movement of residue 290 out of the hydrophobic pocket and toward the active site that is always accompanied by Ser288 in a down conformation and has therefore been designated as out/down. When the conformational change to out/down is modeled into the poliovirus 3Dpol EC structure [8], there is a clear steric clash between the loop and the backbone of the RNA template strand (Fig. 5A). This suggests that the out conformation cannot coexist with RNA in a catalytically competent register and that the observed structural transitions within the loop may be involved in facilitating the movement of RNA through the active site.
Kinetic studies of 3Dpol have shown that, like in other polymerases, the catalytic cycle can be broadly divided into five separate steps [22]. Within these steps, there are typically two conformational changes that flank phosphoryl transfer: the first positions the NTP over the active site, and the second translocates the nucleic acid following catalysis. The viral RNAdependent RNA polymerases have fingers domains that reach across the active site and are tethered to their thumb domains, precluding large-scale fingers domain movements that could act to reposition NTPs for catalysis. These enzymes instead use more subtle conformational changes to close their active sites via a novel structural rearrangement of Motifs A and D that are part of the palm domain [8,23]. The viral RdRPs lack a structural analog of Tyr639 and the fingers domain O-helix motif, making it likely that the molecular details of the translocation mechanism differ considerably from that of DNA-templated polymerases.
Based on our data, we present a model for the structural changes during the poliovirus 3Dpol catalytic cycle wherein the alternate conformations of the 288–292 loop are important for NTP positioning and translocation (Fig. 5B). These conformations also represent plausible intermediates along the six-state catalytic cycle observed in the poliovirus EC structures [8]. The catalytic cycle starts with a loop in the in/up conformation that is found in the original poliovirus 3Dpol apo structure [10], those of all the 3Dpol–NTP complexes [13], and the EC state 1 structures of the ECs [8,21]. Next, Ser288 flips down toward the active site, resulting in the in/down conformation seen in our C290I and C290V single mutants. The Ser288 flip from up to down results in the formation of a hydrogen bond between Ser288 and Asp238 that competes with and weakens the existing hydrogen bond between Asp238 and Asn297, which must be broken to accommodate the NTP in the active site of the EC structure. The transition from in/up to in/down can be interpreted as an intermediate step between the initial NTP-binding event (EC state 2) and the NTP dropping into the catalytically competent closed active site (EC state 3) where the newly formed Ser288–Asp238 hydrogen bond plays a key role in rearranging Motif A for catalysis. The Ser288 flip to down is accompanied by the loss of four hydrogen bonds between the base of the ring finger and the loop itself, as well as the disruption of the salt bridge between Asp177 and Lys61 (Fig. 3A and B). The release of these energetic constraints reflects key changes in the active-site hydrogen bonding geometry that set the stage of catalysis in the EC state 3 structure [8]. After catalysis, the RNA must be translocated in order to reset the active site for the next round of nucleotide addition. We propose that the transition from the in to the out loop conformation is required for this step and that this transition requires the backbone flexibility of the Gly289 residue that is absolutely conserved in RdRPs. The G289A mutation limits backbone flexibility and structurally locks the loop in the in conformation, resulting in translocation-deficient polymerases. Following translocation, the loop must then move from the out/down conformation back to the in/up to reset the enzyme active site for the next round of catalysis.
The data reported herein support this model in that each class of mutants differentially compromises the rate at separate molecular events, leading to the observed effects on single nucleotide incorporation and overall activity. Class I mutants have native-like properties in that they incorporate all three nucleotides in the single nucleotide incorporation assay, yet they display a wide range of activities in the poly(A)-templated elongation assay. Class II mutants are translocation deficient because Gly289 is replaced with alanine, limiting backbone flexibility within the loop and resulting in unambiguous electron density showing loops structurally locked in the in/up conformation. This locking of the loop is a dominant effect in that the hyperactive C290I and C290V mutants lose processive elongation activity when combined with G289A. Class III mutants replace Cys290 with negatively charged amino acids that cannot be buried in the hydrophobic pocket and are characterized by their inability to undergo even a single round of nucleotide addition.
