stringtranslate.com

Малая ядерная РНК

Малая ядерная РНК ( мяРНК ) — это класс малых молекул РНК , которые находятся в спеклах сплайсинга и тельцах Кахаля клеточного ядра эукариотических клеток. Длина средней мяРНК составляет приблизительно 150 нуклеотидов. Они транскрибируются либо РНК-полимеразой II , либо РНК-полимеразой III . [1] Их основная функция заключается в обработке пре- мессенджерной РНК ( гнРНК ) в ядре. Также было показано , что они помогают в регуляции факторов транскрипции ( 7SK РНК ) или РНК-полимеразы II (B2 РНК) и поддержании теломер .

snRNA всегда связаны с набором специфических белков, а комплексы называются малыми ядерными рибонуклеопротеинами ( snRNP , часто произносится как «snurps»). Каждая частица snRNP состоит из компонента snRNA и нескольких специфичных для snRNP белков (включая белки Sm , семейство ядерных белков). Наиболее распространенные человеческие компоненты snRNA этих комплексов известны, соответственно, как: U1 сплайсосомальная РНК , U2 сплайсосомальная РНК , U4 сплайсосомальная РНК , U5 сплайсосомальная РНК и U6 сплайсосомальная РНК . Их номенклатура происходит от их высокого содержания уридина .

snRNA были обнаружены случайно во время эксперимента по гель-электрофорезу в 1966 году. [2] Неожиданный тип РНК был обнаружен в геле и исследован. Более поздний анализ показал, что эти РНК были высокоуридилатом и были установлены в ядре.

snRNA и малые ядрышковые РНК (snoRNA) — это не одно и то же, и ни одна из них не является подтипом другой. Оба они различны и являются классом под малыми РНК. Это малые молекулы РНК, которые играют важную роль в биогенезе РНК и направляют химические модификации рибосомальных РНК (рРНК) и других генов РНК (тРНК и snRNA). Они расположены в ядрышке и тельцах Кахаля эукариотических клеток (основные места синтеза РНК), где их называют scaRNA (малые РНК, специфичные для телец Кахаля).

Классы

мяРНК часто делятся на два класса на основе как общих особенностей последовательности, так и связанных с ними белковых факторов, таких как РНК-связывающие белки LSm . [3]

Первый класс, известный как мяРНК Sm-класса , изучен более широко и состоит из U1, U2, U4, U4atac , U5, U7 , U11 и U12 . мяРНК Sm-класса транскрибируются РНК-полимеразой II . Пре-мяРНК транскрибируются и получают обычную 7-метилгуанозиновую пятиконечную шапку в ядре . Затем они экспортируются в цитоплазму через ядерные поры для дальнейшей обработки. В цитоплазме мяРНК получают 3′-обрезку для формирования структуры 3′-стебля-петли, а также гиперметилирование 5′-шапки для образования триметилгуанозина. [4] Структура 3′-стебля необходима для распознавания белком выживания двигательных нейронов (SMN). [5] Этот комплекс собирает мяРНК в стабильные рибонуклеопротеины (РНП). Затем модифицированный 5′-колпачок требуется для импорта snRNP обратно в ядро. Все эти богатые уридином snRNA, за исключением U7, образуют ядро ​​сплайсосомы . Сплайсинг, или удаление интронов , является основным аспектом посттранскрипционной модификации и происходит только в ядре эукариот. Было обнаружено, что U7 snRNA функционирует в процессинге гистонов пре-мРНК.

Второй класс, известный как мяРНК класса Lsm , состоит из U6 и U6atac . МяРНК класса Lsm транскрибируются РНК-полимеразой III и никогда не покидают ядро, в отличие от мяРНК класса Sm. МяРНК класса Lsm содержат 5′-γ-монометилфосфатный колпачок [6] и 3′ стебель-петлю, заканчивающуюся участком уридинов, которые образуют сайт связывания для отдельного гетерогептамерного кольца белков Lsm. [7]

