БИОХИМИЯ, 2021, том 86, вып. 7, с. 985–995

УДК 577.21

Пространственная структура и РНК-связывающие свойства Lsm-белка из Halobacterium salinarum

© 2021 М.С. Фандо, А.О. Михайлина, Н.В. Леконцева, С.В. Тищенко, А.Д. Никулин *nikulin@vega.protres.ru

Институт белка Российской академии наук, 142290 Пущино, Московская обл., Россия

Поступила в редакцию 09.03.2021
После доработки 13.04.2021
Принята к публикации 13.04.2021

DOI: 10.31857/S0320972521070034

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Lsm-белки, SmAP, четвертичная структура белков, РНК-связывающие свойства белков, малые регуляторные РНК, мрРНК, Halobacterium salinarum.

Аннотация

В настоящей работе определена структура и исследованы РНК-связывающие свойства Lsm-белка археи Halobacterium salinarum, отличительной особенностью которого является короткая петля L4, соединяющая тяжи β3 и β4. Поскольку бактериальные белки семейства Lsm, называемые Hfq, имеют короткую петлю L4 и образуют гексамеры, тогда как Lsm-белки архей, SmAP, имеют длинную петлю L4 и образуют гептамеры, было высказано предположение, что длина петли L4 может влиять на четвертичную структуру белков. Более того, петля L4 прикрывает область SmAP, соответствующую одному из сайтов связывания РНК в белках Hfq и, таким образом, может влиять на РНК-связывающие свойства белка. Наши результаты показывают, что SmAP из H. salinarum формирует гептамеры и обладает теми же РНК-связывающими свойствами, что и гомологичные белки с длинной петлей L4. Следовательно, длина L4 не влияет на количество мономеров в Lsm-белках и на их РНК-связывающие свойства.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 18-04-00222).

Благодарности

Авторы выражают благодарность В. Балобанову (ИБ РАН) за помощь в измерениях, В.В. Врублевской (ИБК РАН ФИЦ ПНЦБИ РАН) за предоставление антител и сотрудникам ИБП РАН ФИЦ ПНЦБИ РАН за предоставление возможности проведения измерений методом поверхностного плазмонного резонанса.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Murina, V. N., and Nikulin, A. D. (2011) RNA-binding Sm-like proteins of bacteria and archaea. Similarity and difference in structure and function, Biochemistry (Moscow), 76, 1434-1449, doi: 10.1134/S0006297911130050.

2. Mura, C., Randolph, P. S., Patterson, J., and Cozen, A. E. (2013) Archaeal and eukaryotic homologs of Hfq, RNA Biol., 10, 636-651, doi: 10.4161/rna.24538.

3. Lekontseva, N. V., Stolboushkina, E. A., and Nikulin, A. D. (2021) Diversity of LSM Family proteins: similarities and differences, Biochemistry (Moscow), 86, S38-S49, doi: 10.1134/S0006297921140042.

4. Sauter, C., Basquin, J., and Suck, D. (2003) Sm-like proteins in Eubacteria: the crystal structure of the Hfq protein from Escherichia coli, Nucleic Acids Res., 31, 4091-4098, doi: 10.1093/nar/gkg480.

5. Sauer, E. (2013) Structure and RNA-binding properties of the bacterial LSm protein Hfq, RNA Biol., 10, 610-618, doi: 10.4161/rna.24201.

6. Sharif, H., and Conti, E. (2013) Architecture of the Lsm1-7-Pat1 complex: a conserved assembly in eukaryotic mRNA turnover, Cell Rep., 5, 283-291, doi: 10.1016/j.celrep.2013.10.004.

7. Zhou, L., Hang, J., Zhou, Y., Wan, R., Lu, G., et al. (2013) Crystal structures of the Lsm complex bound to the 3′-end sequence of U6 small nuclear RNA, Nature, 506, 116-120, doi: 10.1038/nature12803.

8. Roth, A. J., Shuman, S., and Schwer, B. (2018) Defining essential elements and genetic interactions of the yeast Lsm2-8 ring and demonstration that essentiality of Lsm2-8 is bypassed via overexpression of U6 snRNA or the U6 snRNP subunit Prp24, RNA, 24, 853-864, doi: 10.1261/rna.066175.118.

9. Pomeranz Krummel, D. A., Oubridge, C., Leung, A. K. W., Li, J., and Nagai, K. (2009) Crystal structure of human spliceosomal U1 snRNP at 5.5 A resolution, Nature, 458, 475-480, doi: 10.1038/nature07851.

10. Wilusz, C. J., and Wilusz, J. (2005) Eukaryotic Lsm proteins: lessons from bacteria, Nat. Struct. Mol. Biol., 12, 1031-1036, doi: 10.1038/nsmb1037.

11. Nielsen, J. S., Bøggild, A., Andersen, C. B. F. F., Nielsen, G., Boysen, A., et al. (2007) An Hfq-like protein in archaea: crystal structure and functional characterization of the Sm protein from Methanococcus jannaschii, RNA, 13, 2213-2223, doi: 10.1261/rna.689007.