There is also evidence for dynamics of the poliovirus polymerase loop from NMR studies of 3Dpol–RNA complexes in the presence and absence of added NTPs. In a 13C study of methionines, Yang et al. observed that the chemical shift of the Met187 methyl resonance changes significantly upon RNA binding and then more subtly upon nucleotide addition to form a non-productive catalytic complex [24]. Met187 forms one side of the binding pocket for Cys290, and in light of our structural data, the major change in chemical shift upon RNA binding probably reflects a burial of the loop into the pocket. The more subtle change upon NTP addition may be due to closure of the active site in which Ser288 flips from up to down with only minor changes in the positioning of Cys290. It is also noteworthy that Met286, which is diagonally opposite of the pocket from Met187, does not produce an
เคลื่อนที่ของตกค้าง 290 จากกระเป๋า hydrophobic และไป ยังไซต์ใช้งานที่จะตามมา ด้วย Ser288 ใน conformation ลง และจึงถูกกำหนดเป็นเช็ค/ลง เมื่อเปลี่ยนแปลง conformational เคลื่อนออกจะจำลองเป็น poliovirus 3Dpol EC โครงสร้าง [8], มีปะทะ steric ชัดเจนระหว่างลูปและแกนหลักของเดอะสแตรนด์แม่อาร์เอ็นเอ (ของ 5A Fig.) แนะนำว่า conformation ออกไม่สามารถอยู่ร่วมกับอาร์เอ็นเอในการลงทะเบียน catalytically อำนาจ และที่โครงสร้างจะพบความเปลี่ยนแปลงภายในลูปอาจเกี่ยวข้องกับการอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนที่ของอาร์เอ็นเอ โดยใช้ การศึกษาเดิม ๆ ของ 3Dpol ได้แสดงว่า เช่นในอื่น ๆ polymerases รอบตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถทั่วไปแบ่งออกเป็นห้าขั้นตอนแยกต่างหาก [22] ขั้นตอนเหล่านี้ มีอยู่ทั่วแปลง conformational สองที่อยู่ขนาบข้าง phosphoryl โอน: แรกตำแหน่ง NTP ผ่านใช้ และสอง translocates กรดนิวคลีอิกต่อเร่งปฏิกิริยา Polymerases RNAdependent อาร์เอ็นเอไวรัสมีโดเมนมือที่เข้าถึงเว็บไซต์ใช้งานอยู่ และมีคุณของโดเมนนิ้วหัวแม่มือ นิ้วมือขนาดใหญ่ย้ายโดเมนที่สามารถทำการจัดตำแหน่ง NTPs สำหรับเร่งปฏิกิริยา precluding เอนไซม์เหล่านี้เปลี่ยนแปลง conformational ละเอียดที่ใช้แทนการปิดเว็บไซต์การใช้งานผ่าน rearrangement โครงสร้างเป็นนวนิยายของลงและ D ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโดเมนปาล์ม [8,23] RdRPs ไวรัสขาดแบบแอนะล็อกโครงสร้าง Tyr639 และแปลน O เกลียวนิ้วโดเมน ทำให้มีแนวโน้มว่า รายละเอียดของกลไกการสับเปลี่ยนโมเลกุลแตกต่างมากจากดีเอ็นเอ templated polymerases Based on our data, we present a model for the structural changes during the poliovirus 3Dpol catalytic cycle wherein the alternate conformations of the 288–292 loop are important for NTP positioning and translocation (Fig. 5B). These conformations also represent plausible intermediates along the six-state catalytic cycle observed in the poliovirus EC structures [8]. The catalytic cycle starts with a loop in the in/up conformation that is found in the original poliovirus 3Dpol apo structure [10], those of all the 3Dpol–NTP complexes [13], and the EC state 1 structures of the ECs [8,21]. Next, Ser288 flips down toward the active site, resulting in the in/down conformation seen in our C290I and C290V single mutants. The Ser288 flip from up to down results in the formation of a hydrogen bond between Ser288 and Asp238 that competes with and weakens the