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1.
Mol Cell ; 82(4): 756-769.e8, 2022 02 17.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-35120588

RESUMO

The superkiller (SKI) complex is the cytoplasmic co-factor and regulator of the RNA-degrading exosome. In human cells, the SKI complex functions mainly in co-translational surveillance-decay pathways, and its malfunction is linked to a severe congenital disorder, the trichohepatoenteric syndrome. To obtain insights into the molecular mechanisms regulating the human SKI (hSKI) complex, we structurally characterized several of its functional states in the context of 80S ribosomes and substrate RNA. In a prehydrolytic ATP form, the hSKI complex exhibits a closed conformation with an inherent gating system that effectively traps the 80S-bound RNA into the hSKI2 helicase subunit. When active, hSKI switches to an open conformation in which the gating is released and the RNA 3' end exits the helicase. The emerging picture is that the gatekeeping mechanism and architectural remodeling of hSKI underpin a regulated RNA channeling system that is mechanistically conserved among the cytoplasmic and nuclear helicase-exosome complexes.


Assuntos
Exorribonucleases/metabolismo , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/metabolismo , RNA Helicases/metabolismo , Processamento Pós-Transcricional do RNA , Estabilidade de RNA , RNA/metabolismo , Subunidades Ribossômicas/metabolismo , Trifosfato de Adenosina/metabolismo , Sítios de Ligação , Exorribonucleases/genética , Exorribonucleases/ultraestrutura , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/genética , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/ultraestrutura , Células HEK293 , Humanos , Modelos Moleculares , Conformação de Ácido Nucleico , Conformação Proteica , RNA/genética , RNA/ultraestrutura , RNA Helicases/genética , RNA Helicases/ultraestrutura , Subunidades Ribossômicas/genética , Subunidades Ribossômicas/ultraestrutura , Relação Estrutura-Atividade
2.
Mol Cell ; 81(2): 293-303.e4, 2021 01 21.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33326748

RESUMO

Ribosome assembly is catalyzed by numerous trans-acting factors and coupled with irreversible pre-rRNA processing, driving the pathway toward mature ribosomal subunits. One decisive step early in this progression is removal of the 5' external transcribed spacer (5'-ETS), an RNA extension at the 18S rRNA that is integrated into the huge 90S pre-ribosome structure. Upon endo-nucleolytic cleavage at an internal site, A1, the 5'-ETS is separated from the 18S rRNA and degraded. Here we present biochemical and cryo-electron microscopy analyses that depict the RNA exosome, a major 3'-5' exoribonuclease complex, in a super-complex with the 90S pre-ribosome. The exosome is docked to the 90S through its co-factor Mtr4 helicase, a processive RNA duplex-dismantling helicase, which strategically positions the exosome at the base of 5'-ETS helices H9-H9', which are dislodged in our 90S-exosome structures. These findings suggest a direct role of the exosome in structural remodeling of the 90S pre-ribosome to drive eukaryotic ribosome synthesis.


Assuntos
RNA Helicases DEAD-box/química , Endorribonucleases/química , Exonucleases/química , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/ultraestrutura , RNA Ribossômico 18S/química , Ribossomos/ultraestrutura , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/química , Saccharomyces cerevisiae/genética , Sítios de Ligação , Microscopia Crioeletrônica , RNA Helicases DEAD-box/genética , RNA Helicases DEAD-box/metabolismo , Endorribonucleases/genética , Endorribonucleases/metabolismo , Exonucleases/genética , Exonucleases/metabolismo , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/genética , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/metabolismo , Modelos Moleculares , Ligação Proteica , Biossíntese de Proteínas , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Estabilidade de RNA , RNA Ribossômico 18S/genética , RNA Ribossômico 18S/metabolismo , Ribossomos/genética , Ribossomos/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/genética , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo
3.
Nucleic Acids Res ; 48(21): 11913-11928, 2020 12 02.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-33119769

RESUMO

Given the complexity of intracellular RNA ensembles and vast phenotypic remodeling intrinsic to cellular differentiation, it is instructive to consider the role of RNA regulatory machinery in controlling differentiation. Dynamic post-transcriptional regulation of protein-coding and non-coding transcripts is vital for establishing and maintaining proteomes that enable or oppose differentiation. By contrast to extensively studied transcriptional mechanisms governing differentiation, many questions remain unanswered regarding the involvement of post-transcriptional mechanisms. Through its catalytic activity to selectively process or degrade RNAs, the RNA exosome complex dictates the levels of RNAs comprising multiple RNA classes, thereby regulating chromatin structure, gene expression and differentiation. Although the RNA exosome would be expected to control diverse biological processes, studies to elucidate its biological functions and how it integrates into, or functions in parallel with, cell type-specific transcriptional mechanisms are in their infancy. Mechanistic analyses have demonstrated that the RNA exosome confers expression of a differentiation regulatory receptor tyrosine kinase, downregulates the telomerase RNA component TERC, confers genomic stability and promotes DNA repair, which have considerable physiological and pathological implications. In this review, we address how a broadly operational RNA regulatory complex interfaces with cell type-specific machinery to control cellular differentiation.