В сплайсосоме

Сравнение основных и второстепенных механизмов сплайсинга

Сплайсосомы катализируют сплайсинг , неотъемлемый этап созревания эукариотической РНК-предшественника. Ошибка сплайсинга даже в одном нуклеотиде может быть разрушительной для клетки, и для обеспечения выживания клетки необходим надежный, повторяемый метод обработки РНК. Сплайсосома представляет собой большой комплекс белок-РНК, состоящий из пяти малых ядерных РНК (U1, U2, U4, U5 и U6) и более 150 белков. МРНК вместе с их связанными белками образуют рибонуклеопротеиновые комплексы (мРНК), которые связываются со специфическими последовательностями на субстрате пре-мРНК . [8] Этот сложный процесс приводит к двум последовательным реакциям переэтерификации. Эти реакции производят свободный интрон лариата и лигируют два экзона для формирования зрелой мРНК. Существует два отдельных класса сплайсосом. Основной класс, который гораздо более распространен в эукариотических клетках, сплайсирует в основном интроны типа U2. Начальным этапом сплайсинга является связывание U1 snRNP и связанных с ним белков с 5'-концом сплайсинга hnRNA . Это создает комплекс присоединения, который будет ограничивать hnRNA путем сплайсинга. [9] Затем U2 snRNP привлекается к сайту связывания сплайсосомы и образует комплекс A, после чего комплекс U5.U4/U6 tri-snRNP связывается с комплексом A, образуя структуру, известную как комплекс B. После перестройки образуется комплекс C, и сплайсосома становится активной для катализа. [10] В каталитически активной сплайсосоме U2 и U6 snRNA складываются, образуя консервативную структуру, называемую каталитическим триплексом. [11] Эта структура координирует два иона магния, которые образуют активный сайт сплайсосомы. [12] [13] Это пример катализа РНК .

В дополнение к этому основному комплексу сплайсосомы существует гораздо менее распространенная (~1%) минорная сплайсосома . Этот комплекс включает в себя мяРНП U11, U12, U4atac, U6atac и U5. Эти мяРНП являются функциональными аналогами мяРНП, используемых в основной сплайсосоме. Минорная сплайсосома сплайсирует интроны типа U12. Два типа интронов в основном отличаются по своим сайтам сплайсинга: интроны типа U2 имеют сайты сплайсинга GT-AG 5′ и 3′, тогда как интроны типа U12 имеют AT-AC на своих 5′ и 3′ концах. Минорная сплайсосома выполняет свою функцию другим путем, чем основная сплайсосома.

U1 мяРНК

Предсказанная вторичная структура и сохранение последовательности U1 snRNA

U1 snRNP является инициатором сплайсосомной активности в клетке путем спаривания оснований с 5′ сайтом сплайсинга пре-мРНК. В основной сплайсосоме экспериментальные данные показали, что U1 snRNP присутствует в равной стехиометрии с U2, U4, U5 и U6 snRNP. Однако распространенность U1 snRNP в клетках человека намного выше, чем других snRNP. [14] Исследования показали, что посредством нокдауна гена U1 snRNA в клетках HeLa U1 snRNA имеет большое значение для клеточной функции. Когда гены U1 snRNA были нокаутированы, геномные микрочипы показали повышенное накопление несплайсированной пре-мРНК. [15] Кроме того, было показано, что нокаут вызывает преждевременное расщепление и полиаденилирование, в первую очередь, в интронах, расположенных вблизи начала транскрипта. Когда были нокаутированы другие snRNA на основе уридина, этот эффект не наблюдался. Таким образом, было показано, что спаривание оснований U1 snRNA–pre-mRNA защищает pre-mRNA от полиаденилирования, а также преждевременного расщепления. Эта особая защита может объяснить переизбыток U1 snRNA в клетке.

snRNP и болезни человека

Благодаря изучению малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП) и малых ядрышковых РНП мы смогли лучше понять многие важные заболевания.

Спинальная мышечная атрофия - Мутации в гене выживаемости двигательных нейронов 1 (SMN1) приводят к дегенерации спинальных двигательных нейронов и тяжелой атрофии мышц. Белок SMN собирает snRNP класса Sm, а также, вероятно, snoRNP и другие RNP. [16] Спинальная мышечная атрофия поражает до 1 из 6000 человек и является второй по значимости причиной нервно-мышечных заболеваний после мышечной дистрофии Дюшенна . [17]

Врожденный дискератоз – мутации в собранных snRNP также считаются причиной врожденного дискератоза, редкого синдрома, который проявляется аномальными изменениями кожи, ногтей и слизистой оболочки. Некоторые конечные эффекты этого заболевания включают в себя отказ костного мозга, а также рак. Было показано, что этот синдром возникает из-за мутаций в нескольких генах, включая дискерин , теломеразную РНК и теломеразную обратную транскриптазу . [18]

Синдром Прадера-Вилли – этот синдром поражает до 1 из 12 000 человек и проявляется в виде сильного голода, когнитивных и поведенческих проблем, слабого мышечного тонуса и низкого роста. [19] Синдром связан с делецией региона отцовской хромосомы 15, который не экспрессируется на материнской хромосоме. Этот регион включает в себя специфичную для мозга мяРНК, которая нацелена на мРНК рецептора серотонина -2C.

