ハンマーヘッドリボザイムのイオン誘導折りたたみ：摂動が活性コンフォメーションに折りたたむコア配列が変化する

ハンマーヘッドリボザイムは、活性コンフォメーションにイオン依存性の折り畳みプロセスを受けます。折りたたみは、コア内のシーケンスまたは機能の変更により、特定の段階でブロックできることがわかります。追加された金属イオンが存在しない場合、ハンマーヘッドのグローバルな構造が拡張され、茎IとIIの間に大きな角度が抑制されます。これらの条件下で非構造化されたコアと一致して、このジオメトリを変化させるコアシーケンスの変更はありません。低濃度のマグネシウムイオンを添加すると、ハンマーヘッドは茎IIとIIIの関連性によって折りたたまれ、それらの間に大きな角度が含まれます。この段階は、茎IIとIIIの間にあるオリゴプリン配列内の変異によって阻害または変更され、折りたたみはA14G変異によって完全に防止されます。マグネシウムイオン濃度のさらなる増加は、天然配列ハンマーヘッドの折りたたみの第2段階をもたらし、ステムIの同じ方向に回転する茎Iの再配向を含みます。この遷移は、ハンマーヘッドリボザイムが活性になるのと同じ範囲のマグネシウムイオン濃度で発生するため、最終的な立体構造は構造の活性形態と最も密接に関連している可能性があります。この立体構造へのマグネシウムイオン依存性折りたたみは、G5での変化によって防止され、特に2'-ヒドロキシル基の除去とシチジンによる塩基の置換が顕著です。配列変化によって折りたたみプロセスを分析する能力は、2つの別々のイオン依存段階が、ハンマーヘッドリボザイムの活性コンフォメーションへの折りたたみに関与していることを示唆しています。

The hammerhead ribozyme undergoes an ion-dependent folding process into the active conformation. We find that the folding can be blocked at specific stages by changes of sequence or functionality within the core. In the the absence of added metal ions, the global structure of the hammerhead is extended, with a large angle subtended between stems I and II. No core sequence changes appear to alter this geometry, consistent with an unstructured core under these conditions. Upon addition of low concentrations of magnesium ions, the hammerhead folds by an association of stems II and III, to include a large angle between them. This stage is inhibited or altered by mutations within the oligopurine sequence lying between stems II and III, and folding is completely prevented by an A14G mutation. Further increase in magnesium ion concentration brings about a second stage of folding in the natural sequence hammerhead, involving a reorientation of stem I, which rotates around into the same direction of stem II. Because this transition occurs over the same range of magnesium ion concentration over which the hammerhead ribozyme becomes active, it is likely that the final conformation is most closely related to the active form of the structure. Magnesium ion-dependent folding into this conformation is prevented by changes at G5, notably removal of the 2'-hydroxyl group and replacement of the base by cytidine. The ability to dissect the folding process by means of sequence changes suggests that two separate ion-dependent stages are involved in the folding of the hammerhead ribozyme into the active conformation.