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核糖核酸酶Z

核糖核酸酶Z（Ribonuclease Z、RNase Z、3′ tRNase，在不同生物中的名稱包括ElaC、ZiPD、RNase BN、TRZ1等）是一種參與tRNA生合成的核糖核酸酶，為內切酶，屬鋅依賴型金屬水解酶，編碼此蛋白的基因於2002年被發現[1][2]。

核糖核酸酶Z
枯草桿菌的核糖核酸酶Z與tRNA結合的結構圖
識別碼
EC編號 3.1.26.11
CAS號 98148-84-6
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tRNA基因轉錄產生tRNA前驅物（pre-tRNA）後，其5′端會被核糖核酸酶P切割，3′端則被核糖核酸酶Z切割，隨後再由CCA tRNA核苷酸轉移酶（英語：CCA tRNA nucleotidyltransferase）在其3′端加上CCA三個鹼基，以生成成熟的tRNA[1][3][4]。核糖核酸酶Z切割位點下游位點的CC會抑制其切割活性，因此已被加上CCA的成熟tRNA不會再被其切割[2][註 1]，此外tRNA前驅物5′端序列的長度也可能影響核糖核酸酶Z切割的活性[6][7]。

釀酒酵母[8]、大腸桿菌[9]、枯草桿菌[10]、海棲熱袍菌[11]等生物的核糖核酸酶Z結構均已被解出[6]。

演化與功能

三域生物皆有核糖核酸酶Z，已被測序的所有真核生物與古菌以及許多細菌皆有之，但變形菌門的細菌多不具此酵素。自然界中存在兩型的核糖核酸酶Z，較短的RNase ZS長280至360個氨基酸，見於三域生物[2]；較長的RNase ZL長度約為前者兩倍，在演化上應是由前者經基因重複產生，只見於真核生物[2]。RNase ZS會以二聚體的形式切割tRNA，RNase ZL則是以單體的形式作用，且有研究顯示後者的切割活性比前者的高許多[6]。

脊椎動物與植物以外的真核生物（包括釀酒酵母、粟酒裂殖酵母、黑腹果蠅與秀麗隱桿線蟲等模式生物[2]）經常只有RNase ZL[12]；而同時具有RNase ZL和RNase ZS的生物中兩者在細胞中的位置可能不同[2]，例如模式植物阿拉伯芥分別有兩個RNase ZS與RNase ZL，前者一個位於細胞質，一個位於葉綠體中，後者一個位於細胞核與線粒體，一個僅見於線粒體[13][14]；釀酒酵母僅有RNase ZL，位於細胞核與線粒體中[8]。

人類的RNase ZL（ELAC2）基因有兩個起始密碼子，可轉錄產生兩種不同的mRNA，其中較長者包含一線粒體導向序列，會被送入線粒體中，負責切割線粒體基因組編碼的tRNA前驅物；較短者則會被送入細胞核中，切割細胞核編碼的tRNA前驅物，除產生成熟tRNA外，也參與tRNA片段（tRNA fragment）的生成，進而影響細胞內各種小RNA量的平衡[2][15][16]已知有ELAC2基因的突變與前列腺癌和心肌病變相關[6][8][17][18]。人類的RNase ZS（ELAC1）則位於細胞質中，其功能仍不甚清楚，有研究指其可能參與解決轉譯中核糖體停滯的反應途徑，停滯的核糖體上P位點的tRNA 3′端會被內切酶ANKZF1（英語：ANKZF1）切割，將與其連結的多肽鏈和末端的CCA鹼基一起移除，造成tRNA最末端的核苷酸形成2′,3′-環磷酸（2′,3′-cyclic phosphate），ELAC1可能可切割此結構，使tRNA重新產生有活性的3′端，得以再被CCA tRNA核苷酸轉移酶作用接上CCA而重新利用[19][20]。

切割其他RNA

除tRNA前驅物外，核糖核酸酶Z可能還可切割其他與tRNA前驅物結構相似的RNA。核糖核酸酶P與核糖核酸酶Z可切割MALAT1（一個長鏈非編碼RNA）的3′端，產生MALAT1相關胞漿小RNA（mascRNA）[21]；另有一3′端和MALAT1高度相似的長鏈非編碼RNAMEN β RNA可能也可被核糖核酸酶P與核糖核酸酶Z切割，產生類似mascRNA的小RNA[22]。阿拉伯芥編碼tRNAGly的基因下游緊接着編碼snoR43家族的snoRNA基因，兩者會共同轉錄成一RNA前驅物，並被核糖核酸酶Z切割，以產生成熟的tRNA與snoRNA[23]。

