Ribonukleasen

Die RNase A spaltet einzelsträngige RNA. Sie erkennt die beiden Pyrimidine U und C und spaltet die Phosphodiesterbindung an der 5'-Position der Ribose des jeweils in der RNA-Kette auf U bzw. C folgenden Nukleotids. RNase A findet sich unter anderem im Schweiß und ist auch ein Verdauungsenzym. Dadurch baut sie auch RNA-Viren ab, die den Körper infizieren könnten. Somit gehört die Sekretion von RNase A mit dem Schweiß zu den Abwehrmechanismen des Körpers. Diese Sekretion führt dazu, dass RNase A eine sehr häufig extrazellulär vorkommende „Umwelt-Nuklease“ darstellt.

Eine für ein Protein auffallende Eigenschaft ist die hohe Hitzestabilität: RNase A verträgt Kochen (also 100 °C) ohne zu denaturieren. Sie ist ein vielgenutztes Laborreagenz. Ribonuklease A war eines der ersten Biomoleküle, dessen Struktur aufgeklärt wurde. Im Jahr 1967 gelang dies zwei Teams unabhängig voneinander.[5]

RNase B besitzt die gleiche Aminosäuresequenz wie RNase A und unterscheidet sich nur durch eine N-Glykosylierung, die vermutlich die Proteinfaltung der RNase B im Vergleich zu RNase A beschleunigt, indem eine hydrophobe Oberfläche des Proteins mit der Glykosylierung abgeschirmt wird.[6]

Die RNase H ist eine unspezifische Endoribonuklease, die RNA-DNA-Heteroduplexe erkennt und den RNA-Bestandteil entfernt. Die Spaltung der RNA erfolgt hydrolytisch über ein enzymgebundenes bivalentes Metallion. Sie erfüllt u. a. eine wichtige Funktion bei der Replikation der DNA, indem sie den angelagerten RNA-Primer wieder entfernt. Es gibt zwei Untertypen. Die RNase H1 ist monomer und bindet an 2'OH-Gruppen von vier aufeinander folgenden Ribonukleotiden. Von der RNase H1 bestehen wiederum zwei Isoformen, eine Zellkern-Isoform, deren Funktion unbekannt ist, und eine mitochondriale Isoform, die für die mitochondriale DNA-Replikation notwendig ist. Die RNase H2 besteht aus den drei Proteinen RNASEH2A, RNASEH2B und RNASEH2C, die einen trimeren Komplex bilden, wobei das katalytische Zentrum im Protein RNASEH2A lokalisiert ist.

RNase H2 entfernt bei der Replikation irrtümlich in die DNA eingebaute RNA-Monomere, die dann durch die korrekten DNA-Monomere ersetzt werden. Bei der Replikation werden nämlich statt der korrekten Desoxyribonukleotide mit einer Häufigkeit von eins zu einigen Tausend die entsprechenden Ribonukleotide eingebaut. Die Reparatur ist notwendig, weil RNA weit anfälliger für spontane Hydrolyse ist als DNA.

Bei unzureichender Enzymaktivität, z. B. durch Mutationen in einem der drei Proteingene, kommt es durch die dann verbleibenden Ribonukleotide zu einer Genominstabilität bis hin zum Strangbruch und Akkumulation von DNA-Segmenten. Diese können über eine Aktivierung des p53-Signalweges den Zellzyklus unterbrechen und zur Apoptose führen. Die akkumulierten DNA-Segmente können dann eine Entzündungsreaktion über die angeborene Immunabwehr hervorrufen, was der Pathogenese des Aicardi-Goutières-Syndroms entspricht, bei dem sich in der Tat häufig Mutationen eines der drei RNase H2-Gene finden. Fehlt die RNASEH2B bei der Knockout-Maus, führt dies zur frühen embryonalen Letalität schon während der Gastrulation.[7]

Die RNase P ist ein Ribozym, d. h. im Gegensatz zur überwiegenden Mehrheit der Enzyme ist sie kein reines Protein, sondern verfügt über eine RNA-Untereinheit, welche eine effiziente Substraterkennung gewährleistet.[8] Ihre Funktion besteht darin, eine Präkursor-Sequenz bei der Prozessierung der tRNA abzuspalten. Sie besteht aus zwei Untereinheiten.

Die RNase R ist eine 3'→5' Exoribonuklease, die bei der Degradation von mRNA in Bakterien involviert ist.

Die RNase D ist ein 3'→5' Exoribonuklease, die bei der Prozessierung der tRNA involviert ist.

Siehe auch Degradosom, Exosom, P-body.