Гетерогенные ядерные рибонуклеопротеины ( hnRNP ) представляют собой комплексы РНК и белка , присутствующие в ядре клетки во время транскрипции генов и последующей посттранскрипционной модификации вновь синтезированной РНК (пре-мРНК). Наличие белков, связанных с молекулой пре-мРНК, служит сигналом о том, что пре-мРНК еще не полностью процессирована и, следовательно, не готова к экспорту в цитоплазму . [1] Поскольку большая часть зрелой РНК экспортируется из ядра относительно быстро, большая часть РНК-связывающих белков в ядре существует в виде гетерогенных рибонуклеопротеиновых частиц. После сплайсинга белки остаются связанными со сплайсированными интронами и направляют их на деградацию.
hnRNP также являются неотъемлемой частью субъединицы 40S рибосомы и, следовательно , важны для трансляции мРНК в цитоплазме. [2] Однако hnRNP также имеют свои собственные последовательности ядерной локализации (NLS) и поэтому обнаруживаются главным образом в ядре. Хотя известно, что некоторые hnRNP перемещаются между цитоплазмой и ядром, иммунофлуоресцентная микроскопия с использованием hnRNP-специфичных антител показывает нуклеоплазматическую локализацию этих белков с небольшим окрашиванием в ядрышке или цитоплазме. [3] Вероятно, это связано с его основной ролью в связывании с вновь транскрибируемыми РНК. Иммуноэлектронная микроскопия высокого разрешения показала, что hnRNP локализуются преимущественно в пограничных областях хроматина , где они имеют доступ к этим возникающим РНК. [4]
Белки, участвующие в комплексах hnRNP, известны под общим названием гетерогенные рибонуклеопротеины. Они включают белок К и белок, связывающий полипиримидиновый тракт (PTB), который регулируется фосфорилированием , катализируемым протеинкиназой А , и отвечает за подавление сплайсинга РНК в определенном экзоне путем блокирования доступа сплайсосомы к полипиримидиновому тракту . [5] : 326 hnRNP также ответственны за усиление и ингибирование сайтов сплайсинга, делая такие сайты более или менее доступными для сплайсосомы. [6] Кооперативные взаимодействия между прикрепленными hnRNP могут стимулировать определенные комбинации сплайсинга и ингибировать другие. [7]
Роль в клеточном цикле и повреждении ДНК
hnRNP влияют на несколько аспектов клеточного цикла путем рекрутирования, сплайсинга и совместной регуляции определенных белков, контролирующих клеточный цикл. Большая часть важности hnRNP для контроля клеточного цикла подтверждается его ролью в качестве онкогена, потеря функций которого приводит к различным распространенным видам рака. Часто неправильная регуляция с помощью hnRNP происходит из-за ошибок сплайсинга, но некоторые hnRNP также ответственны за рекрутирование и управление самими белками, а не просто за адресацию возникающих РНК.
БРЦА1
hnRNP C является ключевым регулятором генов BRCA1 и BRCA2 . В ответ на ионизирующее излучение hnRNP C частично локализуется в месте повреждения ДНК, и при его истощении прогрессирование S-фазы клетки нарушается. [8] Кроме того, уровни BRCA1 и BRCA2 падают при потере hnRNP C. BRCA1 и BRCA2 являются важнейшими генами-супрессорами опухолей, мутации которых сильно влияют на развитие рака молочной железы. BRCA1, в частности, вызывает остановку клеточного цикла G2/M в ответ на повреждение ДНК через сигнальный каскад CHEK1 . [9] hnRNP C важен для правильной экспрессии других генов-супрессоров опухолей, включая RAD51 и BRIP1. Благодаря этим генам hnRNP необходим для индукции остановки клеточного цикла в ответ на повреждение ДНК ионизирующим излучением . [7]
HER2
HER2 сверхэкспрессируется в 20-30% случаев рака молочной железы и обычно связан с плохим прогнозом. Таким образом, это онкоген, варианты сплайсинга которого по-разному, как было показано, имеют разные функции. Было показано , что нокдаун hnRNP H1 увеличивает количество онкогенного варианта Δ16HER2. [10] HER2 является вышестоящим регулятором циклина D1 и p27, и его сверхэкспрессия приводит к нарушению регуляции контрольной точки G1/S . [11]
стр.53
hnRNPs также играют роль в реакции на повреждение ДНК в координации с p53 . hnRNP K быстро индуцируется после повреждения ДНК ионизирующим излучением. Он взаимодействует с р53, индуцируя активацию генов-мишеней р53, тем самым активируя контрольные точки клеточного цикла. [12] p53 сам по себе является важным геном-супрессором опухолей, иногда известным под эпитетом «хранитель генома». Тесная связь hnRNP K с p53 демонстрирует его важность в борьбе с повреждениями ДНК.
