DEAD-box helicase proteins perform ATP-dependent rearrangements of structured RNAs throughout RNA biology. Short RNA helices are unwound in a single ATPase cycle, but the ATP requirement for more complex RNA structural rearrangements is unknown. Here we measure the amount of ATP used for native refolding of a misfolded group I intron ribozyme by CYT-19, a Neurospora crassa DEAD-box protein that functions as a general chaperone for mitochondrial group I introns. By comparing the rates of ATP hydrolysis and ribozyme refolding, we find that several hundred ATP molecules are hydrolyzed during refolding of each ribozyme molecule. After subtracting non-productive ATP hydrolysis that occurs in the absence of ribozyme refolding, we find that approximately 100 ATPs are hydrolyzed per refolded RNA as a consequence of interactions specific to the misfolded ribozyme. This value is insensitive to changes in ATP and CYT-19 concentration and decreases with decreasing ribozyme stability. Because of earlier findings that ~90% of global ribozyme unfolding cycles lead back to the kinetically preferred misfolded conformation and are not observed, we estimate that each global unfolding cycle consumes ~10 ATPs. Our results indicate that CYT-19 functions as a general RNA chaperone by using a stochastic, energy-intensive mechanism to promote RNA unfolding and refolding, suggesting an evolutionary convergence with protein chaperones.

中文翻译：

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在错误折叠的 I 组内含子核酶重新折叠期间死盒蛋白对 ATP 的利用

DEAD-box 解旋酶蛋白在整个 RNA 生物学中执行结构化 RNA 的 ATP 依赖性重排。短 RNA 螺旋在单个 ATP 酶循环中解开，但更复杂的 RNA 结构重排需要 ATP 是未知的。在这里，我们测量了用于通过 CYT-19 对错误折叠的 I 组内含子核酶进行天然重折叠的 ATP 量，CYT-19 是一种粗糙脉孢菌 DEAD-box 蛋白，用作线粒体 I 组内含子的一般伴侣。通过比较 ATP 水解和核酶重折叠的速率，我们发现在每个核酶分子的重折叠过程中，有数百个 ATP 分子被水解。减去在没有核酶重折叠的情况下发生的非生产性 ATP 水解后，我们发现，由于错误折叠核酶的特异性相互作用，每个重折叠的 RNA 大约有 100 个 ATP 被水解。该值对 ATP 和 CYT-19 浓度的变化不敏感，并随着核酶稳定性的降低而降低。由于早期发现约 90% 的全局核酶解折叠循环导致回到动力学优选的错误折叠构象并且未观察到，我们估计每个全局解折叠循环消耗约 10 个 ATP。我们的结果表明，CYT-19 通过使用随机的、能量密集的机制来促进 RNA 的展开和重折叠，从而起到通用 RNA 伴侣的作用，这表明与蛋白质伴侣的进化趋同。由于早期发现约 90% 的全局核酶解折叠循环导致回到动力学优选的错误折叠构象并且未观察到，我们估计每个全局解折叠循环消耗约 10 个 ATP。我们的结果表明，CYT-19 通过使用随机的、能量密集的机制来促进 RNA 的展开和重折叠，从而起到通用 RNA 伴侣的作用，这表明与蛋白质伴侣的进化趋同。由于早期发现约 90% 的全局核酶解折叠循环导致回到动力学优选的错误折叠构象并且未观察到，我们估计每个全局解折叠循环消耗约 10 个 ATP。我们的结果表明，CYT-19 通过使用随机的、能量密集的机制来促进 RNA 的展开和重折叠，从而起到通用 RNA 伴侣的作用，这表明与蛋白质伴侣的进化趋同。