參見

  • 核糖核酸酶E（英語：Ribonuclease E）：某些細菌具有的一種核糖核酸酶，亦為內切酶，tRNA前驅物的3′端可被其切割後，再經由其他外切酶切割產生成熟tRNA，為tRNA 3′成熟的另一機制，不依賴核糖核酸酶Z。部分真核生物可能也有類似機制[2]。

註腳

  1. ^ 此機制有許多例外情形，相較於真核生物tRNA末端的CCA皆是轉錄後才加上，許多細菌的tRNA基因末端即編碼CCA，意即tRNA前驅物中具有CCA，但仍可被核糖核酸酶Z以較低的活性切割。海棲熱袍菌的核糖核酸酶Z可能不受CCA抑制，可正常切割含有CCA的tRNA前驅物[2][5]。

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 Schiffer S, Rösch S, Marchfelder A. Assigning a function to a conserved group of proteins: the tRNA 3'-processing enzymes. The EMBO Journal. 2002, 21 (11): 2769–77. PMC 126033  . PMID 12032089. doi:10.1093/emboj/21.11.2769. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 Redko Y, Li de la Sierra-Gallay I, Condon C. When all's zed and done: the structure and function of RNase Z in prokaryotes.. Nat Rev Microbiol. 2007, 5 (4): 278–86 [2022-06-21]. PMID 17363966. doi:10.1038/nrmicro1622. （原始內容存檔於2022-06-21）. 
  3. ^ Mayer M, Schiffer S, Marchfelder A. tRNA 3' processing in plants: nuclear and mitochondrial activities differ. Biochemistry. 2000, 39 (8): 2096–105. PMID 10684660. doi:10.1021/bi992253e. 
  4. ^ Minagawa A, Takaku H, Takagi M, Nashimoto M. A novel endonucleolytic mechanism to generate the CCA 3' termini of tRNA molecules in Thermotoga maritima. The Journal of Biological Chemistry. 2004, 279 (15): 15688–97. PMID 14749326. doi:10.1074/jbc.M313951200  . 
  5. ^ Minagawa A, Takaku H, Takagi M, Nashimoto M. A novel endonucleolytic mechanism to generate the CCA 3' termini of tRNA molecules in Thermotoga maritima.. J Biol Chem. 2004, 279 (15): 15688–97 [2022-06-21]. PMID 14749326. doi:10.1074/jbc.M313951200. （原始內容存檔於2022-06-21）. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 6.3 Peng G, He Y, Wang M, Ashraf MF, Liu Z, Zhuang C; et al. The structural characteristics and the substrate recognition properties of RNase ZS1.. Plant Physiol Biochem. 2021, 158: 83–90 [2022-06-21]. PMID 33302124. doi:10.1016/j.plaphy.2020.12.001. （原始內容存檔於2022-06-21）. 
  7. ^ Pellegrini O, Nezzar J, Marchfelder A, Putzer H, Condon C. Endonucleolytic processing of CCA-less tRNA precursors by RNase Z in Bacillus subtilis.. EMBO J. 2003, 22 (17): 4534–43. PMC 202377  . PMID 12941704. doi:10.1093/emboj/cdg435. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 Ma M, Li de la Sierra-Gallay I, Lazar N, Pellegrini O, Durand D, Marchfelder A; et al. The crystal structure of Trz1, the long form RNase Z from yeast.. Nucleic Acids Res. 2017, 45 (10): 6209–6216. PMC 5449637  . PMID 28379452. doi:10.1093/nar/gkx216. 
  9. ^ Kostelecky B, Pohl E, Vogel A, Schilling O, Meyer-Klaucke W. The crystal structure of the zinc phosphodiesterase from Escherichia coli provides insight into function and cooperativity of tRNase Z-family proteins.. J Bacteriol. 2006, 188 (4): 1607–14. PMC 1367222  . PMID 16452444. doi:10.1128/JB.188.4.1607-1614.2006. 
  10. ^ Li de la Sierra-Gallay I, Pellegrini O, Condon C. Structural basis for substrate binding, cleavage and allostery in the tRNA maturase RNase Z.. Nature. 2005, 433 (7026): 657–61. PMID 15654328. doi:10.1038/nature03284. 
  11. ^ Ishii R, Minagawa A, Takaku H, Takagi M, Nashimoto M, Yokoyama S. Crystal structure of the tRNA 3' processing endoribonuclease tRNase Z from Thermotoga maritima.. J Biol Chem. 2005, 280 (14): 14138–44. PMID 15701599. doi:10.1074/jbc.M500355200. 
