In vitro selection was used to isolate $Mg^{2+}$-dependent self-cleaving ribozymes with cis-cleavage activity from a pre-tRNA library having 40-mer random sequences attached to 5'-end of E. coli $tRNA^{Phe}$. After 8 rounds of SELEX (Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment), RNA molecules which can self-cleave at the high concentration of $Mg^{2+}$ were isolated. The selected ribozymes can carry out the self-cleavage reaction in the presence of 100 mM $Mg^{2+}$ but not in 10 mM $Mg^{2+}$. The cleavage sites of the ribozymes are located at +3 and +4 of $tRNA^{Phe}$, compared with +1 position of 5'-end cleavage site of pre-tRNA by RNase P. New RNA constructs deprived of its D stem-loop, anticodon stem-loop, variable loop and T stem-loop, respectively showed the cleavage specificity identical to a ribozyme having the intact tRNA structure. Also, the new ribozyme fused with both a ribozyme and $tRNA^{Leu}$ showed the cleavage activities at the various sites within its sequences, different from two sites of position +3 and +4 observed in the ribozyme with $tRNA^{Phe}$. Our results suggest that the selected ribozyme is not structural-specific for tRNA.
M1 RNA, the catalytic subunit of Escherichia coli RNase P, is an essential ribozyme that processes the 5' leader sequence of tRNA precursors (ptRNAs). Using KS2003, an E. coli strain generating only low levels of M1 RNA, which showed growth defects, we examined whether M1 RNA is involved in polycistronic mRNA processing or degradation. Microarray analysis of total RNA from KS2003 revealed six polycistronic operon mRNAs (acpP-fabF, cysDNC, flgAMN, lepAB, phoPQ, and puuCBE) showing large differences in expression between the adjacent genes in the same mRNA transcript compared with the KS2001 wild type strain. Model substrates spanning an adjacent pair of genes for each polycistronic mRNA were tested for RNase P cleavage in vitro. Five model RNAs (cysNC, flgMN, lepAB, phoPQ, and puuBE) were cleaved by RNase P holoenzyme but not by M1 RNA alone. However, the cleavages occurred at non-ptRNA-like cleavage sites, with much less efficiency than the cleavage of ptRNA. Since cleavage products generated by RNase P from a polycistronic mRNA can have different in vivo stabilities, our results suggest that RNase P cleavage may lead to differential expression of each cistron.
In animals, microRNAs (miRNAs) and small interfering RNAs (siRNAs) repress expression of protein coding genes by assembling distinct RNA-induced silencing complexes (RISCs). It has previously been shown that passenger-strand cleavage is the predominant mechanism when siRNA duplexes are loaded into Argonaute2 (Ago2)-containing RISC, while an unwinding bypass mechanism is favored for miRNA duplexes with mismatches. Here I present experimental data indicating that some mammalian miRNAs are assembled into Ago2-containing RISC by cleaving their corresponding miRNA star strands. This phenomenon may depend on the secondary structure near the scissile phosphate of the miRNA duplex. In addition, I show that ATP is not required for star-strand cleavage in this process. Taken together, the data here provide insight into the miRNA-loading mechanisms in mammals.
The LRV1-4 capsid protein possesses an endoribonuclease activity that is responsible for the single site-specific cleavage in the 5' untranslated region (UTR) of its own viral RNA genome and the formation of a conserved stem-loop structure (stem-loop IV) in the UTR is essential for the accurate RNA cleavage by the capsid protein. To delineate the nucleotide sequences, which are essential for the correct formation of the stem-loop structure for the accurate RNA cleavage by the viral capsid protein, a wildtype minimal RNA transcript (RNA 5' 249-342) and several synthetic RNA transcripts encoding point-mutations in the stem-loop region were generated in an in vitro transcription system, and used as substrates for the RNA cleavage assay and RNase mapping studies. When the RNA 5' 249-342 transcript was subjected to RNase T1 and A mapping studies, the results showed that the predicted RNA secondary structure in the stem-loop region using FOLD analysis only existed in the presence of Mg$\^$2+/ ions, suggesting that the metal ion stabilizes the stem-loop structure of the substrate RNA in solution. When point-mutated RNA substrates were used in the RNA cleavage assay and RNase T1 mapping study, the specific nucleotide sequences in the stem-loop region were not required for the accurate RNA cleavage by the viral capsid protein, but the formation of a stem-loop like structure in a region (nucleotides from 267 to 287) stabilized by Mg$\^$2+/ ions was critical for the accurate RNA cleavage. The RNase T1 mapping and EMSA studies revealed that the Ca$\^$2+/ and Mn$\^$2+/ ions, among the reagents tested, could change the mobility of the substrate RNA 5' 249-342 on a gel similarly to that of Mg$\^$2+/ ions, but only Ca$\^$2+/ ions identically showed the stabilizing effect of Mg$\^$2+/ ions on the stem-loop structure, suggesting that binding of the metal ions (Mg$\^$2+/ or Ca$\^$2+/) onto the RNA substrate in solution causes change and stabilization of the RNA stem-loop structure, and only the substrate RNA with a rigid stem-loop structure in the essential region can be accurately cleaved by the LRV1-4 viral capsid protein.
