7SK小核RNAの5'ヘアピンがカバーするダイナミックな風景の異なるビュー

Different views of the dynamic landscape covered by the 5'-hairpin of the 7SK small nuclear RNA.

• Karl Brillet
• Denise Martinez-Zapien
• Guillaume Bec
• Eric Ennifar
• Anne-Catherine Dock-Bregeon
• Isabelle Lebars

抄録

7SK小核RNA（7SKsnRNA）は、7SKリボ核タンパク質複合体（7SKsnRNP）内の正転写伸長因子b（P-TEFb）を隔離して阻害することにより、RNAポリメラーゼIIの制御に重要な役割を果たしている（HEXIMタンパク質との相互作用によるプロセス）。Ｐ-ＴＥＦｂはまた、ヒト免疫不全ウイルス（ＨＩＶ-１）の感染サイクルにおけるウイルスＲＮＡの複製を確実にするために、ウイルスタンパク質Ｔａｔによってリクルートされた必須の細胞因子でもある。Tatは、7SKsnRNAの5'ヘアピンからHEXIMを変位させることにより、7SKsnRNPからのP-TEFbの放出とそれに続く転写の活性化を促進する。このヘアピン（HP1）は、7SKsnRNAのシグネチャー配列を構成しており、これまでに3つの独立した構造研究が行われてきましたが、その目的は、2つのタンパク質がアルギニンリッチモチーフ（ARM）に依存して認識を駆動する構造的特徴を明らかにすることでした。興味深いことに、4つの異なる構造が決定されました。この汎用性の高いRNAの構造と機能の関係を包括的に理解するため、ここではモデルの構造解析を行い、HP1がどのようにして分子のコンパクトさに大きな影響を与えながら、異なる構造を採用できるかを明らかにした。これらのモデルはNMRと結晶構造解析によって異なる条件で解かれているため、緩衝液の組成がコンフォメーションの変化に与える影響を生物物理学的なアプローチを用いて調べた。最後に、等温滴定熱量測定法を用いて、Tat-ARM および HEXIM-ARM ペプチドと RNA との相互作用の熱力学的特徴を決定し、それらが異なる結合機構と関連していることを示した。

The 7SK small nuclear RNA (7SKsnRNA) plays a key role in the regulation of RNA polymerase II by sequestrating and inhibiting the positive transcription elongation factor b (P-TEFb) in the 7SK ribonucleoprotein complex (7SKsnRNP), a process mediated by interaction with the protein HEXIM. P-TEFb is also an essential cellular factor recruited by the viral protein Tat to ensure the replication of the viral RNA in the infection cycle of the human immunodeficiency virus (HIV-1). Tat promotes the release of P-TEFb from the 7SKsnRNP and subsequent activation of transcription, by displacing HEXIM from the 5'-hairpin of the 7SKsnRNA. This hairpin (HP1), comprising the signature sequence of the 7SKsnRNA, has been the subject of three independent structural studies aiming at identifying the structural features that could drive the recognition by the two proteins, both depending on Arginine Rich Motifs (ARM). Interestingly, four distinct structures were determined. In an attempt to provide a comprehensive view of the structure-function relationship of this versatile RNA, we present here a structural analysis of the models, highlighting how HP1 is able to adopt distinct conformations with significant impact on the compactness of the molecule. Since these models are solved under different conditions by NMR and crystallography, the impact of the buffer composition on the conformational variation was investigated by complementary biophysical approaches. Finally, using Isothermal Titration Calorimetry, we determined the thermodynamic signatures of the Tat-ARM and HEXIM-ARM peptide interactions with the RNA, showing that they are associated with distinct binding mechanisms.

Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press for the RNA Society.