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RNA abhangige RNA Polymerasen englisch RNA dependent RNA polymerase RdRP oder RDR sind Enzyme die als Polymerasen die Synthese von Ribonukleinsauren RNA aus Ribonukleotiden katalysieren anhand einer RNA Vorlage RNA dependent Sie werden auch als RNA Replikase bezeichnet soweit sie anhand eines RNA Strangs eine hierzu komplementare RNA aufbauen und diese wiederum als Matrize zur Vervielfaltigung nutzen konnen RNA abhangige RNA PolymeraseBanderdarstellung der RNA abhangigen RNA Polymerase nach PDB 5H0RBezeichnerExterne IDs CAS Nummer 9026 28 2EnzymklassifikationEC Kategorie 2 7 7 48 TransferaseSubstrat Nukleosidtriphosphat RNAnProdukte Diphosphat RNAn 1Bei verschiedenen RNA Viren ist eine RdRP zur Vermehrung ihrer Erbinformation erforderlich etwa beim Poliovirus In eukaryotischen Zellen von Tieren Pflanzen und Pilzen dienen RdRP dagegen im Zuge der RNA Interferenz dem Aufbau doppelstrangiger RNA die anschliessend abgebaut wird derart konnen sie auch der Abwehr einer Infektion mit RNA Viren nutzlich sein RNA abhangige RNA Polymerasen sind eine Gruppe der RNA Polymerasen eine andere sind DNA abhangige RNA Polymerasen wie sie zur Transkription von DNA Abschnitten benotigt werden Daneben gibt es unabhangige RNA Polymerasen so bei der Polyadenylierung Inhaltsverzeichnis 1 Eigenschaften 2 Geschichte 3 Struktur 4 Klassifizierung 5 EinzelnachweiseEigenschaften BearbeitenDie RNA dependente RNA Polymerase RdRP ist in RNA Viren ein essenzielles Protein das in Genomen von Viren codiert ist die RNA und keine DNA beinhalten 1 2 Es katalysiert die Synthese eines RNA Stranges komplementar zu einer anderen RNA Matrize Die Replikation der RNA ist ein zweistufiger Prozess Die Initiation der RNA Synthese beginnt am oder in der Nahe des 3 Endes durch einen Primer unabhangigen de novo oder Primer abhangigen Mechanismus der das Protein VPg viral protein genome linked als Primer benutzt Die de novo Initiation besteht aus dem Anhangen eines Nukleosidtriphosphats am 3 OH Ende des ersten initiierenden NTP Wahrend der Elongation wird der Nukleotidyltransfer von NTPs wiederholt um einen komplementaren RNA Strang zu generieren 3 4 Im Gegensatz zu viralen DNA Polymerasen besitzen RdRP keine Korrekturfunktion und replizieren daher RNA mit einer deutlich hoherer Mutationsrate 5 Dies aussert sich sowohl in einem hoheren Anteil defekter Kopien als auch in der Bildung von Quasispezies was eine Immunantwort erschwert Immunevasion 6 Die RdRP vieler Eukaryoten sind in der RNA Interferenz involviert diese amplifizieren microRNA und small temporal RNA und produzieren mithilfe von siRNA als Primer doppelstrangige RNA 7 Geschichte BearbeitenVirale RdRP wurden in den fruhen 1960er Jahren anhand der Studien uber das Mengovirus und Poliovirus entdeckt als beobachtet wurde dass die RdRP beinhaltenden Viren keine Reaktion gegenuber Actinomycin D aufzeigten ein Zytostatikum das die zellulare DNA abhangige RNA Synthese hemmt Anhand dieser fehlenden Reaktion wurde vermutet dass ein virusspezifisches Enzym vorhanden sein muss das die RNA anhand einer RNA Vorlage und nicht mittels einer DNA Vorlage synthetisiert Die bekannteste RdRP ist die des Poliovirus Das virale Genom besteht aus RNA die mithilfe der rezeptorvermittelten Endozytose in die Zelle gelangt Von dort aus ist die RNA unmittelbar in der Lage als Vorlage fur die komplementare RNA Synthese zu dienen Der komplementare Strang ist dann selbst in der Lage als Vorlage fur die Produktion neuer viraler Genome zu wirken die weiter verpackt und aus der Zelle freigesetzt werden um mehr Wirtszellen zu infizieren Der Vorteil dieser Methode der Replikation ist dass keine DNA als Zwischenstufe gebildet wird und somit die Reaktion schneller und effizienter ablauft Der Nachteil besteht darin dass es keine Sicherheits DNA Kopie gibt die im Falle eines Informationsverlusts die Informationen erneut abrufbar machen kann Viele RdRP befinden sich eng an Membranen und sind deshalb schwer zu erforschen Die bekanntesten RdRP sind 3Dpol Poliovirus VSIV L Vesicular stomatitis virus und NS5B Hepatitis C Virus Struktur BearbeitenAlle RNA abhangigen RNA Polymerasen und viele DNA abhangige Polymerasen besitzen eine Tertiarstruktur die der Gestalt einer rechten Hand gleicht Die Domanen der Enzyme werden deshalb in Finger Handflache und Daumen unterteilt 8 Nur die Handflache besteht aus einem vierstrangigen antiparallelen b Faltblatt mit zwei a Helices Ausserdem umfasst die Handflache drei gut konservierte Motive A B und C Motiv A D x 4 5 D und Motiv