Kim, Sang-Bumn;Cho, Bong-Rae;Lee, Young-Hoon;Park, In-Won
BMB Reports
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v.29
no.2
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pp.133-136
/
1996
The affinity cleavage reagent Methidiumpropyl-EDTA-Iron(II) is applied to the structural analysis of 5S rRNA. Analysis of cleavage sites induced by MPE-Fe(II) on 5S rRNA shows that MPE intercalates easily between the unstable base pairs or into the bulges, thereby it strongly cuts the nucleosides nearby. The stable helical stems A, B, D and E as well as loop d are weakly cut. Most of the single-stranded loops are not cleaved. Based on the cleavage pattern of the 5S rRNA by MPE-Fe(II) and RNase V1, we suggest that MPE-Fe(II) may be used as a potential chemical probe in searching for the unstable helical regions of RNA, and for the sequences that appear to be involved in folding and distorting 5S rRNA.
MicroRNAs (miRNAs) are a large family of post-transcriptional regulators, which are 21-24 nt in length and play a role in a wide variety of biological processes in eukaryotes. The past few years have seen rapid progress in our understanding of miRNA biogenesis and the mechanism of action, which commonly entails a combination of target degradation and translational repression. The target degradation mediated by Argonaute-catalyzed endonucleolytic cleavage exerts a significant repressive effect on target mRNA expression, particularly during rapid developmental transitions. This review outlines the current understanding of the mechanistic aspects of this important process and discusses several different experimental approaches to identify miRNA cleavage targets.
Kim, Ki-Sun;Choi, Woo-Hyung;Gong, Soo-Jeong;Oh, Sang-taek;Kim, Jae-Hyun;Kim, Dong-Eun
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.27
no.5
/
pp.657-662
/
2006
Identification of accessible sites in targeted RNAs is a major limitation to the effectiveness of antisense oligonucleotides. A class of antisense oligodeoxynucleotides, known as the “10-23” DNA enzyme or DNAzyme, which is a small catalytic DNA, has been shown to efficiently cleave target RNA at purine-pyrimidine junctions in vitro. We have designed a strategy to identify accessible cleavage sites in the target RNA, which is hepatitis C virus nonstructural gene 3 (HCV NS3) RNA that encodes viral helicase and protease, from a pool of random DNAzyme library. A pool of DNAzymes of 58 nucleotides-length that possess randomized annealing arms, catalytic core sequence, and fixed 5'/3'-end flanking sequences was designed and screened for their ability to cleave the target RNA. The screening procedure, which includes binding of DNAzyme pool to the target RNA under inactive condition, selection and amplification of active DNAzymes, incubation of the selected DNAzymes with the target RNA, and target site identification on sequencing gels, identified 16 potential cleavage sites in the target RNA. Corresponding DNAzymes were constructed for the selected target sites and were tested for RNA-cleavage in terms of kinetics and accessibility. These selected DNAzymes were effective in cleaving the target RNA in the presence of $Mg^{2+}$. This strategy can be applicable to identify accessible sites in any target RNA for antisense oligonucleotides-based gene inactivation methods.
Previous work has identified a Streptomyces coelicolor gene, rns, encoding a 140 kDa protein (RNase ES) that exhibits the endoribonucleolytic cleavage specificity characteristic of RNase E and confers viability on and allows the propagation of E. coli cells lacking RNase E. Here, we identify a putative S. coelicolor 9S rRNA sequence and sites cleaved by RNase ES. The cleavage of the S. coelicolor 9S rRNA transcript by RNase ES resulted in a 5S rRNA precursor (p5S) that had four and two additional nucleotides at the 5' end and 3' ends of the mature 5S rRNA, respectively. However, despite the similarities between RNase E and RNase ES, these enzymes could accurately process 9S rRNA from just their own bacteria, indicating that these ancient enzymes and the rRNA segments that they attack appear to have co-evolved.
The recognition and cleavage of 5S rRNA from P. alcaligenes by metallopeptides to the form $Ni(II){\cdot}Gly$-Gly-His(Arg)COOH and $Cu(II){\cdot}Gly$-Gly-His(Arg)COOH were investigated. The results of RNA cleavage analyses suggest that metallopeptides selectively target the unpaired or unstably paired bases of stem-loop structure of 5S rRNA. The selectivity of metallopeptides was little affected by the species of metal ion, Ni(II) or Cu(II). When the result of cleavage by metallopeptides was compared with that of by metal complexes M(II)CR, the recognition by metallopeptides was more selective and structure specific. The cleavage data by metallopeptides and other metal complexes were used to probe the secondary structure of 5S rRNA from P. alcaligenes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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