stringtranslate.com

Пятипростая крышка

В молекулярной биологии пятиштриховой кэп ( 5'-кэп ) представляет собой специально измененный нуклеотид на 5'-конце некоторых первичных транскриптов , таких как информационная РНК-предшественница . Этот процесс, известный как кэпирование мРНК , строго регулируется и жизненно важен для создания стабильной и зрелой информационной РНК, способной подвергаться трансляции во время синтеза белка . Митохондриальная мРНК [1] и мРНК хлоропластов [2] не кэпированы.

Состав

5'-кэповая структура (кэп-2).
Структура рибозы, показывающая положения атомов углерода 2', 3' и 5'.

У эукариот 5'-кэп (cap-0), расположенный на 5'-конце молекулы мРНК, состоит из гуанинового нуклеотида, соединенного с мРНК посредством необычной 5'-5'- трифосфатной связи. Этот гуанозин метилируется в положении 7 непосредственно после кэпирования in vivo метилтрансферазой . [3] [4] [5] [6] Его называют 7-метилгуанилатным кэпом, сокращенно m 7 G.

У многоклеточных эукариот и некоторых вирусов [7] существуют дальнейшие модификации, включая метилирование 2'- гидроксигрупп первых двух рибозных сахаров на 5'-конце мРНК. cap-1 имеет метилированную 2'-гидроксильную группу на первом сахаре рибозы, тогда как cap-2 имеет метилированные 2'-гидроксигруппы на первых двух сахарах рибозы, как показано справа. 5'-кэп химически подобен 3'-концу молекулы РНК (5'-углерод кэп-рибозы связан, а 3'-конец не связан). Это обеспечивает значительную устойчивость к 5'- экзонуклеазам . [ нужна цитата ]

Малые ядерные РНК содержат уникальные 5'-кэпы. мяРНК класса Sm обнаруживаются с 5'-триметилгуанозиновыми кэпами, тогда как мяРНК класса Lsm обнаруживаются с 5'-монометилфосфатными кэпами. [8]

У бактерий и, возможно, также у высших организмов некоторые РНК кэпированы НАД + , НАДН или 3'-дефосфокоферментом А. [9] [10]

У всех организмов молекулы мРНК могут быть декепированы в процессе, известном как декепирование матричной РНК .

Процесс ограничения

Отправной точкой для кэпирования 7-метилгуанилатом является неизмененный 5'-конец молекулы РНК, который оканчивается трифосфатной группой. Это включает в себя последний нуклеотид, за которым следуют три фосфатные группы, прикрепленные к 5'-углероду. [3] Процесс кэпирования инициируется до завершения транскрипции, поскольку синтезируется зарождающаяся пре-мРНК.

  1. Одна из концевых фосфатных групп удаляется РНК-трифосфатазой , оставляя бисфосфатную группу (т.е. 5'(ppN)[pN] n );
  2. ГТФ присоединяется к терминальному бисфосфату с помощью мРНК-гуанилилтрансферазы , при этом теряя пирофосфат из субстрата ГТФ. Это приводит к образованию 5'-5'-трифосфатной связи, образуя 5'(Gp)(ppN)[pN] n ;
  3. 7-Азот гуанина метилируется мРНК (гуанин- N 7-)-метилтрансферазой , при этом S -аденозил- L -метионин деметилируется с образованием S -аденозил- L -гомоцистеина , в результате чего образуется 5'(m7Gp)(ppN). [pN] n (кэп-0);
  4. Могут возникать модификации, прилегающие к кэпу, обычно к первому и второму нуклеотидам, с образованием до 5'(m7Gp)(ppN*)(pN*)[pN] n (cap-1 и cap-2); [7]
  5. Если ближайшим к кэпу нуклеотидом является 2'- O -рибозометиладенозин (т.е. 5'(m7Gp)(ppAm)[pN] n ), он может быть дополнительно метилирован в метильном положении N6 с образованием N6 - метиладенозина , в результате чего получается 5'(m7Gp)(ppm6Am)[pN] n . [3]

Механизм кэпирования с помощью НАД + , НАДН или 3'-дефосфокофермента А различен. Кэпирование с помощью НАД + , НАДН или 3'-дефосфо-кофермента А осуществляется посредством «механизма кэпирования ab initio», при котором НАД + , НАДН или 3'-дезфосфо-кофермент А служат «неканоническим инициирующим нуклеотидом». (NCIN) для инициации транскрипции РНК -полимеразой и, таким образом, непосредственно встраивается в продукт РНК. [9] И бактериальная РНК-полимераза, и эукариотическая РНК-полимераза II способны осуществлять этот «механизм кэпирования ab initio». [9]

Таргетинг

При кэпировании 7-метилгуанилатом кэпирующий ферментный комплекс (CEC) связывается с РНК-полимеразой II до начала транскрипции. Как только 5'-конец нового транскрипта выходит из РНК-полимеразы II, ЦИК осуществляет процесс кэпирования (этот механизм обеспечивает кэпирование, как и при полиаденилировании ). [11] [12] [13] [14] Ферменты кэпирования могут связываться только с РНК-полимеразой II , обеспечивая специфичность только к этим транскриптам, которые почти полностью состоят из мРНК. [12] [14]

