古細菌のRNA処理機械：β-CASPファミリーの5'-3'エキソリボヌクレアーゼaRNase Jは、ヘリカーゼASH-Ski2と3'-5'エキソリボヌクレアーゼRNAエキソソソーム機械に特異的に関与している

RNA processing machineries in Archaea: the 5'-3' exoribonuclease aRNase J of the β-CASP family is engaged specifically with the helicase ASH-Ski2 and the 3'-5' exoribonucleolytic RNA exosome machinery.

• Duy Khanh Phung
• Clarisse Etienne
• Manon Batista
• Petra Langendijk-Genevaux
• Yann Moalic
• Sébastien Laurent
• Sophie Liuu
• Violette Morales
• Mohamed Jebbar
• Gwennaele Fichant
• Marie Bouvier
• Didier Flament
• Béatrice Clouet-d'Orval

抄録

RNA ヘリカーゼ、エンドリボヌクレアーゼ、エキソリボヌクレアーゼのネットワークは、細胞内の RNA の量と質を制御している。これまでのメカニズム研究では、古細菌や真核生物を対象とした研究が行われてきたが、その理由は、古細菌におけるRNAの崩壊と処理の主な原因を特定することが課題であったからである。本研究では、アルキアに保存されているβ-CASPファミリーの5'-3'エキソリボヌクレアーゼであるaRNase Jが、Ski2様ヘリカーゼとRNAエキソソームに特異的に結合し、リボソーム近傍でRNAの監視を制御することを明らかにした。また、プロテオームランドスケープとタンパク質間相互作用の直接的な解析を行った結果、aRNase JはASH-Ski2やキャップエクソソームサブユニットと相互作用していることが明らかになった。最後に、Thermococcus barophilusの全細胞抽出物の分画実験は、aRNase J/ASH-Ski2複合体が生体内に存在する可能性を示す証拠となり、ASH-Ski2が存在しない場合に強調されるリボソームとaRNase Jの関連性を示唆しています。aRNase Jの相同体はバクテリアの間で見られるが、RNAエキソソームとSki2様RNAヘリカーゼは真核生物の相同体であり、古細菌のRNAマシンのモザイク的な側面を強調している。以上のことから、古細菌のRNA代謝にはβ-CASP RNase/helicase複合体が基本的な役割を果たしていることが示唆された。

A network of RNA helicases, endoribonucleases and exoribonucleases regulates the quantity and quality of cellular RNAs. To date, mechanistic studies focussed on bacterial and eukaryal systems due to the challenge of identifying the main drivers of RNA decay and processing in Archaea. Here, our data support that aRNase J, a 5'-3' exoribonuclease of the β-CASP family conserved in Euryarchaeota, engages specifically with a Ski2-like helicase and the RNA exosome to potentially exert control over RNA surveillance, at the vicinity of the ribosome. Proteomic landscapes and direct protein-protein interaction analyses, strengthened by comprehensive phylogenomic studies demonstrated that aRNase J interplay with ASH-Ski2 and a cap exosome subunit. Finally, Thermococcus barophilus whole-cell extract fractionation experiments provide evidences that an aRNase J/ASH-Ski2 complex might exist in vivo and hint at an association of aRNase J with the ribosome that is emphasised in absence of ASH-Ski2. Whilst aRNase J homologues are found among bacteria, the RNA exosome and the Ski2-like RNA helicase have eukaryotic homologues, underlining the mosaic aspect of archaeal RNA machines. Altogether, these results suggest a fundamental role of β-CASP RNase/helicase complex in archaeal RNA metabolism.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.