Modifier view of the bacterial ribosome

Abstract

Ribosoomid on imepisikesed masinad, mis valmistavad geenides paikneva informatsiooni alusel valke. Ribosoomid on kõigis elusrakkudes üldehituselt sarnased kuigi detailides on ka palju erinevusi. Ribosoomid on keerulise ehitusega, koosnevad ribonukleiinhappest (rRNA) ja valkudest, kusjuures rRNA moodustab suurema osa ribosoomide massist. Päristuumsete organismide, sealhulgas ka inimeste, ribosoomid on suuremad ja keerulisema ehitusega kui bakterite ribosoomid, ent ribosoomide põhielemendid ja töömehanism on samad kõikides elusolendites. Kuna bakterite uurimine on tehniliselt ja eetiliselt lihtsam, on suurem osa informatsiooni ribosoomide ehituse ja töömehanismi aga ka ribosoomide enda valmistamise kohta saadud just bakteritest. rRNA koosneb pikast ribonukleosiidide (adenosiinist, guanosiinist, uratsiilist ning tsütosiinist) ahelatest. Ribosoomide sünteesimise käigus muudetakse mõningate ribonukleosiidide omadusi spetsiaalsete valkude, modifikatsiooniensüümide, poolt. Muudetud omadustega nukleosiide kutsutakse modifitseeritud nukleosiidideks. Modifitseeritud nukleosiidid esinevad kõikides ribosoomides ning paiknevad ribosoomi talitluse seisukohalt olulistes piirkondades, ent nende tähtsus ribosoomide töö seisukohalt on teadmata. Meie tuvastasime modifikatsiooniensüümi, RlmH, mis on eriline selle poolest, et modifitseerib soolekepikese (Escherichia coli) ribosoomi suurema alamühiku olulises piirkonnas paiknevat pseudouridiini, mis on omakorda modifitseeritud nukleosiid. Lisaks on RlmH huvitav selle poolest, et modifitseerib juba praktiliselt valminud ning võimalik et juba valku tootvat ribosoomi. RlmH on teadaolevalt ainuke valk, mis vajab ribosoomi ühe alamühiku rRNA modifitseerimiseks mõlemat alamühikut. Meie oleme iseloomustanud RlmH töö jaoks vajalikke tingimusi ja oleme selgitanud mehanisme, mis tagavad RlmH valgu erilisuse.

Ribosomes are tiny machines that make proteins using the information stored in genes. The structure and mechanism of ribosomes is similar in all cells, but bacterial and eukaryotic (including human) ribosomes differ in details, eukaryotic ones are bigger, for instance. Ribosomes have a complicated structure; they are made of a large subunit and a small subunit both of which are made of ribonucleic acids (rRNA) and proteins. rRNA gives most of the mass to the ribosomes. Since it is both technically and ethically easier to study bacteria, most of the information about the structure and mechanisms of ribosomes as well as making the ribosomes themselves comes from them. The rRNA molecules are long chains put together of ribonucleosides (adenosine, guanosine, cytidine, and uridine). However, during making of the ribosomes but after the rRNA chain is already put together, some of the nucleosides in the chain are altered by specific proteins called modification enzymes. The altered nucleosides are called modified nucleosides and they are present in important parts of all ribosomes. However, the role of the modified nucleosides is unknown for the most part. We found that that the bacterial (Escherichia coli) modification enzyme RlmH is special because it modifies pseudouridine, which already is a modified nucleoside and is located in a very important part of the large subunit. In addition, RlmH is special because it is the only modification enzyme that requires both subunits of the ribosome to modify rRNA. In fact, RlmH modifies an almost finished ribosome that is possibly already making proteins. We have studied the conditions that RlmH requires to modify the rRNA and the mechanism behind its uniqueness.