p53 регулирует большую группу РНК, которые не транслируются в белок, называемые большими межгенными некодирующими РНК ( lincRNAs ). Подавление генов p53 часто осуществляется рядом этих lincRNA, которые, в свою очередь, как было показано, действуют через hnRNP K. Благодаря физическому взаимодействию с этими молекулами hnRNP K нацеливается на гены и передает регуляцию p53, действуя таким образом как ключевой фактор. репрессор р53-зависимого пути транскрипции. [13] [14]
Функции
hnRNP участвует в различных процессах в клетке, некоторые из которых включают:
Предотвращение сворачивания пре-мРНК во вторичные структуры, которые могут ингибировать ее взаимодействие с другими белками.
Возможна связь со сварочным аппаратом.
Транспорт мРНК из ядра.
Ассоциация молекулы пре-мРНК с частицей hnRNP предотвращает образование коротких вторичных структур, зависящих от спаривания оснований комплементарных участков, тем самым делая пре-мРНК доступной для взаимодействия с другими белками.
Регламент CD44
Было показано, что hnRNP регулирует CD44 , гликопротеин клеточной поверхности , посредством механизмов сплайсинга. CD44 участвует в межклеточных взаимодействиях и играет роль в адгезии и миграции клеток. Сплайсинг CD44 и функции полученных изоформ в клетках рака молочной железы различны, и при нокдауне hnRNP снижает как жизнеспособность клеток, так и инвазивность. [15]
Теломеры
Несколько hnRNP взаимодействуют с теломерами , которые защищают концы хромосом от разрушения и часто связаны с долголетием клеток. hnRNP D связывается с богатой G повторной областью теломер, возможно, стабилизируя эту область от вторичных структур , которые ингибируют репликацию теломер. [16]
Также было показано, что hnRNP взаимодействует с теломеразой , белком, ответственным за удлинение теломер и предотвращение их деградации. hnRNP C1 и C2 связываются с РНК-компонентом теломеразы, что улучшает ее способность доступа к теломерам. [17] [18] [19]
Примеры
Гены человека, кодирующие гетерогенные ядерные рибонуклеопротеины, включают:
Мессенджер RNP : комплекс между мРНК и белком (белками), присутствующими в ядре.
Рекомендации
^ Киннибург, AJ; Мартин, TE (1 августа 1976 г.). «Обнаружение последовательностей мРНК в ядерных субкомплексах 30S рибонуклеопротеина». Труды Национальной академии наук . 73 (8): 2725–2729. Бибкод : 1976PNAS...73.2725K. дои : 10.1073/pnas.73.8.2725 . ISSN 0027-8424. ПМК 430721 . ПМИД 1066686.
^ Дрейфус, Гидеон; Матунис, Майкл Дж.; Пинол-Рома, Серафин; Берд, Кристофер Г. (1 июня 1993 г.). «Белки hnRNP и биогенез мРНК». Ежегодный обзор биохимии . 62 (1): 289–321. doi : 10.1146/annurev.bi.62.070193.001445. ISSN 0066-4154. ПМИД 8352591.
