Малая ядерная РНК ( мяРНК ) — это класс небольших молекул РНК , которые находятся в сплайсинговых спеклах и тельцах Кахаля клеточного ядра эукариотических клеток . Длина средней мяРНК составляет примерно 150 нуклеотидов. Они транскрибируются либо РНК-полимеразой II , либо РНК-полимеразой III . [1] Их основная функция заключается в обработке пре- мессенджерной РНК ( hnRNA ) в ядре. Также было показано, что они помогают в регуляции факторов транскрипции ( 7SK РНК ) или РНК-полимеразы II (РНК B2), а также поддерживают теломеры .
мяРНК всегда связаны с набором специфических белков, а комплексы называются малыми ядерными рибонуклеопротеинами ( мяРНП , часто произносится как «снурпс»). Каждая частица мяРНП состоит из компонента мяРНК и нескольких мяРНП-специфичных белков (включая белки Sm , семейство ядерных белков). Наиболее распространенные компоненты мяРНК человека в этих комплексах известны соответственно как: сплайсосомная РНК U1 , сплайсосомная РНК U2 , сплайсосомная РНК U4 , сплайсосомная РНК U5 и сплайсосомная РНК U6 . Их номенклатура обусловлена высоким содержанием уридина .
мяРНК 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 имели высокое содержание уридилата и располагались в ядре.
мяРНК и малые ядрышковые РНК (мяРНК) — это не одно и то же, и ни одна из них не является подтипом другой. Оба они разные и относятся к классу малых РНК. Это небольшие молекулы РНК, которые играют важную роль в биогенезе РНК и управляют химическими модификациями рибосомальных РНК (рРНК) и других генов РНК (тРНК и мяРНК). Они расположены в ядрышках и тельцах Кахаля эукариотических клеток (основные места синтеза РНК), где они называются scaRNA ( малые РНК, специфичные для тел Кахаля).
мяРНК часто делят на два класса на основании 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 , более широко изучен и состоит из U1, U2, U4, U4atac , U5, U7 , U11 и U12 . мяРНК класса Sm транскрибируются РНК-полимеразой II . Пре-мяРНК транскрибируются и получают в ядре обычный пятиштриховый кэп 7-метилгуанозина . Затем они экспортируются в цитоплазму через ядерные поры для дальнейшей обработки. В цитоплазме мяРНК подвергается обрезке 3' с образованием структуры 3' "стебель-петля", а также гиперметилированию 5'-кэпа с образованием триметилгуанозина. [4] Структура 3'-ствола необходима для распознавания выживающим белком двигательного нейрона (SMN). [5] Этот комплекс собирает мяРНК в стабильные рибонуклеопротеины (РНП). Модифицированный 5'-кэп затем необходим для импорта мяРНП обратно в ядро. Все эти богатые уридином мяРНК, за исключением U7, образуют ядро сплайсосомы . Сплайсинг, или удаление интронов , является основным аспектом посттранскрипционной модификации и происходит только в ядре эукариот. Было обнаружено, что мяРНК U7 участвует в процессинге пре-мРНК гистонов .
Второй класс, известный как мяРНК Lsm-класса , 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 кэп [6] и 3'-стебель-петлю, оканчивающуюся участком уридинов, которые образуют сайт связывания для отдельного гетерогептамерного кольца белков Lsm. [7]
Сплайсосомы катализируют сплайсинг — неотъемлемый этап созревания матричной РНК-предшественника эукариот. Ошибка сплайсинга даже одного нуклеотида может иметь разрушительные последствия для клетки, и для обеспечения выживания клетки необходим надежный и воспроизводимый метод процессинга РНК. Сплайсосома представляет собой большой комплекс белок-РНК, состоящий из пяти малых ядерных РНК (U1, U2, U4, U5 и U6) и более 150 белков. МпРНК вместе со связанными с ними белками образуют рибонуклеопротеиновые комплексы (мяРНП), которые связываются со специфическими последовательностями на субстрате пре-мРНК . [8] Этот сложный процесс приводит к двум последовательным реакциям переэтерификации. В результате этих реакций образуется свободный лариатный интрон и лигируются два экзона с образованием зрелой мРНК. Существует два отдельных класса сплайсосом. Основной класс, который гораздо более распространен в эукариотических клетках, сращивает преимущественно интроны U2-типа. Начальным этапом сплайсинга является связывание мяРНП U1 и связанных с ним белков с 5'-концом сплайсинга РНК . Это создает коммитирующий комплекс, который будет ограничивать путь гнРНК по пути сплайсинга. [9] Затем мяРНП U2 рекрутируется в сайт связывания сплайсосомы и образует комплекс А, после чего комплекс три-мяРНП U5.U4/U6 связывается с комплексом А, образуя структуру, известную как комплекс В. После перегруппировки комплекс С образуется, и сплайсосома активна в катализе. [10] В каталитически активных сплайсосомах U2 и U6 мяРНК сворачиваются, образуя консервативную структуру, называемую каталитическим триплексом. [11] Эта структура координирует два иона магния, которые образуют активный центр сплайсосомы. [12] [13] Это пример РНК-катализа .