Assuntos
Cromatina/química , Eritrócitos/metabolismo , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/metabolismo , Processamento de Proteína Pós-Traducional , RNA Mensageiro/genética , Proteínas de Ligação a RNA/genética , Animais , Diferenciação Celular , Cromatina/metabolismo , Cromatina/ultraestrutura , Reparo do DNA , Eritrócitos/ultraestrutura , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/genética , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/ultraestrutura , Instabilidade Genômica , Células-Tronco Hematopoéticas/metabolismo , Células-Tronco Hematopoéticas/ultraestrutura , Humanos , Camundongos , Especificidade de Órgãos , Subunidades Proteicas/genética , Subunidades Proteicas/metabolismo , RNA Mensageiro/metabolismo , Proteínas de Ligação a RNA/metabolismo
4.
Science ; 360(6385): 219-222, 2018 04 13.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-29519915

RESUMO

The RNA exosome complex processes and degrades a wide range of transcripts, including ribosomal RNAs (rRNAs). We used cryo-electron microscopy to visualize the yeast nuclear exosome holocomplex captured on a precursor large ribosomal subunit (pre-60S) during 7S-to-5.8S rRNA processing. The cofactors of the nuclear exosome are sandwiched between the ribonuclease core complex (Exo-10) and the remodeled "foot" structure of the pre-60S particle, which harbors the 5.8S rRNA precursor. The exosome-associated helicase Mtr4 recognizes the preribosomal substrate by docking to specific sites on the 25S rRNA, captures the 3' extension of the 5.8S rRNA, and channels it toward Exo-10. The structure elucidates how the exosome forms a structural and functional unit together with its massive pre-60S substrate to process rRNA during ribosome maturation.


Assuntos
Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/química , Exossomos/química , Ribossomos/química , Ribossomos/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Núcleo Celular/química , Núcleo Celular/ultraestrutura , Microscopia Crioeletrônica , RNA Helicases DEAD-box/química , RNA Helicases DEAD-box/ultraestrutura , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/ultraestrutura , Exossomos/ultraestrutura , Conformação Proteica , Precursores de RNA/química , Precursores de RNA/ultraestrutura , RNA Ribossômico/química , RNA Ribossômico/ultraestrutura , RNA Ribossômico 5,8S/química , RNA Ribossômico 5,8S/ultraestrutura , Ribossomos/ultraestrutura , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/química , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/ultraestrutura
5.
Science ; 354(6318): 1431-1433, 2016 12 16.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-27980209

RESUMO

Ski2-Ski3-Ski8 (Ski) is a helicase complex functioning with the RNA-degrading exosome to mediate the 3'-5' messenger RNA (mRNA) decay in turnover and quality-control pathways. We report that the Ski complex directly associates with 80S ribosomes presenting a short mRNA 3' overhang. We determined the structure of an endogenous ribosome-Ski complex using cryo-electron microscopy (EM) with a local resolution of the Ski complex ranging from 4 angstroms (Å) in the core to about 10 Å for intrinsically flexible regions. Ribosome binding displaces the autoinhibitory domain of the Ski2 helicase, positioning it in an open conformation near the ribosomal mRNA entry tunnel. We observe that the mRNA 3' overhang is threaded directly from the small ribosomal subunit to the helicase channel of Ski2, primed for ongoing exosome-mediated 3'-5' degradation.


