RNA 7SK 5'ヘアピンの構造変化とHEXIM結合への影響

Structural transitions in the RNA 7SK 5' hairpin and their effect on HEXIM binding.

• Konstantin Röder
• Guillaume Stirnemann
• Anne-Catherine Dock-Bregeon
• David J Wales
• Samuela Pasquali

抄録

7SK RNAは、7SKリボヌクレオタンパク複合体の一部として、正転写伸長因子P-TEFbとの相互作用を介して、RNAポリメラーゼIIによる転写の制御に重要である。この相互作用は、7SK RNAの5'ヘアピン(HP1)にHEXIMが結合することで誘導される。HP1については、これまでに4つの異なる構造モデルが実験的に得られている。ここでは、これらの構造の相対的な安定性、構造間の遷移、変異の影響を計算機的手法を用いて調べた。さらに、その結果を変異結合アッセイに関連して解析し、HEXIMの結合機構を仮定した。その結果、野生型のドミナント構造は、不対ヌクレオチドU40とGAUC/GAUCリピートの塩基対A43-U66を含むトリプレットを示すことがわかった。この構造は、ペプチド認識のための十分な潜在的な結合部位を持つ開いた主要な溝につながる。RNAの配列変異は、異なる構造のアンサンブルの相対的な安定性を変化させる。これらの変化が支配的な構造を変化させた場合、結合親和性は結果的に失われます。

7SK RNA, as part of the 7SK ribonucleoprotein complex, is crucial to the regulation of transcription by RNA-polymerase II, via its interaction with the positive transcription elongation factor P-TEFb. The interaction is induced by binding of the protein HEXIM to the 5' hairpin (HP1) of 7SK RNA. Four distinct structural models have been obtained experimentally for HP1. Here, we employ computational methods to investigate the relative stability of these structures, transitions between them, and the effects of mutations on the observed structural ensembles. We further analyse the results with respect to mutational binding assays, and hypothesize a mechanism for HEXIM binding. Our results indicate that the dominant structure in the wild type exhibits a triplet involving the unpaired nucleotide U40 and the base pair A43-U66 in the GAUC/GAUC repeat. This conformation leads to an open major groove with enough potential binding sites for peptide recognition. Sequence mutations of the RNA change the relative stability of the different structural ensembles. Binding affinity is consequently lost if these changes alter the dominant structure.

© The Author(s) 2019. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.