В дополнение к этому основному сплайсосомному комплексу существует гораздо менее распространенная (~ 1%) второстепенная сплайсосома . Этот комплекс включает мяРНП U11, U12, U4atac, U6atac и U5. Эти мяРНП являются функциональными аналогами мяРНП, используемых в основной сплайсосоме. Минорная сплайсосома осуществляет сращивание интронов типа U12. Два типа интронов в основном различаются по сайтам сплайсинга: интроны типа U2 имеют 5'- и 3'-сайты сплайсинга GT-AG, тогда как интроны типа U12 имеют AT-AC на 5'- и 3'-концах. Минорная сплайсосома выполняет свою функцию по другому пути, чем основная сплайсосома.
U1 snRNP является инициатором сплайсосомной активности в клетке путем спаривания оснований с 5'-сайтом сплайсинга пре-мРНК. Экспериментальные данные показали, что в основной сплайсосоме мяРНП U1 присутствует в равной стехиометрии с мяРНП U2, U4, U5 и U6. Однако количество мяРНП U1 в клетках человека намного выше, чем у других мяРНП. [14] Исследования показали, что благодаря нокдауну гена мяРНК U1 в клетках HeLa мяРНК U1 имеет большое значение для клеточной функции. Когда гены мяРНК U1 были нокаутированы, геномные микрочипы показали повышенное накопление несплайсированной пре-мРНК. [15] Кроме того, было показано, что нокаут вызывает преждевременное расщепление и полиаденилирование преимущественно в интронах, расположенных вблизи начала транскрипта. Когда другие мяРНК на основе уридина были нокаутированы, этот эффект не наблюдался. Таким образом, было показано, что спаривание оснований U1 мяРНК и пре-мРНК защищает пре-мРНК от полиаденилирования, а также от преждевременного расщепления. Эта особая защита может объяснить избыток мяРНК U1 в клетке.
Благодаря изучению малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП) и малых ядрышковых (sno)РНП мы смогли лучше понять многие важные заболевания.
Спинальная мышечная атрофия . Мутации в гене выживающего мотонейрона-1 (SMN1) приводят к дегенерации спинальных мотонейронов и серьезному истощению мышц. Белок SMN собирает мяРНП класса Sm, а также, вероятно, мяРНП и другие РНП. [16] Спинальная мышечная атрофия встречается у 1 из 6000 человек и является второй по значимости причиной нервно-мышечных заболеваний после мышечной дистрофии Дюшенна . [17]
Врожденный дискератоз . Также обнаружено, что мутации в собранных мяРНП являются причиной врожденного дискератоза, редкого синдрома, который проявляется аномальными изменениями в коже, ногтях и слизистых оболочках. Некоторые конечные последствия этого заболевания включают недостаточность костного мозга, а также рак. Было показано, что этот синдром возникает в результате мутаций в нескольких генах, включая дискерин , теломеразную РНК и обратную транскриптазу теломеразы . [18]
Синдром Прадера-Вилли . Этот синдром поражает примерно 1 из 12 000 человек и проявляется сильным голодом, когнитивными и поведенческими проблемами, плохим мышечным тонусом и низким ростом. [19] Синдром связан с удалением участка отцовской хромосомы 15, который не экспрессируется на материнской хромосоме. Эта область включает специфичную для мозга мяРНК, которая нацелена на мРНК рецептора серотонина -2C .
Медуллобластома . В некоторых опухолях головного мозга мутирует мяРНК U1 , что приводит к изменению сплайсинга РНК . [20] Мутации преимущественно возникают в опухолях взрослых и связаны с плохим прогнозом.
У эукариот мяРНК содержат значительное количество модификаций 2'-О-метилирования и псевдоуридилирований . [21] Эти модификации связаны с активностью мякРНК , которая канонически модифицирует преждезрелые 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 индуцировать распад их РНК. [22] Этот механизм, регулирующий количество snRNAs, в свою очередь, связан с широко распространенным изменением альтернативного сплайсинга РНК.
{{cite book}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )