mini|Strukturvergleich der RNasen H. Rote Kugeln sind die Aminosäuren des aktiven ZentrumsE. coli , T. maritima , B. stearothermophilus , H. sapiens H1 , H. sapiens . mini|Ribonuklease HI von E. coli mini|RNase H2 des Menschen mit Untereinheiten A (hellblau), B (dunkelrot) und C (rosa), violetten Kugeln als die Aminosäuren des aktiven Zentrums und Mutationsstellen (gelb)M. Figiel, H. Chon, S. M. Cerritelli, M. Cybulska, R. J. Crouch, M. Nowotny: The structural and biochemical characterization of human RNase H2 complex reveals the molecular basis for substrate recognition and Aicardi-Goutières syndrome defects. In: Journal of Biological Chemistry. Band 286, Nummer 12, März 2011, S. 10540–10550, , PMID 21177858, . mini|Schema des aktiven Zentrums in HIV-1 RNase H bestehend aus DEDD motiv und Histdine als Base zur Aktivierung des Nukleophils. Ribonuklease H (von Ribonuklease Hybrid, synonym RNase H) ist eine Gruppe von Enzymen (Ribonukleasen), die RNA in DNA-RNA-Hybriden abbauen.

Eigenschaften Sie werden in zwei Gruppen unterteilt, RNase HI (in Bakterien) bzw. RNase H1 (in Eukaryoten) und RNase HII (in Bakterien) bzw. RNase H2 (in Eukaryoten).S. M. Cerritelli, R. J. Crouch: Ribonuclease H: the enzymes in eukaryotes. In: The FEBS journal. Band 276, Nummer 6, März 2009, S. 1494–1505, , PMID 19228196, . Während die RNase HI von Escherichia coli (155 AS, 17.600 Da) und die RNase H1 von Menschen (286 AS, 32.200 Da, und ohne mitochondriale Signalsequenz 260 AS, 29.400 Da) jeweils Monomere sind, ist die RNase HII von E. coli (198 AS, 21.500 Da) monomer und die RNase H2 von Menschen heterotrimer (RNase H2A mit 299 AS und 33.400 Da; RNase H2B mit 308 AS und 34.800 Da; RNase H2C mit 164 AS und 17.800 Da). In wenigen Prokaryoten wird noch eine RNase HIII gebildet.M. Figiel, M. Nowotny: Crystal structure of RNase H3-substrate complex reveals parallel evolution of RNA/DNA hybrid recognition. In: Nucleic acids research. Band 42, Nummer 14, August 2014, S. 9285–9294, , PMID 25016521, . Eine RNase H wird auch vom HIV als Proteindomäne der reversen Transkriptase codiert, die der RNase H1 von Menschen in der Proteinstruktur und im Reaktionsmechanismus ähnelt und notwendig für die Replikation ist.J. F. Davies, Z. Hostomska, Z. Hostomsky, S. R. Jordan, D. A. Matthews: Crystal structure of the ribonuclease H domain of HIV-1 reverse transcriptase. In: Science. Band 252, Nummer 5002, April 1991, S. 88–95, , PMID 1707186.J. Hansen, T. Schulze, W. Mellert, K. Moelling: Identification and characterization of HIV-specific RNase H by monoclonal antibody. In: The EMBO Journal. Band 7, Nummer 1, Januar 1988, S. 239–243, PMID 2452083, .

Mutationen in der menschlichen RNase H2 können zum Aicardi-Goutières-Syndrom führen.Y. J. Crow, A. Leitch, B. E. Hayward, A. Garner, R. Parmar, E. Griffith, M. Ali, C. Semple, J. Aicardi, R. Babul-Hirji, C. Baumann, P. Baxter, E. Bertini, K. E. Chandler, D. Chitayat, D. Cau, C. Déry, E. Fazzi, C. Goizet, M. D. King, J. Klepper, D. Lacombe, G. Lanzi, H. Lyall, M. L. Martínez-Frías, M. Mathieu, C. McKeown, A. Monier, Y. Oade, O. W. Quarrell, C. D. Rittey, R. C. Rogers, A. Sanchis, J. B. Stephenson, U. Tacke, M. Till, J. L. Tolmie, P. Tomlin, T. Voit, B. Weschke, C. G. Woods, P. Lebon, D. T. Bonthron, C. P. Ponting, A. P. Jackson: Mutations in genes encoding ribonuclease H2 subunits cause Aicardi-Goutières syndrome and mimic congenital viral brain infection. In: Nature genetics. Band 38, Nummer 8, August 2006, S. 910–916, , PMID 16845400.

