tRNA koodista eteenpäin

http://hdl.handle.net/10616/41076 (Please use this identifier to cite or link to this item)

Sitaatti Karoliinisen instituutin väitöskirjasta 
Väitöskirjan tekijä on Olof Allne`r
 Termodynaamisia ja dynaamisia näkökohtia proteiinin muodostumisesta  RNA: vaiheen  kautta  Biomolekulaarisia simulaatioita.
Väitöskirja on  esitetty elokuun lopulla tänä vuonna. ja kuuluu biologisten tieteiden ja ravitsemuksn alaan. Suomennan tiivistelmästä jonkin  avainseikan.
LÄHDE: 
Biomolecular simulations, from RNA to protein : thermodynamic and dynamic aspects

Allnér, Olof

Date: 2012-08-24

Location: Sal Månen, Alfreds Nobels Allé 12, Karolinska Institutet, Huddinge.

Time: 10.00 Department: Inst för biovetenskaper och näringslära / Dept of Biosciences and Nutrition
Abstract: TIIVISTELMÄ

• The process of transforming the information stored in the DNA of genes into functional RNA molecules and proteins via transcription and translation is the most fundamental process of all known life.

 KAIKEN TUNNETUN ELÅMÄMUODON FUNDAMENTAALISIN PROSESSI on  geenien DNA-rakenteeseen  pakatun informaation muuntaminen toiminnallisiksi RNA- molekyyleiksi ja proteiineiksi transkriptiolla ja translaatiolla. 

•  Even though these processes involve large macromolecules and dynamics on long time scales they all ultimately rely on atomic level interactions between nucleic acids or amino acids. 

Vaikka  tällaiset prosessit käsittävät suuria makromolekyylejä ja pitkäaikaismitalla mitattavaa    dynamiikkaa niin aivan  perusolemukseltaan  joka  prosessi käyttää atomitason vuorovaikutuksia  nukleiinihappojen tai aminohappojen kesken.

• Only a few experimental techniques are available that can study the large systems involved in atomic detail. 

Nykyisellään on käytettävissä  vain muutama harva sellainen  kokeellinen tekniikka, joka saattaa tutkia  prosesiin osallistuvien suurten  järjestelmien  atomitason  yksityiskohtia.  

• Computer simulations, modeling biological macromolecules, are therefore an important tool in investigating fundamental biological processes. 

Sentakia fundamentaalisten biologisten prosessien tutkimuksissa on tärkeänä työvälineenä  tiekonesimulaatiot, joilla moduloidaan  biologisia  makromolekyylejä.

• In this thesis, Molecular Dynamics (MD) simulations have been used to study the translation of mRNA by tRNA and the function of the regulatory riboswitches. 

 Tämä väitöskirjatyö käytti   molekyylidynaamisia (MD)  simulaatioita tutkitaessa tRNA:n avulla  mRNA translaatiota   ja säätelevien  ribo-vaihteiden  funktioita

• The thesis also covers the improvement of methodology by the development of a new representation of the important Mg2+ ions and an improvement of the understanding of the connection between MD and experimental NMR data.

Tämä työ esittää myös tärkeän  magnesium 2+ jonin  osoittamiseksi kehitetyn menetelmän ja kohentaa ymmärtämystä molekyylidynamiikan ja  kokeellisesti  havaitun nukleaarisen magneettisen resonanssin keskisestä yhteydestä

•  In Paper I, the effect of post transcriptional modifications of the tRNA anti codon on the decoding of mRNA in the ribosome is studied. 

Ensimmäisessä osiossa osoitetaan  tRNA- antikodonin posttranskriptionaalisen modifikaation vaikutusta mRNA:n koodia aukaisevaan  funktioon ribosomissa. 

• All atom MD simulations have been performed of the ribosomal A site with and without modifications present, including extensive free energy calculations. 

Kaikki atomin molekyylidynaamiset simulaatiot  tehtiin  ribosomin A-kohtaan  sekä modifikaatiolla että  modifikaatiotta , vapaat energiat laskettiin myös. 

• The results show two mechanism by which the decoding is affected: The further reach provided by the modifications allows an alternative outer conformation to be formed for the non cognate base pairs, and the modifications results in increased “catalytic” contacts between tRNA, mRNA and the ribosome.