C GDD befinden sich raumlich nebeneinander an die Asparaginreste dieser Motive konnen sich Mg2 und oder Mn2 als Cofaktoren binden Die Asparaginreste des Motivs B beteiligen sich an der Selektion von bestimmten Ribonukleosidtriphosphaten mithilfe dNTPs und bestimmen somit ob RNA anstelle von DNA synthetisiert wird 9 Die Positionen der Domanen 10 und die Tertiarstruktur des aktiven Zentrums vieler RdRP sogar die mit einer insgesamt niedrigen Sequenzhomologie sind konserviert Das aktive Zentrum wird durch mehrere Motive geformt die eine Vielzahl von konservierten Aminosauren enthalten Nach Bindung der RNA schliessen sich Finger und Daumen der RdRP zu einem Ring und das aktive Zentrum liegt auf der Innenseite des Rings 5 Alle RdRP in strangigen RNA Viren sind mit der ER oder Zellmembran assoziiert 11 RdRP sind strukturell mit RNA abhangigen DNA Polymerasen Reverse Transkriptasen verwandt 5 Ein Inhibitor vieler RdRP ist Favipiravir Konservierte Regionen der RdRP 5 Konservierte Region Position relativ zur Poliovirus RNA Aminosauresequenz 12 FunktionFinger G 113 STSAGYPY Bindung der RNA VorlageFinger F 153 PLVTYVKDELRSKTKVEQGKSRLIEA Bindung der RNA Vorlage und NTPFinger I 107 LEALDL Bindung der RNA VorlageFinger II 184 SVAMRMAFGNLIAAFHK Bindung der RNA VorlageHandflache A 229 LFAFDYTGYDAS Bindung der 2 Hydroxygruppe des NTP und des ersten CofaktorsHandflache B 293 TSIFNSMINNLIIRTLLLKT Bindung der RNA Vorlage und die Nukleinbase des NTPHandflache C 323 MIAYGDDVIAS Bindung eines weiteren Cofaktors und bei manchen RdRP den PrimerHandflache D 338 VDASLLAQSGKDYGLTMTPADKSAT Bindung der Triphosphatgruppe des NTPHandflache E 363 FETVTWENVTFLKRFFRA Bindung des 3 Endes des entstehenden RNA StrangsDaumen III 405 KDPRNTQDHVRSLCLL Bindung des entstehenden RNA DoppelstrangsKlassifizierung Bearbeiten nbsp Struktur und Evolution der RdRp in RNA Viren und ihre ProteinfamilienRNA abhangige RNA Polymerasen der Viren werden in vier Familien unterteilt RdRP in Viren mit strangigen oder doppelstrangiger RNA neben den Retroviren drei weitere RdRP Unterfamilien Retroviridae Retroviren alle strangigen eukaryotischen RNA Viren ohne DNA als Zwischenstufe u a Caliciviridae 13 Picornaviridae 14 alle RNA Phagen das sind Fiersviridae Phagen mit ssRNA und Cystoviridae Phagen mit dsRNA 15 die dsRNA Virus Familien Reoviridae Totiviridae Hypoviridae en Partitiviridae en BirnaviridaeRdRP in Mononegavirales strangige RNA Viren mit nicht segmentierten Genomen z B Filoviridae 16 Paramyxoviridae 17 u a mit Morbillivirus 18 Hepatitis A und Hepatitis C Virus 19 InterPro IPR016269 englisch RdRP in strangigen RNA Viren mit segmentierten Genomen z B Bunyavirales Orthomyxoviridae InterPro IPR007099 englisch RdRP in den doppelstrangigen RNA Viren Birnaviridae InterPro IPR007100 englisch Einzelnachweise Bearbeiten E V Koonin A E Gorbalenya K M Chumakov Tentative identification of RNA dependent RNA polymerases of dsRNA viruses and their relationship to positive strand RNA viral polymerases In FEBS letters Band 252 Nummer 1 2 Juli 1989 S 42 46 PMID 2759231 P M Zanotto M J Gibbs E A Gould E C Holmes A reevaluation of the higher taxonomy of viruses based on RNA polymerases In Journal of virology Band 70 Nummer 9 September 1996 S 6083 6096 PMID 8709232 PMC 190630 freier Volltext Z Jin V Leveque H Ma K A Johnson K Klumpp Assembly purification and pre steady state kinetic analysis of active RNA dependent RNA polymerase elongation complex In The Journal of 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April 2017 S 21 33 doi 10 1016 j virusres 2016 12 018 PMID 28041960 C Ferrer Orta D Ferrero N Verdaguer RNA Dependent RNA Polymerases of Picornaviruses From the Structure to Regulatory Mechanisms In Viruses Band 7 Nummer 8 August 2015 S 4438 4460 doi 10 3390 v7082829 PMID 26258787 PMC 4576190 freier Volltext S Alphonse R Ghose Cystoviral RNA directed RNA polymerases Regulation of RNA synthesis on multiple time and length scales In Virus research Band 234 April 2017 S 135 152 doi 10 1016 j virusres 2017 01 006 PMID 28104452 PMC 5476504 freier Volltext B Martin B Canard E Decroly Filovirus proteins for antiviral drug discovery Structure function bases of the replication cycle In Antiviral research Band 141 Mai 2017 S 48 61 doi 10 1016 j antiviral 2017 02 004 PMID 28192094 R Cox R K Plemper The paramyxovirus polymerase complex as a target for next generation anti paramyxovirus therapeutics In Frontiers in microbiology Band 6 2015 S 459 doi 10 3389 fmicb 2015 00459 PMID 26029193 PMC 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