^ Факан, С.; Лезер, Г.; Мартин, TE (январь 1984 г.). «Ультраструктурное распределение ядерных рибонуклеопротеинов, визуализированное методом иммуноцитохимии на тонких срезах». Журнал клеточной биологии . 98 (1): 358–363. дои : 10.1083/jcb.98.1.358. ISSN 0021-9525. ПМК 2113018 . ПМИД 6231300.
^ Мацудайра П.Т., Лодиш Х.Ф., Берк А., Кайзер С., Кригер М., Скотт М.П., Бретшер А., Плох Х. (2008). Молекулярно-клеточная биология . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN978-0-7167-7601-7.
^ аб Мартинес-Контрерас, Ребека; Клотье, Филипп; Шкрета, Лулзим; Физетт, Жан-Франсуа; Ревиль, Тимоти; Шабо, Бенуа (2007). «Белки HNRNP и контроль сплайсинга» . Альтернативный сплайсинг в постгеномную эпоху . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 623. стр. 123–147. дои : 10.1007/978-0-387-77374-2_8. ISBN978-0-387-77373-5. ISSN 0065-2598. ПМИД 18380344.
^ Ананта, Рэйчел В.; Альсивар, Аллен Л.; Ма, Цзянлинь; Цай, Хонг; Симхадри, Шрилатха; Уле, Джерней; Кениг, Джулиан; Ся, Бин (9 апреля 2013 г.). «Потребность в гетерогенном ядерном рибонуклеопротеине C для экспрессии гена BRCA и гомологичной рекомбинации». ПЛОС ОДИН . 8 (4): e61368. Бибкод : 2013PLoSO...861368A. дои : 10.1371/journal.pone.0061368 . ISSN 1932-6203. ПМЦ 3621867 . ПМИД 23585894.
^ Ёсида, Киёцугу; Мики, Ёсио (ноябрь 2004 г.). «Роль BRCA1 и BRCA2 как регуляторов репарации ДНК, транскрипции и клеточного цикла в ответ на повреждение ДНК». Раковая наука . 95 (11): 866–871. doi :10.1111/j.1349-7006.2004.tb02195.x. ISSN 1347-9032. ПМЦ 11159131 . PMID 15546503. S2CID 24297965.
^ Готри, Ханна; Джексон, Клэр; Диттрих, Анна-Лена; Броуэлл, Дэвид; Леннард, Томас; Тайсон-Кэппер, Элисон (3 октября 2015 г.). «SRSF3 и hnRNP H1 регулируют горячую точку сплайсинга HER2 в клетках рака молочной железы». Биология РНК . 12 (10): 1139–1151. дои : 10.1080/15476286.2015.1076610. ISSN 1547-6286. ПМЦ 4829299 . ПМИД 26367347.
^ Моассер, ММ (2007). «Онкоген HER2: его сигнальные и преобразующие функции и его роль в патогенезе рака у человека». Онкоген . 26 (45): 6469–6487. дои : 10.1038/sj.onc.1210477. ISSN 1476-5594. ПМК 3021475 . ПМИД 17471238.
^ Мумен, Абделадим; Мастерсон, Филип; О'Коннор, Марк Дж.; Джексон, Стивен П. (2005). «hnRNP K: мишень HDM2 и транскрипционный коактиватор p53 в ответ на повреждение ДНК». Клетка . 123 (6): 1065–1078. дои : 10.1016/j.cell.2005.09.032 . PMID 16360036. S2CID 16756766.
^ Сунь, Синхуэй; Али, Мохамед Шам Шихабудин Хайдер; Моран, Мэтью (01 сентября 2017 г.). «Роль взаимодействия длинных некодирующих РНК и гетерогенных ядерных рибонуклеопротеинов в регуляции клеточных функций». Биохимический журнал . 474 (17): 2925–2935. дои : 10.1042/bcj20170280. ISSN 0264-6021. ПМЦ 5553131 . ПМИД 28801479.
