Molecular Basis of RNA-Driven ATP Hydrolysis in DExH-Box Helicases

解旋酶 剪接体 RNA解旋酶A 化学 ATP水解 核糖核酸 RNA剪接 ATP酶 细胞生物学 AAA蛋白 生物化学 生物物理学 生物 基因
作者
Santiago Movilla,Maite Roca,Vicent Moliner,Alessandra Magistrato
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (12): 6691-6701 被引量:6
标识
DOI:10.1021/jacs.2c11980
摘要

The spliceosome machinery catalyzes precursor messenger (pre-m)RNA splicing. In each cycle, the spliceosome experiences massive compositional and conformational remodeling fueled by the concerted action of specific RNA-dependent ATPases/helicases. Intriguingly, these enzymes are allosterically activated to perform ATP hydrolysis and trigger helicase activity only upon pre-mRNA binding. Yet, the molecular mechanism underlying the RNA-driven regulation of their ATPase function remains elusive. Here, we focus on the Prp2 ATPase/helicase which contributes to reshaping the spliceosome into its catalytic competent state. By performing classical and quantum-classical molecular dynamics simulations, we unprecedentedly unlock the molecular terms governing the Prp2 ATPase/helicase function. Namely, we dissect the molecular mechanism of ATP hydrolysis, and we disclose that RNA binding allosterically triggers the formation of a set of interactions linking the RNA binding tunnel to the catalytic site. This activates the Prp2's ATPase function by optimally placing the nucleophilic water and the general base of the enzymatic process to perform ATP hydrolysis. The key structural motifs, mechanically coupling RNA gripping and the ATPase/helicase functions, are conserved across all DExH-box helicases. This mechanism could thus be broadly applicable to all DExH-box helicase family.

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