existing hydrogen bond between Asp238 and Asn297, which must be broken to accommodate the NTP in the active site of the EC structure. The transition from in/up to in/down can be interpreted as an intermediate step between the initial NTP-binding event (EC state 2) and the NTP dropping into the catalytically competent closed active site (EC state 3) where the newly formed Ser288–Asp238 hydrogen bond plays a key role in rearranging Motif A for catalysis. The Ser288 flip to down is accompanied by the loss of four hydrogen bonds between the base of the ring finger and the loop itself, as well as the disruption of the salt bridge between Asp177 and Lys61 (Fig. 3A and B). The release of these energetic constraints reflects key changes in the active-site hydrogen bonding geometry that set the stage of catalysis in the EC state 3 structure [8]. After catalysis, the RNA must be translocated in order to reset the active site for the next round of nucleotide addition. We propose that the transition from the in to the out loop conformation is required for this step and that this transition requires the backbone flexibility of the Gly289 residue that is absolutely conserved in RdRPs. The G289A mutation limits backbone flexibility and structurally locks the loop in the in conformation, resulting in translocation-deficient polymerases. Following translocation, the loop must then move from the out/down conformation back to the in/up to reset the enzyme active site for the next round of catalysis. ข้อมูลรายงานนี้สนับสนุนรูปแบบนี้ในที่แต่ละระดับของสายพันธุ์ differentially ลดระดับในเรื่องอัตราที่แยกเหตุการณ์ระดับโมเลกุล นำไปสู่ผลพบในนิวคลีโอไทด์ที่เดียวกันและกิจกรรมโดยรวม เรียนผมสายพันธุ์มีคุณสมบัติเหมือนเจ้าที่พวกเขารวมทั้งหมดนิวคลีโอไทด์สามในวิเคราะห์ประสานนิวคลีโอไทด์หนึ่ง แต่พวกเขาแสดงความหลากหลายของกิจกรรมในโพลี (A) -templated elongation วิเคราะห์ คลาส II สายพันธุ์มีการสับเปลี่ยนขาดสาร เพราะ Gly289 ถูกแทนที่ ด้วยอะลานีน จำกัดความยืดหยุ่นแกนหลักภายในลูป และเกิดความหนาแน่นอิเล็กตรอนชัดเจนแสดงวนรอบ structurally ล็อกใน conformation/ขึ้น นี้ล็อกลูปเป็นผลหลักที่สายพันธุ์ C290I และ C290V ซุกซนผิดปกติสูญเสียกิจกรรม processive elongation เมื่อรวมกับ G289A สายพันธุ์ระดับ III แทน Cys290 ด้วยคิดค่าธรรมเนียมส่งกรดอะมิโนที่ไม่ฝังอยู่ในกระเป๋า hydrophobic และลักษณะ โดยไม่สามารถรับได้รอบเดียวของนิวคลีโอไทด์เพิ่ม นอกจากนี้ยังมีหลักฐานการของวงการพอลิเมอเรส poliovirus การศึกษา NMR ของ 3Dpol-อาร์เอ็นเอคอมเพล็กซ์ในสถานะและการขาดงานของ NTPs เพิ่ม ในการศึกษา 13C ของ methionines, al. และยางสังเกตว่า กะเคมีของการสั่นพ้อง methyl Met187 เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากอาร์เอ็นเอรวม แล้วเพิ่มเติมรายละเอียดตามนี้นิวคลีโอไทด์เพื่อผลิตผลตัวเร่งปฏิกิริยาที่ซับซ้อน [24] Met187 ฟอร์มด้านหนึ่งของกระเป๋าผูก Cys290 และ เมื่อโครงสร้างข้อมูล การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในกะเคมีเมื่ออาร์เอ็นเอรวมอาจสะท้อนถึงการฝังศพของลูปในกระเป๋า การเปลี่ยนแปลงที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นตาม NTP นี้อาจเป็น เพราะปิดของไซต์ใช้งานอยู่ที่ Ser288 พลิกจากการลงรองแปลงในตำแหน่งของ Cys290 มันยังเป็นที่น่าสังเกตว่า Met286 ซึ่งเป็นแนวทแยงมุมตรงข้ามของกระเป๋าจาก Met187 ไม่ผลิตเป็น
การแปล กรุณารอสักครู่..
