Прерибосомальная РНК (пре-рРНК) является предшественником зрелой рибосомальной РНК ( рРНК ), которая является компонентом рибосом . Пре-рРНК сначала транскрибируется с рибосомальной ДНК (рДНК), затем расщепляется и преобразуется в зрелую рРНК.
Во время или сразу после транскрипции пре-рРНК из рДНК в ядрышке предшественник рибосомной РНК (пре-рРНК) модифицируется и связывается с несколькими рибосомными белками. [1] Малые ядрышковые РНК ( мякРНК ) диктуют модификации, спариваясь с целевыми сайтами в эукариотической пре-рРНК, а также могут играть роль в фолдинге пре-рРНК. Пре-рРНК содержит внешние транскрибируемые спейсеры (5'-ETS, 3'-ETS) на обоих концах, а также внутренние транскрибируемые спейсеры (ITS1, ITS2). Расщепления в сайтах A' и T1 удаляют 5'-ETS и 3'-ETS соответственно. Расщепления в сайтах A0, 1 и 2 приводят к образованию 18S рРНК. Расщепление сайта 3 может происходить до или после расщепления в сайтах A0, 1 и 2 и может отвечать за связь между путями процессинга рРНК 18S и 28S. Последние этапы процессинга рРНК требуют расщеплений в 3, 4', 4 и 5 для генерации зрелых 5.8S и 28S рРНК .
Исследования показывают, что одновременно с синтезом пре-рРНК или сразу после него в областях компонентов рРНК, 18S, 5.8S и 28S , происходят внутренние модификации , которые различаются в зависимости от типа клеток. Модификации пре-рРНК Xenopus включают десять метилирований оснований, 105 2'-O-метилирований рибозы и около 100 псевдоуридинов, в то время как рРНК дрожжей имеет только половину этих модификаций. [2] Небольшие пары оснований ядрышковой РНК с пре-рРНК определяют место модификаций. Отдельные семейства snoRNA выполняют различные модификации. Box C/D snoRNA направляет образование 2'-O-Me, в то время как Box H/ACA snoRNA направляет образование псевдоуридинов. Считается, что спаривание оснований snoRNA с пре-рРНК действует как шаперон в сворачивании зрелой рРНК.
Пре-рРНК включают три основных размера: 37S (дрожжи), 40S (Xenopus) и 45S (млекопитающие). В серии этапов около 80 рибосомных белков собираются с пре-рРНК. Во время транскрипции пре-рРНК связываются ранние рибосомные связывающие белки. [3] Считается, что этот 30S РНП, содержащий 45S пре-рРНК, является предшественником 80S РНП, который, в свою очередь, является предшественником 55S РНП. 55S РНП составляет ~75% ядрышковой популяции пре-рибосом. [4]
Для образования зрелой рРНК 18S, 5.8S и 28S, пре-рРНК 40S (Xenopus) и 45S (млекопитающие) должны пройти через ряд расщеплений, чтобы удалить внешние и внутренние спейсеры (ETS/ITS). Это можно сделать одним из двух путей. Путь 1 начинается с расщепления на участке 3, которое разделяет кодирующие области рРНК 5.8S и 28S в пре-РНК 32S от кодирующей области рРНК 18S в пре-РНК 20S. Путь 2 расщепляет на участках A0, 1 и 2 изначально, перед расщеплением на участке 3. [5]
U3 snoRNA, самая распространенная snoRNA, необходимая для обработки рРНК, влияет на выбранный путь. [6] Она ассоциируется с пре-рРНК через белок-белковые взаимодействия, а также спаривание оснований. Чтобы позволить U3 функционировать должным образом, требуется спаривание оснований между 3'-шарнирной областью U3 и комплементарными последовательностями в 5'-ETS. Однако спаривание между 5'-шарниром U3 и 5'-ETS может происходить, но не является необходимым для функционирования. [7] Нуклеолин, распространенный фосфопротеин, связывается с пре-рРНК сразу после транскрипции и облегчает спаривание оснований между шарнирами U3 snoRNA и ETS. [8]
Область, где 5'-ETS сшивается с U3, известна как сайт A' и иногда расщепляется в первичном событии процессинга в пре-рРНК млекопитающих. Расщепление этого сайта зависит от snoRNA U3, U14, E1 и E3, и хотя это расщепление не является предпосылкой для процессинга пре-рРНК, стыковка snoRNP имеет решающее значение для производства 18S рРНК. Вскоре после расщепления A' 3'-ETS расщепляется в сайте T1 snoRNA U8.
Последующее расщепление в сайтах A0, 1 и 2 требует U3 snoRNA, U14 snoRNA snR30 и snR10 у дрожжей, а также U22 snoRNA у Xenopus. Расщепление этих сайтов координируется, чтобы привести к зрелой 18S рРНК. Для расщепления A0 требуется Box A U3 snoRNA. [9] Если Box A U3 мутирует, расщепление A0 ингибируется, и хотя 20S пре-рРНК накапливается, она не обрабатывается в 19S рРНК, и расщепление в сайтах и 2 также ингибируется, что предполагает, что расщепление в A0 предшествует расщеплению в сайтах 1 и 2. Механизм расщепления сайта 1 пока не известен, однако положение U3 Box A вблизи сайта 1 помогает доказать, что Box A снова необходим для расщепления сайта A1. [10] Однако сайт 2 требует 3'-конца BoxA' и U3 snoRNA для расщепления. После расщепления сайта 2, 18S рРНК освобождается от пре-рРНК.
В то время как U3 snoRNA требуется для образования 18S рРНК, U8 snoRNA требуется для образования 5.8S и 28S рРНК. [11] Расщепление происходит на сайте 3, который находится около конца ITS1, и впоследствии образует 32S пре-рРНК, долгоживущее промежуточное соединение. Расщепление на сайте 4', в пределах ITS2, производит предшественника 5.8S РНК, который длиннее на своем 3'-конце. Чтобы обрезать 3'-конец, расщепление должно происходить на сайтах 4 и 5. Предполагается, что сайт 3 может служить связующим звеном между путями процессинга 18S и 28S рРНК в высших организмах. [12]
Пре-рРНК во всех биологических царствах демонстрируют сходства и различия. Эубактерии содержат 16S и 23S рРНК, которые находятся на вершине длинных спаренных оснований, которые служат местом для обработки расщепления РНКазой III . [13] Эти два стебля также обнаружены в пре-рРНК архебактерий , однако они не существуют в пре-рРНК Xenopus. Считается, что, хотя спаривание оснований происходит во всех типах пре-рРНК, оно происходит в цис-положении в эубактериальной пре-рРНК, тогда как у эукариот оно происходит в транс-положении между snoRNA и концами кодирующих рРНК областей в пре-рРНК. Не совсем ясно, почему все три царства обладают пре-рРНК, а не напрямую транскрибируют зрелые формы рРНК, но считается, что транскрибированные пространства в пре-рРНК могут играть определенную роль в правильном сворачивании рРНК.