  12. ^ Wang Z, Zheng J, Zhang X, Peng J, Liu J, Huang Y. Identification and sequence analysis of metazoan tRNA 3'-end processing enzymes tRNase Zs.. PLoS One. 2012, 7 (9): e44264. PMC 3433465  . PMID 22962606. doi:10.1371/journal.pone.0044264. 
  13. ^ Rossmanith W. Of P and Z: mitochondrial tRNA processing enzymes.. Biochim Biophys Acta. 2012, 1819 (9-10): 1017–26. PMC 3790967  . PMID 22137969. doi:10.1016/j.bbagrm.2011.11.003. 
  14. ^ Canino G, Bocian E, Barbezier N, Echeverría M, Forner J, Binder S; et al. Arabidopsis encodes four tRNase Z enzymes.. Plant Physiol. 2009, 150 (3): 1494–502. PMC 2705019  . PMID 19411372. doi:10.1104/pp.109.137950. 
  15. ^ Siira SJ, Rossetti G, Richman TR, Perks K, Ermer JA, Kuznetsova I; et al. Concerted regulation of mitochondrial and nuclear non-coding RNAs by a dual-targeted RNase Z.. EMBO Rep. 2018, 19 (10). PMC 6172459  . PMID 30126926. doi:10.15252/embr.201846198. 
  16. ^ Rossmanith W. Localization of human RNase Z isoforms: dual nuclear/mitochondrial targeting of the ELAC2 gene product by alternative translation initiation.. PLoS One. 2011, 6 (4): e19152. PMC 3084753  . PMID 21559454. doi:10.1371/journal.pone.0019152. 
  17. ^ Takaku H, Minagawa A, Takagi M, Nashimoto M. A candidate prostate cancer susceptibility gene encodes tRNA 3' processing endoribonuclease.. Nucleic Acids Res. 2003, 31 (9): 2272–8. PMC 154223  . PMID 12711671. doi:10.1093/nar/gkg337. 
  18. ^ Haack TB, Kopajtich R, Freisinger P, Wieland T, Rorbach J, Nicholls TJ; et al. ELAC2 mutations cause a mitochondrial RNA processing defect associated with hypertrophic cardiomyopathy.. Am J Hum Genet. 2013, 93 (2): 211–23. PMC 3738821  . PMID 23849775. doi:10.1016/j.ajhg.2013.06.006. 
  19. ^ Yip MCJ, Savickas S, Gygi SP, Shao S. ELAC1 Repairs tRNAs Cleaved during Ribosome-Associated Quality Control.. Cell Rep. 2020, 30 (7): 2106–2114.e5. PMC 7067598  . PMID 32075755. doi:10.1016/j.celrep.2020.01.082. 
  20. ^ Seki M, Komuro A, Takahashi M, Nashimoto M. Transcription from the proximal promoter of ELAC1, a gene for tRNA repair, is upregulated by interferons.. Biochem Biophys Res Commun. 2021, 585: 162–168. PMID 34808499. doi:10.1016/j.bbrc.2021.11.037. 
  21. ^ Wilusz JE, Freier SM, Spector DL. 3' end processing of a long nuclear-retained noncoding RNA yields a tRNA-like cytoplasmic RNA. Cell. 2008, 135 (5): 919–32. PMC 2722846  . PMID 19041754. doi:10.1016/j.cell.2008.10.012. 
  22. ^ Sunwoo H, Dinger ME, Wilusz JE, Amaral PP, Mattick JS, Spector DL. MEN epsilon/beta nuclear-retained non-coding RNAs are up-regulated upon muscle differentiation and are essential components of paraspeckles. Genome Res. 2009, 19 (3): 347–359. PMC 2661813  . PMID 19106332. doi:10.1101/gr.087775.108. 
  23. ^ Kruszka K, Barneche F, Guyot R, Ailhas J, Meneau I, Schiffer S; et al. Plant dicistronic tRNA-snoRNA genes: a new mode of expression of the small nucleolar RNAs processed by RNase Z.. EMBO J. 2003, 22 (3): 621–32. PMC 140725  . PMID 12554662. doi:10.1093/emboj/cdg040. 
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