삼중나선

Triple helix
이 기사는 생물물리학적 현상에 관한 것이다. 관리 개념은 혁신의 3중나선 모델을 참조하십시오.
a molecular model of the collagen triple helix
콜라겐 트리플나선은 세 개의 분리된 단백질 나선형으로 형성된 트리플나선이며, 같은 축을 중심으로 나선형으로 움직인다.

기하학과 생화학 분야에서 트리플나선(plural triple helices)은 같은 축을 가진 세 개의 응축 기하학적 나선형으로 이루어진 집합체로서 축을 따라 번역하는 것에 의해 다르다. 이것은 각각의 나선형들이 중심축으로부터 같은 거리를 유지한다는 것을 의미한다. 단일나선처럼 3중나선은 피치, 직경, 손길이 특징일 수 있다. 트리플 헬리컬의 예로는 트리플렉스 DNA,[1] 트리플렉스 RNA,[2] 콜라겐나선,[3] 콜라겐 같은 단백질 등이 있다.

구조

트리플나선은 세 개의 분리된 나선형으로 이루어져 있기 때문에 그렇게 이름이 붙여졌다. 이들 나선은 각각 같은 축을 공유하지만 각 나선은 축을 중심으로 각도로 번역되기 때문에 같은 공간을 차지하지 않는다. 일반적으로 삼중나선의 정체는 그것을 구성하는 나선형의 종류에 따라 달라진다. 예를 들어 콜라겐 단백질 3 가닥으로 만든 삼중나선은 콜라겐 3중나선이고, 3개의 DNA 가닥으로 만들어진 삼중나선은 DNA 3중나선이다.

다른 유형의 나선형과 마찬가지로 3중 나선은 오른손이나 왼손 등 손이 있다. 오른손잡이 나선은 처음부터 끝까지 시계방향으로 축 주위를 돈다. 왼손잡이 나선은 오른손잡이 나선의 거울상이며, 처음부터 끝까지 시계 반대 방향으로 축 주위를 돈다.[4] 헬리컬 분자의 시작과 끝은 분자의 특정 표지를 기반으로 정의되며 쉽게 변하지 않는다. 예를 들어, 나선 단백질의 시작은 그것의 N 종말이고, DNA의 한 가닥의 시작은 그것의 5의 끝이다.[4]

콜라겐 트리플나선은 각각 3개의 콜라겐 펩타이드로 만들어지며, 각각 왼손용 폴리프로라인나선을 형성한다.[5] 세 개의 체인이 결합하면, 트리플 나선은 오른손 방향성을 채택한다. 콜라겐 펩타이드는 글리-X-Y의 반복으로 구성되며, 두 번째 잔류물(X)은 보통 프로, 세 번째(Y)는 히드록시프로라인이다.[6][5]

DNA 삼중나선은 세 개의 분리된 DNA 가닥으로 구성되며, 각각 나선의 바깥쪽에는 설탕/인산염 등뼈가, 그리고 나선의 안쪽에는 밑부분이 각각 위치한다. 염기들은 삼중나선의 축에 가장 가까운 분자의 부분이고, 등뼈는 축에서 가장 멀리 떨어져 있는 분자의 부분이다. 세 번째 가닥은 비교적 정상적인 이중 DNA의 주요 홈을 차지하고 있다.[7] 3중 DNA의 염기들은 Hoogsteen 염기쌍 구성에 따라 일치하도록 배열되어 있다.[8] 마찬가지로, RNA 삼중 나선은 RNA 듀플렉스와의 수소 결합을 형성하는 단일 좌초 RNA의 결과로서 형성된다; 이중은 왓슨-크릭 베이스 페어링으로 구성되는 반면 세 번째 가닥은 후그스틴 베이스 페어링을 통해 결합된다.[9]

안정화 계수

콜라겐 트리플나선은 안정성을 높이는 몇 가지 특징을 가지고 있다. 프로라인이 글리-X-Y 시퀀스의 Y 위치에 통합되면, 수산화 프로라인으로 변환 후 수정된다.[10] 히드록시프로라인은 물과 우호적인 상호작용을 할 수 있는데, 이는 Y 잔여물이 트리플나선 구조에서 용제로 접근할 수 있기 때문에 트리플나선을 안정화시킨다. 개별 나선은 또한 가닥들 사이에 형성된 아미드-아미드 수소 결합의 광범위한 네트워크에 의해 함께 고정되며, 각 나선은 트리플 나선의 전체 자유 에너지에 약 -2 kcal/mol을 기여한다.[5] 슈퍼히릭스의 형성은 나선 내부에 있는 임계 글리신 잔류물을 보호할 뿐만 아니라 단백질 분해로부터 전체 단백질을 보호한다.[6]

삼중나선 DNA와 RNA는 이중나선 DNA 나선체를 안정시키는 많은 동일한 힘에 의해 안정화된다. 나선의 내부를 향한 뉴클레오티드 베이스는 축에 더 가까우며, 베이스는 다른 베이스와 수소 결합을 한다. 중앙에 접합된 베이스는 물을 배제하기 때문에 소수성 효과는 특히 DNA 삼중 나선의 안정화에 중요하다.[4]

생물학적 역할

단백질

콜라겐 슈퍼 패밀리의 구성원들은 세포외 기질의 주요 원인이다. 3중 나선 구조는 인장응력에 큰 저항을 주어 콜라겐 섬유에 강도와 안정성을 제공한다. 콜라겐 섬유의 경직성은 대부분의 기계적 스트레스를 견딜 수 있는 중요한 요소로, 대뇌 분자 이동과 전신 구조 지지에 이상적인 단백질이 된다.[6]

DNA

이중 가닥 DNA의 긴 분자를 가진 트리플렉스 형성을 위해 결합할 수 있는 트리플트 형성 올리고뉴클레오티드(TFO)라고 불리는 일부 올리고뉴클레오티드 시퀀스가 있다; TFO는 유전자를 비활성화하거나 돌연변이를 유도하는 것을 도울 수 있다.[7] TFO는 더 큰 분자의 특정 부위에만 결합할 수 있으므로, 연구자들은 먼저 TFO가 관심 유전자와 결합할 수 있는지 여부를 결정해야 한다.