Tulokset osoittivat kaksi tasoa, jossa  koodin aukaisu vaikuttuu
Edelleen modifikaatiolla tutkittuna salliutui alternatiivisen ulkoisen konformaation muodostuminen toisiinsa sopimattomien emäsparien kesken ja modifikaatioista seurasi lisääntyneitä  katalyyttisia kontakteja  tRNA- ja  mRNA muotojen ja ribosomin kesken.

• In Paper II, the folding mechanism of the add A riboswitch is studied under different ionic conditions and with and without the ligand bound. 

 Toisessa osiossa  tutkittiin  lisuke-A ribovaihteen  laskostumismekanismia erilaisissa joniolosuhteissa sekä ligandin kanssa ja ilman ligandia.

• In addition to standard simulations, we simulated the unfolding by umbrella sampling of distance between the L2 and L3 loops.

Standardisimulaatioitten lisäksi simuloitiin laskostumista  "sateenvarjo"-muodostumalla  L2 ja L3 silmukkavälille

•   In the results, no significant effect of Mg2+ or Na+ ion environments or ligand presence can be seen

 Tuloksissa  ei nähty merkitsevää vaikutusta  magnesium  tai natriumjonimiljööstä tai ligandista.

• .But a consistent mechanism with the P3 stem being more flexible than P2 is observed. More data might however be needed to draw general conclusions.

Mutta konsistenttina havaintona oli että P3 varsiosa  oli taipuisampi kuin P2.

• In Paper III, the parameters describe Mg2+ ions in MD simulations are improved by optimizing to kinetic data of the H2O exchange. Data from NMR relaxation experiments was used as optimization goal. The newly developed parameters do not only display better kinetic properties, but also better agreement with experimental structural data.

Kolmannessa osiossa esitetään molekulaaridynaamisten simulaatioitten magnesiumijonia kuvaavien parametrien kohentamista  optimoimalla H2O vaihtumisen kineettiset tiedot.
Tässä käytettiin NMR relaksaatiokokeista  saatuja tietoja ( nuclear magnetic resonance relaxation) optimoimispäämääränä. Vastikään kehitetyt  parametrit ovat kineettisiltä ominaisuuksilta parempia ja pitävät paremmin yhtä kokeellisesti saatujen  strukturellisten tietojen kanssa.

• In Paper IV, the dynamical data, obtained from NMR relaxation experiment of a protein is related to dynamics seen in an MD simulation. The analysis provides important information for the interpretation of experimental data and the development of simulation methods. The results show, among other things, that significant parts of the entropy are not seen by NMR due to a limited time window and inability to account for correlation of motions.

 Neljännessä osiossa verrataan proteiinin  NMR relaksaatiokokeista  saatuja tietoja MD simulaatiossa  nähtyyn dynamiikkaan. Analyysistä saa tärkeää informaatiota  kokeellisten tietojen tulkinnasta  ja simulaatiometodien kehityksestä. Tulokset osoittavat, että muun muassa merkitsevää  osaa entropiasta ei  ole nähtävissä NMR:ssä koska aika-raami on rajallinen eikä pystytä selittämään liikkeitten korreloitumista.
IV. OLOF ALLNÉR and Lennart Nilsson. Motions and Entropies in Proteins as Seen in NMR Relaxation and Molecular Dynamics Simulations, 2012, [Manuscript].

Kommentti: 
MIKÄ on NMR relaksaatio?
 http://en.wikipedia.org/wiki/Relaxation_%28NMR%29
MIKÄ on NMR, nukleaarinen magneettinen resonanssi?
http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_magnetic_resonance

Mitokondrian koodaama tRNA

 Mitokondriaalinrn DNA (mtDNA) peritään äidiltä. 

 Mitokondriaalisesti koodautuneista tRNA lajeista on aika tuore artikkeli  viime syksyltä.

Annu Rev Genet. 2011;45:299-329. Epub 2011 Sep 6. Human mitochondrial tRNAs: biogenesis, function, structural aspects, and diseases.

Suzuki T, Nagao A, Suzuki T. Source Department of Chemistry and Biotechnology, Graduate School of Engineering, University of Tokyo, Tokyo 113-8656, Japan. ts@chembio.t.u-tokyo.ac.jp

Suomennosta tiivistelmästä

Mitochondria are eukaryotic organelles that generate most of the energy in the cell by oxidative phosphorylation (OXPHOS).
 Mitokondria, solun energialaitos, on eukaryoottisissa organelleissa paikka, mikä generoi suurimman osan soluenergiasta oksidatiivisella fosforylaatiolla (OSPHOS)

 Each mitochondrion contains multiple copies of a closed circular double-stranded DNA genome (mtDNA).
 Jokaisessa mitokondriassa on  multippeleita kopioita  suljettuina renkaina esiintyvää  kaksisäikeistä DNA:ta (mt dsDNA)

 Human (mammalian) mtDNA encodes 13 essential subunits of the inner membrane complex responsible for OXPHOS.
 Ihmisen mtDNA koodaa  13 välttämätöntä alayksikköä  vastaamaan OXPHOS- tapahtumasta mitokondrian sisäkalvon kompleksissa.