^ Ло, Тинг Джен; Мун, Хигём; Чо, Сонхи; Джанг, Хана; Лю, Юн Чао; Тай, Хунмэй; Юнг, Да-Вун; Уильямс, Даррен Р.; Ким, Эй-Ран (сентябрь 2015 г.). «Альтернативный сплайсинг CD44 и экспрессия hnRNP A1 связаны с метастазированием рака молочной железы». Отчеты онкологии . 34 (3): 1231–1238. дои : 10.3892/или.2015.4110 . ISSN 1791-2431. ПМИД 26151392.
^ Эверсоле, А.; Майзелс, Н. (август 2000 г.). «Свойства консервативного белка hnRNP D млекопитающих in vitro предполагают его роль в поддержании теломер». Молекулярная и клеточная биология . 20 (15): 5425–5432. дои : 10.1128/mcb.20.15.5425-5432.2000. ISSN 0270-7306. ПМК 85994 . ПМИД 10891483.
^ Форд, LP; Эх, ДжМ; Райт, МЫ; Шей, JW (декабрь 2000 г.). «Гетерогенные ядерные рибонуклеопротеины C1 и C2 связываются с РНК-компонентом теломеразы человека». Молекулярная и клеточная биология . 20 (23): 9084–9091. дои : 10.1128/mcb.20.23.9084-9091.2000. ISSN 0270-7306. ПМК 86561 . ПМИД 11074006.
^ Форд, Лэнс П.; Райт, Вудринг Э.; Шей, Джерри В. (21 января 2002 г.). «Модель гетерогенных ядерных рибонуклеопротеинов в регуляции теломер и теломеразы». Онкоген . 21 (4): 580–583. дои : 10.1038/sj.onc.1205086. ISSN 0950-9232. ПМИД 11850782.
^ Гёрлах, М.; Берд, К.Г.; Дрейфус, Г. (16 сентября 1994 г.). «Детерминанты РНК-связывающей специфичности гетерогенных ядерных белков рибонуклеопротеина С». Журнал биологической химии . 269 (37): 23074–23078. дои : 10.1016/S0021-9258(17)31621-6 . ISSN 0021-9258. ПМИД 8083209.
^ Дитятев, Александр; Эль-Хусейни, Алаа (24 ноября 2006 г.). Молекулярные механизмы синаптогенеза. Спрингер. ISBN9780387325620.
дальнейшее чтение
Се Дж., Ли Дж.А., Кресс Т.Л., Моури К.Л., Блэк Д.Л. (июль 2003 г.). «Фосфорилирование протеинкиназы А модулирует транспорт белка, связывающего полипиримидиновый тракт». Учеб. Натл. акад. наук. США . 100 (15): 8776–81. Бибкод : 2003PNAS..100.8776X. дои : 10.1073/pnas.1432696100 . ПМК 166389 . ПМИД 12851456.
Геуэнс Т., Дельфин Б., Тиммерман В. (август 2016 г.). «Семейство hnRNP: понимание их роли в здоровье и болезнях». Генетика человека . 135 (8): 851–67. дои : 10.1007/s00439-016-1683-5. ПМЦ 4947485 . ПМИД 27215579.
Такимото М., Томонага Т., Матунис М. и др. (август 1993 г.). «Специфическое связывание белка К гетерогенных рибонуклеопротеиновых частиц с промотором c-myc человека in vitro». Ж. Биол. Хим . 268 (24): 18249–58. дои : 10.1016/S0021-9258(17)46837-2 . hdl : 2115/72478 . ПМИД 8349701.
Уотсон, Джеймс Д. (2004). Молекулярная биология гена . Сан-Франциско: Пирсон/Бенджамин Каммингс. пп. гл. 9 и 10. ISBN 978-0-8053-4635-0.