Assuntos
DNA Helicases/ultraestrutura , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/ultraestrutura , Proteínas Nucleares/ultraestrutura , Estabilidade de RNA , Subunidades Ribossômicas Maiores de Eucariotos/ultraestrutura , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/ultraestrutura , Saccharomyces cerevisiae/enzimologia , Microscopia Crioeletrônica , Conformação Proteica , RNA Fúngico/metabolismo , RNA Mensageiro/metabolismo , RNA Ribossômico/metabolismo , Subunidades Ribossômicas Maiores de Eucariotos/enzimologia
6.
Mol Cell ; 64(4): 734-745, 2016 11 17.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-27818140

RESUMO

The eukaryotic RNA exosome is an essential and conserved 3'-to-5' exoribonuclease complex that degrades or processes nearly every class of cellular RNA. The nuclear RNA exosome includes a 9-subunit non-catalytic core that binds Rrp44 (Dis3) and Rrp6 subunits to modulate their processive and distributive 3'-to-5' exoribonuclease activities, respectively. Here we utilize an engineered RNA with two 3' ends to obtain a crystal structure of an 11-subunit nuclear exosome bound to RNA at 3.1 Å. The structure reveals an extended RNA path to Rrp6 that penetrates into the non-catalytic core; contacts between the non-catalytic core and Rrp44, which inhibit exoribonuclease activity; and features of the Rrp44 exoribonuclease site that support its ability to degrade 3' phosphate RNA substrates. Using reconstituted exosome complexes, we show that 3' phosphate RNA is not a substrate for Rrp6 but is readily degraded by Rrp44 in the nuclear exosome.


Assuntos
Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/química , Subunidades Proteicas/metabolismo , RNA Fúngico/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Regulação Alostérica , Motivos de Aminoácidos , Sítios de Ligação , Núcleo Celular/genética , Núcleo Celular/metabolismo , Clonagem Molecular , Cristalografia por Raios X , Escherichia coli/genética , Escherichia coli/metabolismo , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/genética , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/metabolismo , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/ultraestrutura , Expressão Gênica , Modelos Moleculares , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Subunidades Proteicas/química , Subunidades Proteicas/genética , Clivagem do RNA , RNA Fúngico/química , RNA Fúngico/genética , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/genética , Proteínas Recombinantes/metabolismo , Saccharomyces cerevisiae/genética , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/química , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/genética , Especificidade por Substrato , Termodinâmica
7.
Biochem Biophys Res Commun ; 450(1): 634-40, 2014 Jul 18.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-24937447

RESUMO

The RNase D-type 3'-5' exonuclease Rrp6p from Saccharomyces cerevisiae is a nuclear-specific cofactor of the RNA exosome and associates in vivo with Rrp47p (Lrp1p). Here, we show using biochemistry and small-angle X-ray scattering (SAXS) that Rrp6p and Rrp47p associate into a stable, heterodimeric complex with an elongated shape consistent with binding of Rrp47p to the nuclease domain and opposite of the HRDC domain of Rrp6p. Rrp47p reduces the exonucleolytic activity of Rrp6p on both single-stranded and structured RNA substrates without significantly altering the affinity towards RNA or the ability of Rrp6p to degrade RNA secondary structure.


Assuntos
Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Proteínas de Ligação a DNA/ultraestrutura , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/metabolismo , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/ultraestrutura , Proteínas Nucleares/metabolismo , Proteínas Nucleares/ultraestrutura , Proteínas de Ligação a RNA/metabolismo , Proteínas de Ligação a RNA/ultraestrutura , RNA/metabolismo , RNA/ultraestrutura , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/metabolismo , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/ultraestrutura , Sequência de Aminoácidos , Sítios de Ligação , Simulação por Computador , Proteínas de Ligação a DNA/química , Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/química , Modelos Químicos , Modelos Moleculares , Dados de Sequência Molecular , Proteínas Nucleares/química , Ligação Proteica , Conformação Proteica , RNA/química , Proteínas de Ligação a RNA/química , Proteínas de Saccharomyces cerevisiae/química , Espalhamento a Baixo Ângulo , Difração de Raios X
8.
Nanoscale ; 5(6): 2295-9, 2013 Mar 21.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-23426504

RESUMO

Drops of exosome dispersions from healthy epithelial colon cell line and colorectal cancer cells were dried on a superhydrophobic PMMA substrate. The residues were studied by small- and wide-angle X-ray scattering using both a synchrotron radiation micrometric beam and a high-flux table-top X-ray source. Structural differences between healthy and cancerous cells were detected in the lamellar lattices of the exosome macro-aggregates.


Assuntos
Complexo Multienzimático de Ribonucleases do Exossomo/ultraestrutura , Polimetil Metacrilato/química , Linhagem Celular Tumoral , Neoplasias Colorretais , Humanos , Interações Hidrofóbicas e Hidrofílicas , Espalhamento de Radiação , Raios X
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