 These mRNAs are translated by the mitochondrial protein synthesis machinery, which uses the 22 species of mitochondrial tRNAs (mt tRNAs) encoded by mtDNA. 
 Nämä lähettiRNA:t translatoidaan mitokondriaalisella proteiininsynteesikoneistolla, joka käyttää 22 erilaista mitokondriaalista tRNA lajia, jotka ovat mitkondriaalisen DNA:n koodaamia.

The unique structural features of mt tRNAs distinguish them from cytoplasmic tRNAs bearing the canonical cloverleaf structure.
 Mitokondriaalisilla tRNA molekyyleillä on ainutlaatuinen  rakenteensa,
 https://encrypted-tbn3.google.com/images?q=tbn:ANd9GcQbv4ltUnduPf_Ha3l3-nvndoWvqLrFK9LyZCB8Dkpt10LNWBxk4w
 mikä erottaa ne sytoplasmisista tRNA-molekyyleistä, joissa on kanoninen apilanlehtimäinen hahmo.
 http://www.nature.com/scitable/nated/content/ne0000/ne0000/ne0000/ne0000/101825/nrmicro1491-i1_THUMB_0.jpg

 The genes encoding mt tRNAs are highly susceptible to point mutations, which are a primary cause of mitochondrial dysfunction and are associated with a wide range of pathologies. 

 Mitokondriaalisia tRNA molekyylejä koodaavat geenit ovat hyvin alttiita pistemutaatioille, mikä onkin primäärinen syy mitokondrioitten huonontuneeseen toimintaan ja liittyy useisiin tautitiloihin.

A large number of nuclear factors involved in the biogenesis and function of mt tRNAs have been identified and characterized, including processing endonucleases, tRNA-modifying enzymes, and aminoacyl-tRNA synthetases. 
 On tunnistettu  runsaasti tumatekijöitä, jotka osallistuvat mitokondriaalisten tRNA molekyylien biogeneesiin ja toimintaan ja niitä on karakterisoitu, kuten esim  prosessoivia endonukleaaseja, tRNA:ta  modifioivia entsyymejä ja aminohappo-tRNA syntetaaseja (aaRS)


These nuclear factors are also targets of pathogenic mutations linked to various diseases, indicating the functional importance of mt tRNAs for mitochondrial activity.
Mainitut tumatekijöät altistuvat myös patogeenisille mutaatioille ja liityvät eri tauteihin, mikä viittaa mt tRNA molekyylien olevan funktionaalisesti tärkeitä mitokondrian aktiivisuudelle. 

PMID:

21910628

[PubMed - indexed for MEDLINE]

aa-tRNA synteesistä Entsyymin määritelmä

AMINOHAPPO-tRNA  liittymän syntetaasientsyymi


Aminoacyl-tRNA synthetase 

 MÄÄRITELMÄ

Entsyymi, joka aktivoi aminohapon translaatiotapahtumaa varten  muodostamalla AMINOHAPPOADENYLAATIN välituotteena (aa-AMP) ja toisessa vaiheessa linkkiää tämän aktivoidun aminohapon vastaavaan tRNA-molekyyliin, jolloin muodostuu aa-tRNA, (aminoacid tRNA, aminoacyl-tRNA) . Yleinen fakta on että jokaiselle  aminohapolle on oma spesifinen aminoasyyli-tRNAsyntaasi.

Enzyme that activates an amino acid for translation by forming an aminoacyladenylate intermediate and then links this activated amino acid to the corresponding tRNA molecule (amino acid-tRNA, aminoacyl-tRNA). In general, a specific aminoacyl-tRNA synthase is available for each amino acid

		.
Synonyms	Aminoacyl-tRNA synthase,  Aminoasyyli-tRNA syntaasi Aminoacyl-tRNA ligase, Aminoasyyli-tRNA ligaasi Amino acid translase, Aminohappotranslaasi
Category	› Molecular function
GO	› aminoacyl-tRNA ligase activity [ GO:0004812 ]
Graphical