Riboswitches это узнающие-метаболиты РНК, обычно расположенные в не кодирующих частях мРНК, которые контролируют синтез родственных метаболитам белков^1-3. Более 2% генов у некоторых видов регулируются с помощью riboswitches^4,10-13, чей представительный класс конкурирует по количеству с известными метаболит-ощущающими регуляторными белками¹⁴. На заведенном в док метаболите распознающий домен riboswitch обнаруживает конформационную стабилизацию, которая обычно меняет расположение спаривающихся оснований в прилегающей платформе экспрессии, несущей сигналы генной экспрессии^1-3. Riboswitches обнаруживают удивительное сродство к своим соотв. лигандам и могут различать даже очень тблизко родственные аналоги, как показывают биохимические эксперименты^1,13,15 и Х-структуры-ощущающих пурины riboswitches, связанных с hypoxantine¹⁶, guanine¹⁷ и аденина¹⁷. ТРР и pyrithiamine pyrophoshate (PTPP; Fig.1a) химически более разнообразны, чем пурины и обладают несколькими дополнительными свойствами для негативно заряженных рецепторов РНК, а именно благодаря своим крупным размерам, конформационной гибкости и что более важно, присутствию негативно заряженных фосфатных групп¹⁸.

Описывается 2.05 А кристаллическая структура riboswitch домена из E.coli thiM мРНК⁴, который реагирует на коэнзим thiamine pyrophosphate (TPP). TPP является активной формой витамина В₁, важного участника многих катализируемых белками реакций⁵. Организмы из всех трех доменов жизни^6-9, включая бактерии. животные и грибы, используют ТРР-узнающие riboswitchs для контроля генов, ответственных за импорт или синтез тиамина и его фосфорилированных производных, приводя к тому, что этот класс riboswitch является наиболее широко распространенным членом метаболит-узнающих РНК регуляторных систем. Структура обнаруживат сложно упакованную РНК, у которой один субдомен формируют интеркаляционный карман для 4-amino-5-hydroxymethyl-2-methyl-pyrimidine половинки ТРР, тогда как другой субдомен формирует широкий карман, который использует бивалентные ионы металла и молекулы воды чтобы создать мостико-образные контакты с pyrophosphate половинкой лиганда. Два кармана расположены так, чтобы действовать как молекулярные измеряющие устройства, которые распознают ТРР в расширенной конформации. Центральная thiazole часть не распознается РНК, это объясняет, почему антимикробное соединение pyrithiamine pyrophosphate целенаправленно находит этот riboswitch и подавляет экспрессию генов, метаболизирующих тиамин. Как природный лиганд, так и лекарственно-подобные аналоги стабилизируют вторичную и третичную структуру элементов, которые используются (harnessed) riboswitch, чтобы модулировать синтез белков, кодируемых с помощью мРНК. Кроме того, эта структура проливает свет на то, как уложенные мРНК могут формировать точные связывающие карманы, которые конкурируют с теми, что формируются с помощью белковых генетических факторов.

Structure of the S-adenosylmethionine riboswitsh regulatory mRNA element КюЛю Montagne, R.T. Batey Nature Vol 441, No 9097, P. 1172-1175 | nature04819

Riboswitches это цис-действующие генетические регуляторные элементы, найденные в 5'-нетранслируемых областях мРНК, которые контролируют экспрессиию генов благодаря своей способности связывать непосредственно малые молекулы метаболитов^1,2. Регуляция происходит благодаря взаимодействию двух доменов РНК: aptamer домену, который отвечает на концентрации внутриклеточного метаболита, и экспрессионной платформе, которая использует использует взаимно исключающие вторичные структуры, чтобы управлять процессом выбора. У Грамм-позитивных бактерий, таких как виды Bacillus, riboswitches контролируют экспрессию более 2% генов благодаря их способности отвечать на разнообразные наборы метаболитов, включая аминокислоты, нуклеооснования и белковые кофакторы^1,2. Описывается с разрешением 2.9 А кристаллическая структура S-adenosylmethionine (SAM)-чувствительного riboswitch от Thermoanaerobacter tengcongenesis, скомплексованного с S-adenosyl-methionine, элементом РНК, который контролирует экспрессию некоторых генов, участвующих в метаболизме серы и метионина^3-6. Эта РНК складыцвается в сложную трехмерную архитектуру, которая распознает почти всю функциональную группу лиганда благодаря комбинации прямого и косвенного readout механизмов. Связывание лиганда индуцирует формирование серии третичных взаимодействий с одной из спиралей, служащей в качестве коммуникаионной связки между доменами aptamer и экспрессионной платформы.


Рис.1.  | Secondary and tertiary structure of the SAM-I riboswitch.


Рис.2.  | Comparison of the global architecture of the Azoarcus group I intron and the SAM-I riboswitch.


Рис.3.  | Detailed view of the tertiary architecture of the pseudoknot region.


Рис.4.  | Detailed view of SAM recognition by the riboswitch.