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rRNA m6A 甲基转移酶 RlmJ 的分子机制的结构和功能见解。

Structural and functional insights into the molecular mechanism of rRNA m6A methyltransferase RlmJ.

机构信息

Department of Cell and Molecular Biology, Uppsala University, PO Box 596, SE 751 24 Uppsala, Sweden.

出版信息

Nucleic Acids Res. 2013 Nov;41(20):9537-48. doi: 10.1093/nar/gkt719. Epub 2013 Aug 13.

Abstract

RlmJ catalyzes the m(6)A2030 methylation of 23S rRNA during ribosome biogenesis in Escherichia coli. Here, we present crystal structures of RlmJ in apo form, in complex with the cofactor S-adenosyl-methionine and in complex with S-adenosyl-homocysteine plus the substrate analogue adenosine monophosphate (AMP). RlmJ displays a variant of the Rossmann-like methyltransferase (MTase) fold with an inserted helical subdomain. Binding of cofactor and substrate induces a large shift of the N-terminal motif X tail to make it cover the cofactor binding site and trigger active-site changes in motifs IV and VIII. Adenosine monophosphate binds in a partly accommodated state with the target N6 atom 7 Å away from the sulphur of AdoHcy. The active site of RlmJ with motif IV sequence 164DPPY167 is more similar to DNA m(6)A MTases than to RNA m(6)2A MTases, and structural comparison suggests that RlmJ binds its substrate base similarly to DNA MTases T4Dam and M.TaqI. RlmJ methylates in vitro transcribed 23S rRNA, as well as a minimal substrate corresponding to helix 72, demonstrating independence of previous modifications and tertiary interactions in the RNA substrate. RlmJ displays specificity for adenosine, and mutagenesis experiments demonstrate the critical roles of residues Y4, H6, K18 and D164 in methyl transfer.

摘要

RlmJ 在大肠杆菌核糖体生物发生过程中催化 23S rRNA 的 m(6)A2030 甲基化。在这里,我们呈现了 RlmJ 的apo 形式、与辅因子 S-腺苷甲硫氨酸复合物以及与 S-腺苷同型半胱氨酸加底物类似物腺苷一磷酸(AMP)复合物的晶体结构。RlmJ 显示出罗斯曼样甲基转移酶(MTase)折叠的变体,带有插入的螺旋亚结构域。辅因子和底物的结合诱导 N 端基序 X 尾巴的大幅移动,使其覆盖辅因子结合位点,并触发基序 IV 和 VIII 中的活性位点变化。腺苷一磷酸以部分容纳的状态结合,靶标 N6 原子距离 AdoHcy 的硫原子 7 Å。具有基序 IV 序列 164DPPY167 的 RlmJ 活性位点与 DNA m(6)A MTases 比与 RNA m(6)2A MTases 更相似,结构比较表明 RlmJ 以类似于 DNA MTases T4Dam 和 M.TaqI 的方式结合其底物碱基。RlmJ 在体外转录的 23S rRNA 以及对应于螺旋 72 的最小底物上进行甲基化,证明了 RNA 底物中先前修饰和三级相互作用的独立性。RlmJ 对腺苷具有特异性,突变实验表明残基 Y4、H6、K18 和 D164 在甲基转移中起关键作用。

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