نقش آنزیم های ریبونوکلئاز در بیولوژی مولکولی

Ribonuclease ها (RNase) نوعی آنزیم نوکلئاز می باشند که  کاتالیز کننده تجزیه RNA به اجزای کوچکتر هستند. همه ارگانیسم‌های مورد مطالعه ، حاوی تعداد زیادی RNase  ، از دو کلاس مختلف می باشند. این موضوع نشان دهنده قدیمی بودن فرآیند تجزیه RNA می باشد. ریبونوکلئازها یا RNA دپلیمرازها (RNA depolymerases) ، در نشخوارکنندگانی مانند گاو برای هضم مقادیر زیادی RNA ، که توسط میکروارگانیسم های معده آن ها تولید می شوند ، کارایی دارند. علاوه بر این ، مقادیر زیادی از ریبونوکلئازها در نشخوارکنندگان جهت پردازش مواد مغذی از سلولز ایفای نقش می کنند.  RNase ها نقش کلیدی در بلوغ  مولکول های  RNA ایفا می کنند ؛ از جمله ، RNA های پیام رسان که حامل مواد ژنتیکی برای ساختن پروتئین ها هستند و همچنین RNA های غیر کد کننده که در فرآیندهای سلولی مختلف شرکت می کنند. علاوه بر این ، سیستم‌های تجزیه فعال RNA  (RNase ها) ، اولین دفاع در برابر ویروس‌های RNA  می باشند. برخی از سلول ها نیز مقادیر فراوانی از RNaseهای غیر اختصاصی ، مانند A و T1 را ترشح می کنند. شایان ذکر است که همه RNA های درون سلولی با استراتژی هایی از جمله ، پوشش انتهایی ‘5 ، پلی آدنیلاسیون ‘3 انتهایی ، تشکیل دوبلکس RNA·RNA و تا شدن در یک مجتمع پروتئین RNA (ذره ریبونوکلئوپروتئین یا RNP) از فعالیت RNase ها محافظت می شوند.  Ribonuclease ها را می توان به دو گروه اندوریبونوکلئازها (Endoribonucleases) و اگزوریبونوکلئازها (Exoribonucleases) تقسیم بندی کرد.

انواع اصلی اندوریبونوکلئازها (Endoribonucleases) عبارتند از :

RNase A، RNase H ،  RNase III، RNase L ،  RNase P،   RNase PhyM،   RNase T1 ،  RNase T2،RNase U2،  RNase V،  RNase E،  RNase G.

 انواع اصلی اگزوریبونوکلئازها (Exoribonucleases) عبارتند از :

Polynucleotide Phosphorylase (PNPase) ، RNase PH ، RNase R  ، RNase D ، RNase T ،  Oligoribonuclease، Exoribonuclease I ،  Exoribonuclease II.

Pancreatic ribonuclease family  یا خانواده ریبونوکلئاز پانکراس (RNase، RNase I ، RNase A، RNase لوزالمعده ، ریبونوکلئاز I ، اندوریبونوکلئاز I ، ریبونوکلئیک فسفاتاز، ریبونوکلئاز قلیایی، ریبونوکلئاز) یک خانواده بزرگ از اندونوکلئازهای اختصاصی پیریمیدین می باشند که در لوزالمعده بعضی از پستانداران و خزندگان یافت می شوند. به طور خاص ، این آنزیم ها در برش اندونوکلئولیتیک ‘3فسفومنو نوکلئوتید   و ‘3فسفوالیگونوکلئوتید  که به C-P یا U-P با واسطه های فسفات حلقوی ‘2 ،’3 ختم می شوند ، نقش دارند. آنزیم ریبونوکلئاز می تواند مارپیچ RNA را ، با کمپلکس شدن با RNA تک رشته ای باز کند. این کمپلکس توسط یک برهمکنش گسترده کاتیون-آنیون چند سایتی ، بین باقی مانده های لیزین و آرژنین گروه های آنزیمی و فسفات نوکلئوتیدها ، ایجاد می شود. ساختار و پویایی این آنزیم ها ، با عملکردهای بیولوژیکی متنوع آنها مرتبط می باشد. انواعی از اندوریبونوکلئازها از جمله RNase A ، برای حذف RNA ، طی فرایند تخلیص پلاسمید و DNA ژنومی در بیولوژی مولکولی کاربرد دارند.  آنزیم بالغ RNase A ، دارای 124 باقیمانده اسید آمینه می باشد ( بدون کربوهیدرات). برخلاف سایر آنزیم‌ها ، این آنزیم شامل 19 اسید آمینه  از 20 اسید آمینه موجود (به استثنای تریپتوفان) ، می باشد. این زنجیره پلی پپتیدی منفرد ، توسط چهار پیوند دی سولفیدی به هم متصل می‌شود که به پایداری RNase A کمک می‌کند. ریبونوکلئاز لوزالمعده گاوی A یا RNase A ، به عنوان یک آنزیم پایه ، جهت مطالعه ساختار و عملکرد پروتئین ، تکامل مولکولی ، کاتالیز آنزیمی ، تاخوردگی پروتئین ، protein semisynthesis ، طیف‌ سنجی NMR پروتئین و الیگومریزاسیون پروتئین (protein oligomerization) ، در دانش مولکولی مورد استفاده قرار می گیرد. به دلیل وجود ریبونوکلئازهای موجود در محیط ، استخراج RNA با سختی هایی همراه است. از این رو ، تمام مواد و تجهیزات مورد نیاز جهت استخراج و کار با RNA  ، حتما باید RNase free باشند.

 

سایر پروتئین های متعلق به ابرخانواده ریبونوکلئازهای پانکراس عبارتند از : کیسه منی گاوی (bovine seminal vesicle) ، ریبونوکلئازهای مغز(brain ribonucleases) ، ریبونوکلئازهای غیر ترشحی کلیه (kidney non-secretory ribonucleases) ، ریبونوکلئازهای نوع کبد (liver-type ribonucleases ) ، آنژیوژنین (angiogenin ) که باعث ایجاد عروق در بافت های طبیعی و بدخیم می گردد ، پروتئین کاتیونی ائوزینوفیل (eosinophil cationic protein) ، سیتوتوکسین (cytotoxin) و هلمینتو توکسین (helminthotoxin) با فعالیت ریبونوکلئازی ، ریبونوکلئاز کبد قورباغه (frog liver ribonuclease) و لکتین متصل به اسید سیالیک قورباغه (frog sialic acid-binding lectin).

از این رو ، پودر لیوفیلیزه RNase A  که توسط شرکت یکتا تجهیز آزما ارائه می گردد ، جهت حذف RNA درفرایند استخراج پلاسمید ، حذف باندهای غیر اختصاصی  RNA، آنالیز توالی های RNA ، هیدرولیز RNA موجود در نمونه های پروتئینی و خالص سازی  DNA ، پیشنهاد می شود.