis of metabolite-related proteins. Here we describe a 2.05 angstroms crystal structure of a riboswitch domain from the Escherichia coli thiM mRNA that responds to the coenzyme thiamine pyrophosphate (TPP). TPP is an active form of vitamin B1, an essential participant in many protein-catalysed reactions. Organisms from all three domains of life, including bacteria, plants and fungi, use TPP-sensing riboswitches to control genes responsible for importing or synthesizing thiamine and its phosphorylated derivatives, making this riboswitch class the most widely distributed member of the metabolite-sensing RNA regulatory system. The structure reveals a complex folded RNA in which one subdomain forms an intercalation pocket for the 4-amino-5-hydroxymethyl-2-methylpyrimidine moiety of TPP, whereas another subdomain forms a wider pocket that uses bivalent metal ions and water molecules to make bridging contacts to the pyrophosphate moiety of the ligand. The two pockets are positioned to function as a molecular measuring device that recognizes TPP in an extended conformation. The central thiazole moiety is not recognized by the RNA, which explains why the antimicrobial compound pyrithiamine pyrophosphate targets this riboswitch and downregulates the expression of thiamine metabolic genes. Both the natural ligand and its drug-like analogue stabilize secondary and tertiary structure elements that are harnessed by the riboswitch to modulate the synthesis of the proteins coded by the mRNA. In addition, this structure provides insight into how folded RNAs can form precision binding pockets that rival those formed by protein genetic factors.