Медуллобластома – РНК U1 мутирует в подгруппе этих опухолей мозга и приводит к изменению сплайсинга РНК . [20] Мутации преимущественно возникают во взрослых опухолях и связаны с плохим прогнозом.

Посттранскрипционная модификация

У эукариот мяРНК содержат значительное количество модификаций 2′-O-метилирования и псевдоуридилирования . [21] Эти модификации связаны с активностью мяРНК , которая канонически модифицирует незрелые рРНК, но наблюдалась при модификации других клеточных РНК-мишеней, таких как мяРНК. Наконец, олигоаденилирование (короткий поли(А)-хвост) может определять судьбу мяРНК (которые обычно не имеют поли(А)-хвоста) и тем самым вызывать распад их РНК. [22] Этот механизм, регулирующий обилие мяРНК, в свою очередь, связан с широко распространенным изменением альтернативного сплайсинга РНК.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Henry RW, Mittal V, Ma B, Kobayashi R, Hernandez N (1998). «SNAP19 опосредует сборку функционального комплекса промотора ядра (SNAPc), общего для РНК-полимераз II и III». Genes & Development . 12 (17): 2664–2672. doi :10.1101/gad.12.17.2664. PMC  317148 . PMID  9732265.
  2. ^ Хаджиолов АА, Венков ПВ, Цанев РГ (ноябрь 1966). «Фракционирование рибонуклеиновых кислот центрифугированием в градиенте плотности и электрофорезом в агаровом геле: сравнение». Аналитическая биохимия . 17 (2): 263–267. doi :10.1016/0003-2697(66)90204-1. PMID  5339429.
  3. ^ Matera AG, Terns RM, Terns MP (март 2007 г.). «Некодирующие РНК: уроки малых ядерных и малых ядрышковых РНК». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 8 (3): 209–220. doi :10.1038/nrm2124. PMID  17318225. S2CID  30268055.
  4. ^ Hamm J, Darzynkiewicz E, Tahara SM, Mattaj IW (август 1990 г.). «Структура триметилгуанозинового колпачка U1 snRNA является компонентом двухкомпонентного ядерного сигнала нацеливания». Cell . 62 (3): 569–577. doi :10.1016/0092-8674(90)90021-6. PMID  2143105. S2CID  41380601.
  5. ^ Selenko P, Sprangers R, Stier G, Bühler D, Fischer U, Sattler M (январь 2001 г.). «Структура домена SMN tudor и ее взаимодействие с белками Sm». Nature Structural Biology . 8 (1): 27–31. doi :10.1038/83014. PMID  11135666. S2CID  27071310.
  6. ^ Сингх Р., Редди Р. (ноябрь 1989 г.). «Гамма-монометилфосфат: кэп-структура в сплайсосомальной малой ядерной РНК U6». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (21): 8280–8283. Bibcode : 1989PNAS...86.8280S. doi : 10.1073 /pnas.86.21.8280 . PMC 298264. PMID  2813391. 
  7. ^ Kiss T (декабрь 2004 г.). «Биогенез малых ядерных РНП». Journal of Cell Science . 117 (Pt 25): 5949–5951. doi : 10.1242/jcs.01487 . PMID  15564372.
  8. ^ Will CL, Lührmann R (июль 2011 г.). «Структура и функция сплайсосомы». Cold Spring Harbor Perspectives in Biology . 3 (7): a003707. doi :10.1101/cshperspect.a003707. PMC 3119917. PMID 21441581  . 
  9. ^ Легрейн П., Серафин Б., Росбаш М. (сентябрь 1988 г.). «Раннее присоединение дрожжевой пре-мРНК к сплайсосомному пути». Молекулярная и клеточная биология . 8 (9): 3755–3760. doi :10.1128/MCB.8.9.3755. PMC 365433. PMID  3065622 . 
