RNase P is an endonuclease which cleaves 5′ extra sequences from precursors of tRNAs to generate the mature 5′ ends of tRNAs. E. coli RNase P consists of two subunits, a large RNA (M1 RNA) and a small basic protein (C5 protein). Since M1 RNA alone can cleave its substrates at the correct position at high $Mg^{2+}$ concentration in vitro, it is the catalytic subunit. However, M1 RNA needs C5 protein for efficient catalysis at physiological $Mg^{2+}$ concentrations. Furthermore both M1 RNA and C5 protein are essential for the activity of RNase P in vivo. C5 protein is known to play a critical role in recognition and binding of some substrates specifically.
To examine the role of C5 protein in the assembly of the holoenzyme and the catalysis by the holoenzyme, deletion derivatives of C5 protein were constructed as soluble MBP (maltose binding protein) fusion protein. The C5 protein, with large terminal deletions, retained its promoting activity of RNase P catalysis under protein excess conditions in vitro. Some deletion derivatives complemented the temperature sensitive phenotype of E. coli A49 cells carrying the rnpA49 mutation. This complementation ability also suggests that part of the C5 protein is enough to produce the catalytic activity of RNase P in vivo. Both the central conserved region, called the RNR motif, and the C-terminal region are essential for the binding of C5 protein to M1 RNA. Meanwhile, the N-terminal region contributes to promoting RNase P catalysis in ways other than binding to M1 RNA.
Although C5 protein was originally identified as the protein component of RNase P, it is possible that C5 protein participates in other cellular metabolisms. An RNA molecule capable of being cleaved by RNase P was isolated from the pool of RNA aptamers binding to C5 protein which were selected by SELEX (systematic evolution of ligands by exponential enrichment) through the 13th round from an E. coli genomic RNA library carrying an overlapping set of inserts of about 70 nucleotides for every segment of the E. coli genome. This RNA, named NRS5-4 is complementary to mRNA transcribed from a hypothetical gene, the ycaH gene. The NRS5-4 RNA appears to be a new class of RNase P substrate because it differs from precursor tRNAs in binding with C5 protein: precursor tRNAs do not bind well to C5 protein. This result suggests that C5 protein may play a role in recruiting, specific substrates other than common substrates such as precursor tRNAs.
RNase P는 전구체 tRNA의 5′ 여분의 염기서열을 잘라서 성숙된 tRNA로 만드는 endonuclease이다. 대장균인 E. coli RNase P는 377 nt의 M1 RNA와 119 amino acid의 단백질 성분으로 이루어져 있다. 시험관내에서 $Mg^{2+}$의 농도만 높으면 M1 RNA만으로도 전구체 tRNA의 정확한 위치를 자를 수 있기 때문에 이 RNA를 활성을 지니는 성분이라고 한다. 하지만, 일반 생리학적인 $Mg^{2+}$의 농도의 상황에서는 활성이 효과적으로 진행되기 위해서 단백질 성분이 꼭 필요하다. 또한, 생체 내에서도 RNA 성분과 단백질 성분 모두 있어야 하며, 단백질 성분인 C5 protein이 기질에 대한 인식이나 결합에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
RNase P holoenzyme 형성이나 효소 작용에 있어서 C5 protein의 역할을 조사하기 위하여, MBP (maltose binding protein)와 융합 시킨 형태의 deletion 유도체를 만들었다. 시험관내에서 이들 deletion 유도체들의 량이 많기만 하면 상당 부분이 제거되더라도 RNase P의 활성이 관찰된다. 몇 deletion 유도체들은 rnpA 유전자에 돌연변이가 일어난 대장균 A49 세포의 온도 의존적인 형질을 극복(complement)하게 하였다. 이러한 결과로 보아, C5 protein의 일부분만으로도 생체 내에서 RNase P의 활성을 나타내기에 충분한 것으로 생각된다. C5 protein의 내에서도 특히, 박테리아들간에 공통적으로 지니는 amino acid 서열인 RNR motif와 C-terminal 영역이 M1 RNA와 결합하는데 반드시 필요한 것으로 보인다. 한편, N-terminal 영역은 M1 RNA와의 결합보다 RNase P 활성을 촉진하는 역할을 할 것으로 생각된다.
원래 C5 protein이 RNase P의 단백질 성분으로만 알려져 있지만, 다른 세포 내 작용에도 관여할 가능성이 있다. 대장균의 유전자를 70 nt가량 지니는 RNA library로부터 C5 protein에 대한 SELEX (systematic evolution of ligands by exponential enrichment) 실험을 수행하였다. C5 protein에 강한 결합력을 지니는 최종 선별 library인 13번 선별 RNA들이 RNase P에 의해 잘리는 현상이 관찰되었다. 이들 중 NRS5-4 RNA는 단백질로 발현되리라고 여겨지는 유전자인 ycaH 유전자의 mRNA와 상보되는 염기서열을 나타내었다. NRS5-4는 새로운 RNase P의 기질로 이며, 이는 전구체 tRNA와는 다른 양식으로 C5 protein과 작용 할 것이다. 왜냐하면, 전구체 tRNA는 C5 protein에 잘 결합하지 않는다고 알려져 있기 때문이다. 이러한 결과로 보아, C5 protein은 기존의 알려진 전구체 tRNA보다 또 다른 특정 기질들을 M1 RNA나 RNase P에 충원하는 역할을 할 것으로 보인다.
