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鉄と同列に切断：リボソームの機能と非酸化的RNA切断
Cutting in-line with iron: ribosomal function and non-oxidative RNA cleavage.
PMID: 32663277 DOI: 10.1093/nar/gkaa586.
抄録
リボソームの構造と機能には、二価の金属カチオンが不可欠である。標準的な実験室条件下で行われたリボソームのこれまでの特性評価では、Mg2+がリボソームの構造と機能の主要なメディエーターとして関与していることが示唆されています。しかし、リボソームが高Fe2+環境下で早期に進化し、高Fe2+環境下に生息する嫌気性嫌気性細菌がFe2+を利用し続けているにもかかわらず、リボソームの補酵素としてFe2+が寄与する可能性はほとんど見落とされてきた。本研究では、(i)Fe2+がRNAをインラインで切断すること、(ii)二価イオンに対する一次インライン速度定数が(iii)低酸素・高Fe2+環境下で培養した細胞からリボソームを精製すると、機能的なリボソームがFe2+と結合していること、(iv)リボソームに結合しているFe2+のごく一部は、周囲の2価の陽イオンと交換できないことを明らかにした。これらの結果は、生化学における鉄の古代の役割を拡大し、鉄の毒性の新たなメカニズムの可能性を浮き彫りにしました。
Divalent metal cations are essential to the structure and function of the ribosome. Previous characterizations of the ribosome performed under standard laboratory conditions have implicated Mg2+ as a primary mediator of ribosomal structure and function. Possible contributions of Fe2+ as a ribosomal cofactor have been largely overlooked, despite the ribosome's early evolution in a high Fe2+ environment, and the continued use of Fe2+ by obligate anaerobes inhabiting high Fe2+ niches. Here, we show that (i) Fe2+ cleaves RNA by in-line cleavage, a non-oxidative mechanism that has not previously been shown experimentally for this metal, (ii) the first-order in-line rate constant with respect to divalent cations is >200 times greater with Fe2+ than with Mg2+, (iii) functional ribosomes are associated with Fe2+ after purification from cells grown under low O2 and high Fe2+ and (iv) a small fraction of Fe2+ that is associated with the ribosome is not exchangeable with surrounding divalent cations, presumably because those ions are tightly coordinated by rRNA and deeply buried in the ribosome. In total, these results expand the ancient role of iron in biochemistry and highlight a possible new mechanism of iron toxicity.
© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.