  10. ^ Burge CB, Tuschl T, Sharp PA (1999). «Сплайсинг предшественников мРНК сплайсосомами». The RNA World . CSH Monographs. Vol. 37 (2nd ed.). pp. 525–560. doi :10.1101/0.525-560 (неактивен 1 ноября 2024 г.) . Получено 13 апреля 2017 г.{{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  11. ^ Fica SM, Mefford MA, Piccirilli JA, Staley JP (май 2014). «Доказательства наличия интрон-подобного каталитического триплекса группы II в сплайсосоме». Nature Structural & Molecular Biology . 21 (5): 464–471. doi :10.1038/nsmb.2815. PMC 4257784 . PMID  24747940. 
  12. ^ Фика С.М., Таттл Н., Новак Т., Ли Н.С., Лу Дж., Кудатингал П., Дай Кью, Стейли Дж.П., Пичирилли Дж.А. (ноябрь 2013 г.). «РНК катализирует сплайсинг ядерной пре-мРНК». Природа . 503 (7475): 229–234. Бибкод : 2013Natur.503..229F. дои : 10.1038/nature12734. ПМК 4666680 . ПМИД  24196718. 
  13. ^ Steitz TA, Steitz JA (июль 1993 г.). «Общий механизм двухметаллических ионов для каталитической РНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (14): 6498–6502. Bibcode :1993PNAS...90.6498S. doi : 10.1073/pnas.90.14.6498 . PMC 46959 . PMID  8341661. 
  14. ^ Baserga SJ , Steitz JA (1993). «Разнообразный мир малых рибонуклеопротеинов». Мир РНК . Монографии CSH. Том 24. стр. 359–381. doi :10.1101/0.359-381 (неактивен 1 ноября 2024 г.) . Получено 13 апреля 2017 г.{{cite book}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  15. ^ Kaida D, Berg MG, Younis I, Kasim M, Singh LN, Wan L, Dreyfuss G (декабрь 2010 г.). «U1 snRNP защищает пре-мРНК от преждевременного расщепления и полиаденилирования». Nature . 468 (7324): 664–668. Bibcode :2010Natur.468..664K. doi :10.1038/nature09479. PMC 2996489 . PMID  20881964. 
  16. ^ Matera AG, Shpargel KB (июнь 2006 г.). «Насосная РНК: ядерное бодибилдинг вдоль конвейера RNP». Current Opinion in Cell Biology . 18 (3): 317–324. doi :10.1016/j.ceb.2006.03.005. PMID  16632338.
  17. ^ (Сарнат ХБ. Спинальные мышечные атрофии. В: Клигман РМ, Берман РЭ, Дженсон ХБ, Стэнтон БФ. Учебник педиатрии Нельсона. 19-е изд. Филадельфия, Пенсильвания: Elsevier; 2011:гл. 604.2.)
  18. ^ Wattendorf DJ, Muenke M (сентябрь 2005 г.). «Синдром Прадера-Вилли». American Family Physician . 72 (5): 827–830. PMID  16156341.
  19. ^ (Кук Д.В., Дивалл С.А., Радовик С. Нормальный и аберрантный рост. В: Мелмед С., ред. Уильямс Учебник эндокринологии. 12-е изд. Филадельфия: Saunders Elsevier; 2011:глава 24.)
  20. ^ Suzuki H, Kumar SA, Shuai S, Diaz-Navarro A, Gutierrez-Fernandez A, De Antonellis P, Cavalli FM, Juraschka K, Farooq H, Shibahara I, Vladoiu MC (ноябрь 2019 г.). «Повторяющиеся некодирующие мутации U1 snRNA приводят к скрытому сплайсингу в медуллобластоме SHH». Nature . 574 (7780): 707–711. Bibcode :2019Natur.574..707S. doi :10.1038/s41586-019-1650-0. ISSN  1476-4687. PMC 7141958 . PMID  31664194. 
  21. ^ Adachi H, Yu YT (ноябрь 2014 г.). «Взгляд на механизмы и функции псевдоуридилирования сплайсосомной мяРНК». World Journal of Biological Chemistry . 5 (4): 398–408. doi : 10.4331/wjbc.v5.i4.398 . PMC 4243145. PMID  25426264 . 
  22. ^ Каргаполова Y, Левин M, Лакнер K, Данквардт S (июнь 2017 г.). "sCLIP-интегрированная платформа для изучения интерактомов РНК-белок в биомедицинских исследованиях: идентификация CSTF2tau в альтернативной обработке малых ядерных РНК". Nucleic Acids Research . 45 (10): 6074–6086. doi :10.1093/nar/gkx152. PMC 5449641. PMID 28334977  . 

Внешние ссылки