12. Nikulin, A., Mikhailina, A., Lekontseva, N., Balobanov, V., Nikonova, E., and Tishchenko, S. (2017) Characterization of RNA-binding properties of the archaeal Hfq-like protein from Methanococcus jannaschii, J. Biomol. Struct. Dyn., 35, 1615-1628, doi: 10.1080/07391102.2016.1189849.

13. Törö, I., Basquin, J., Teo-Dreher, H., and Suck, D. (2002) Archaeal Sm proteins form heptameric and hexameric complexes: crystal structures of the sm1 and sm2 proteins from the hyperthermophile Archaeoglobus fulgidus, J. Mol. Biol., 320, 129-142, doi: 10.1016/j.biochi.2020.05.001.

14. Kilic, T., Sanglier, S., Van Dorsselaer, A., and Suck, D. (2006) Oligomerization behavior of the archaeal Sm2-type protein from Archaeoglobus fulgidus, Protein Sci., 15, 2310-2317, doi: 10.1016/j.biochi.2020.05.001.

15. Lekontseva, N., Mikhailina, A., Fando, M., Kravchenko, O., Balobanov, V., et al. (2020) Crystal structures and RNA-binding properties of Lsm proteins from archaea Sulfolobus acidocaldarius and Methanococcus vannielii: similarity and difference of the U-binding mode, Biochimie, 175, 1-12, doi: 10.1016/j.biochi.2020.05.001.

16. Balobanov, V., Lekontseva, N., Mikhaylina, A., and Nikulin, A. (2020) Use of fluorescent nucleotides to map RNA-binding sites on protein surface, Methods Mol. Biol., 2113, 251-262, doi: 10.1007/978-1-0716-0278-2_17.

17. Nemchinova, M., Balobanov, V., Nikonova, E., Lekontseva, N., Mikhaylina, A., et al. (2017) An experimental tool to estimate the probability of a nucleotide presence in the crystal structures of the nucleotide–protein complexes, Protein J., 36, 157-165, doi: 10.1016/j.biochi.2020.05.001.

18. Kabsch, W. (2010) XDS, Acta Crystallogr., D66, 125-132, doi: 10.1107/S0907444909047337.

19. Winn, M. D., Ballard, C. C., Cowtan, K. D., Dodson, E. J., Emsley, P., et al. (2011) Overview of the CCP4 suite and current developments, Acta Crystallogr., D67, 235-242, doi: 10.1107/S0907444910045749.

20. Vagin, A., and Lebedev, A. (2015) MoRDa, an automatic molecular replacement pipeline, Acta Crystallogr., A71, s19-s19, doi: 10.1107/S2053273315099672.

21. Afonine, P. V, Grosse-Kunstleve, R. W., Echols, N., Headd, J. J., Moriarty, N. W., et al. (2012) Towards automated crystallographic structure refinement with phenix.refine, Acta Crystallogr., D68, 352-367, doi: 10.1107/S0907444912001308.

22. Adams, P. D., Afonine, P. V., Bunkóczi, G., Chen, V. B., Davis, I. W., et al. (2010) PHENIX: a comprehensive Python-based system for macromolecular structure solution, Acta Crystallogr., D66, 213-221, doi: 10.1107/S0907444909052925.

23. Emsley, P., and Cowtan, K. (2004) Coot: model-building tools for molecular graphics, Acta Crystallogr., D60, 2126-2132, doi: 10.1107/S0907444904019158.

24. Törö, I., Thore, S., Mayer, C., Basquin, J., Séraphin, B., and Suck, D. (2001) RNA binding in an Sm core domain: X-ray structure and functional analysis of an archaeal Sm protein complex, EMBO J., 20, 2293-2303, doi: 10.1093/emboj/20.9.2293.

25. Murina, V., Lekontseva, N., and Nikulin, A. (2013) Hfq binds ribonucleotides in three different RNA-binding sites, Acta Crystallogr., D69, 1504-1513, doi: 10.1107/S090744491301010X.

26. Thore, S., Mayer, C., Sauter, C., Weeks, S., and Suck, D. (2003) Crystal structures of the Pyrococcus abyssi Sm core and its complex with RNA. Common features of RNA binding in archaea and eukarya, J. Biol. Chem., 278, 1239-1247, doi: 10.1074/jbc.M207685200.

27. Mura, C., Phillips, M., Kozhukhovsky, A., and Eisenberg, D. (2003) Structure and assembly of an augmented Sm-like archaeal protein 14-mer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100, 4539-4544, doi: 10.1073/pnas.0538042100.

28. Mura, C., Kozhukhovsky, A., Gingery, M., and Phillips, M. (2003) The oligomerization and ligand-binding properties of Sm-like archaeal proteins (SmAPs), Protein Sci., 12, 832-847, doi: 10.1110/ps.0224703.