RNA

최근 몇 년 동안 삼중수소 RNA의 생물학적 기능에 대한 연구가 활발해졌다. 일부 역할에는 안정성 향상, 번역, 리간드 결합에 대한 영향, 촉매제가 포함된다. 리간드 결합이 삼중나선의 영향을 받는 한 예는 SAM-II 리보스위치에서 삼중나선이 S-adenosylmethionine(SAM)을 고유하게 수용하는 결합 부지를 만드는 것이다.[9] DNA(telomerres)의 꼬리 끝 복제를 담당하는 리보뉴클레오프로테아제 복합 텔로머레이즈에는 적절한 텔로머레이즈 기능을 위해 필요하다고 여겨지는 트리플렉스 RNA도 들어 있다.[9][11] PAN과 MALAT1 장비코딩 RNA의 3의 끝에 있는 트리플나선은 바이러스성 병원체 및 다중 인간 암에서 그들의 기능에 영향을 미치는 데데닐화로부터 폴리(A) 꼬리를 보호함으로써 RNA를 안정화시키는 역할을 한다.[9][12] 또한, RNA 삼중 나선은 폴리(A) 꼬리 3' 끝 바인딩 포켓의 형성에 의해 mRNA를 안정시킬 수 있다.[13]

참조

  1. ^ Bernués J, Azorín F (1995). "Triple-stranded DNA.". Nucleic Acids and Molecular Biology. Vol. 9. Berlin, Heidelberg: Springer. pp. 1–21. doi:10.1007/978-3-642-79488-9_1. ISBN 978-3-642-79490-2.
  2. ^ Buske FA, Mattick JS, Bailey TL (May 2011). "Potential in vivo roles of nucleic acid triple-helices". RNA Biology. 8 (3): 427–39. doi:10.4161/rna.8.3.14999. PMC 3218511. PMID 21525785.
  3. ^ Bächinger HP (2005-05-03). Collagen: Primer in Structure, Processing and Assembly. Springer Science & Business Media. ISBN 9783540232728.
  4. ^ a b c John, Kuriyan (2012-07-25). The molecules of life : physical and chemical principles. Konforti, Boyana,, Wemmer, David. New York. ISBN 9780815341888. OCLC 779577263.
  5. ^ a b c Shoulders MD, Raines RT (2009). "Collagen structure and stability". Annual Review of Biochemistry. 78: 929–58. doi:10.1146/annurev.biochem.77.032207.120833. PMC 2846778. PMID 19344236.
  6. ^ a b c Fidler AL, Boudko SP, Rokas A, Hudson BG (April 2018). "The triple helix of collagens - an ancient protein structure that enabled animal multicellularity and tissue evolution". Journal of Cell Science. 131 (7): jcs203950. doi:10.1242/jcs.203950. PMC 5963836. PMID 29632050.
  7. ^ a b Jain A, Wang G, Vasquez KM (August 2008). "DNA triple helices: biological consequences and therapeutic potential". Biochimie. 90 (8): 1117–30. doi:10.1016/j.biochi.2008.02.011. PMC 2586808. PMID 18331847.
  8. ^ Duca M, Vekhoff P, Oussedik K, Halby L, Arimondo PB (September 2008). "The triple helix: 50 years later, the outcome". Nucleic Acids Research. 36 (16): 5123–38. doi:10.1093/nar/gkn493. PMC 2532714. PMID 18676453.
  9. ^ a b c d Conrad NK (2014). "The emerging role of triple helices in RNA biology". Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA. 5 (1): 15–29. doi:10.1002/wrna.1194. PMC 4721660. PMID 24115594.
  10. ^ Brodsky B, Persikov AV (2005-01-01). "Molecular structure of the collagen triple helix". Advances in Protein Chemistry. 70: 301–39. doi:10.1016/S0065-3233(05)70009-7. ISBN 9780120342709. PMID 15837519.
  11. ^ Theimer CA, Blois CA, Feigon J (March 2005). "Structure of the human telomerase RNA pseudoknot reveals conserved tertiary interactions essential for function". Molecular Cell. 17 (5): 671–82. doi:10.1016/j.molcel.2005.01.017. PMID 15749017.
  12. ^ Brown JA, Bulkley D, Wang J, Valenstein ML, Yario TA, Steitz TA, Steitz JA (July 2014). "Structural insights into the stabilization of MALAT1 noncoding RNA by a bipartite triple helix". Nature Structural & Molecular Biology. 21 (7): 633–40. doi:10.1038/nsmb.2844. PMC 4096706. PMID 24952594.
  13. ^ Torabi, Seyed-Fakhreddin; Vaidya, Anand T.; Tycowski, Kazimierz T.; DeGregorio, Suzanne J.; Wang, Jimin; Shu, Mei-Di; Steitz, Thomas A.; Steitz, Joan A. (2021-01-07). "RNA stabilization by a poly(A) tail 3ʹ-end binding pocket and other modes of poly(A)-RNA interaction". Science. doi:10.1126/science.abe6523. ISSN 0036-8075. PMID 33414189.