Funktion Ribonukleasen des Typs H kommen in fast allen Lebewesen vor und sind sequenzunspezifische Endonukleasen, welche die Phosphorsäureester-Bindung von RNA in Doppelsträngen von DNA und RNA hydrolysieren, wodurch eine 3'-Hydroxygruppe und eine 5'-Phosphatgruppe entsteht. Die RNase H1 ist an der Replikation der mitochondrialen DNA beteiligt. RNase H1 und H2 sind am Abbau des R-Loop beteiligt.T. Tadokoro, S. Kanaya: Ribonuclease H: molecular diversities, substrate binding domains, and catalytic mechanism of the prokaryotic enzymes. In: The FEBS journal. Band 276, Nummer 6, März 2009, S. 1482–1493, , PMID 19228197. In Prokaryoten und niederen Eukaryoten sind RNasen H nicht essentiell, in höheren Eukaryoten sind sie essentiell. RNase H1 und H2 haben zwar unterschiedliche Substratvorlieben, aber überlappende Funktionen im Mitochondrium.

RNase H1 RNase H1 benötigt als Substrat mindestens vier Ribonukleotide und wird durch Desoxyribonukleotide im gleichen Strang gehemmt. Daher ist es unwahrscheinlich, dass RNase H1 am Abbau der RNA-Primer an den Okazaki-Fragmenten während der DNA-Replikation beteiligt ist. Ein Gen-Knockout der RNase HI in E. coli erzeugt einen temperaturempfindlichen Phänotyp, ist aber nicht letal. In Saccharomyces cerevisiae wird durch einen Gen-Knockout von RNase H1 die Reaktion auf Zellstress gestört und ist ebenfalls nicht letal. In vielen Eukaryoten, einschließlich Säugetiere, besitzt RNase H1 eine mitochondriale Signalsequenz, wodurch es in der Zelle außerhalb des Mitochondriums mit der Signalsequenz und innerhalb des Mitochondriums ohne Signalsequenz vorkommt. Ein Gen-Knockout der RNase H1 in Mäusen ist letal während der Embryogenese aufgrund von gestörter Replikation der mitochondrialen DNA, vermutlich aufgrund des gestörten Abbaus des R-loop.

RNase H2 Die RNase H2 Untereinheit A ist homolog zur RNase HII, während die Untereinheiten B und C kein prokaryotisches Homolog haben und innerhalb der Eukaryoten vergleichsweise stark variieren. Die Untereinheit B vermittelt Protein-Protein-Interaktionen zwischen RNase H2 und PCNA, wodurch RNase H2 an den Ort der DNA-Replikation lokalisiert wird. Prokaryotische RNase HII besitzen im Vergleich zur RNase H2 eine niedrigere Reaktionsrate und werden durch Desoxyribonukleotide am 5'-Ende gehemmt. Die RNase 2 ist zudem an der DNA-Reparatur (nucleotide excision repair) beteiligt, in dem sie falsch eingebaute Ribonukleotide aus DNA entfernt. Im Zellkern von Säugetieren ist die RNase H2 die aktivere RNase H.

RNase HIII In wenigen Prokaryoten wird noch eine RNase III gebildet, die strukturell der RNase II ähnelt, aber im Reaktionsmechanismus der RNase I ähnelt. Während RNase III in Prokaryoten eher vereinzelt vorkommt, ist sie in Archaeen etwas häufiger zu finden und meistens anstelle von RNase HI.

Einzelnachweise

Kategorie:Nuklease Kategorie:Proteingruppe