Кэпирование с помощью НАД + , НАДН или 3'-дефосфокофермента А осуществляется с помощью последовательности промотора . [9] Кэпирование с помощью НАД+, НАДН или 3'-дефосфокофермента А происходит только на промоторах, которые имеют определенные последовательности в месте начала транскрипции и непосредственно перед ним, и поэтому происходит только для РНК, синтезированных с определенных промоторов. [9]

Функция

5'-колпачок выполняет четыре основные функции:

  1. Регулирование ядерного экспорта; [15] [16]
  2. Предотвращение деградации экзонуклеазами ; [9] [17] [18] [19]
  3. Содействие трансляции (см. Рибосома и трансляция ); [3] [4] [5]
  4. Продвижение проксимального удаления 5'-интрона. [20]

Ядерный экспорт РНК регулируется кэп -связывающим комплексом (CBC), который связывается исключительно с РНК, кэпированной 7-метилгуанилатом. Затем CBC распознается комплексом ядерных пор и экспортируется. Попав в цитоплазму после первого раунда трансляции, CBC заменяется факторами трансляции eIF4E и eIF4G комплекса eIF4F . [6] Затем этот комплекс распознается другими механизмами инициации трансляции, включая рибосому. [21]

Кэпирование 7-метилгуанилатом предотвращает деградацию 5' двумя способами. Во-первых, деградация мРНК 5'-экзонуклеазами предотвращается (как упоминалось выше), поскольку она функционально выглядит как 3'-конец. Во-вторых, CBC и eIF4E/eIF4G блокируют доступ декапирующих ферментов к кэпу. Это увеличивает период полураспада мРНК, что важно для эукариот, поскольку процессы экспорта и трансляции занимают значительное время.

Декэппинг мРНК, кэпированной 7-метилгуанилатом, катализируется декэпирующим комплексом, состоящим по крайней мере из Dcp1 и Dcp2, которые должны конкурировать с eIF4E за связывание кэпа. Таким образом, 7-метилгуанилатный кэп является маркером активно транслируемой мРНК и используется клетками для регулирования периода полураспада мРНК в ответ на новые стимулы. Нежелательные мРНК отправляются в Р-тела для временного хранения или декапирования, детали которого еще решаются. [22]

Механизм продвижения проксимального вырезания 5'-интрона не совсем понятен, но 7-метилгуанилатный кэп, по-видимому, образует петлю и взаимодействует со сплайсосомой в процессе сплайсинга, способствуя вырезанию интрона.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Темперли Р.Дж., Видро М., Лайтаулерс Р.Н., Хшановска-Лайтаулерс З.М. (июнь 2010 г.). «Митохондриальные мРНК человека — как представители всех семейств, похожие, но разные». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Биоэнергетика . 1797 (6–7): 1081–1085. дои : 10.1016/j.bbabio.2010.02.036. ПМК  3003153 . ПМИД  20211597.
  2. ^ Monde RA, Schuster G, Stern DB (7 июня 2000 г.). «Обработка и деградация мРНК хлоропластов». Биохимия . 82 (6–7): 573–582. дои : 10.1016/S0300-9084(00)00606-4. ПМИД  10946108.
  3. ^ abcd Шаткин, А (декабрь 1976 г.). «Кэпирование эукариотических мРНК». Клетка . 9 (4): 645–653. дои : 10.1016/0092-8674(76)90128-8. PMID  1017010. S2CID  26743858.
  4. ^ аб Банерджи АК (июнь 1980 г.). «Структура 5'-концевой кепки эукариотических рибонуклеиновых кислот». Микробиологические обзоры . 44 (2): 175–205. дои : 10.1128/mmbr.44.2.175-205.1980. ПМЦ 373176 . ПМИД  6247631. 
  5. ^ аб Соненберг Н., Гинграс AC (апрель 1998 г.). «Белок, связывающий 5'-кэп мРНК eIF4E, и контроль роста клеток». Современное мнение в области клеточной биологии . 10 (2): 268–275. дои : 10.1016/S0955-0674(98)80150-6. ПМИД  9561852.
  6. ^ ab Маркотриджано Дж., Гинграс AC, Соненберг Н., Берли С.К. (июнь 1997 г.). «Сокристаллическая структура 5'-кэп-связывающего белка информационной РНК (eIF4E), связанного с 7-метил-GDP». Клетка . 89 (6): 951–961. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80280-9 . PMID  9200613. S2CID  15200116.
  7. ^ аб Фехтер П., Браунли Г.Г. (май 2005 г.). «Распознавание кэп-структур мРНК вирусными и клеточными белками». Журнал общей вирусологии . 86 (Часть 5): 1239–1249. дои : 10.1099/vir.0.80755-0 . ПМИД  15831934.
  8. ^ Матера АГ, Тернс Р.М., Тернс MP (март 2007 г.). «Некодирующие РНК: уроки малых ядерных и малых ядрышковых РНК». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 8 (3): 209–220. дои : 10.1038/nrm2124. PMID  17318225. S2CID  30268055.
  9. ^ abcdef Берд Дж.Г., Чжан Ю., Тиан Ю., Панова Н., Барвик И., Грин Л., Лю М., Бакли Б., Красны Л., Ли Дж.К., Каплан CD, Эбрайт Р.Х., Никелс Б.Е. (июль 2016 г.). «Механизм кэпирования 5' РНК НАД+, НАДН и десфосфо-КоА». Природа . 535 (7612): 444–447. Бибкод : 2016Natur.535..444B. дои : 10.1038/nature18622. ПМЦ 4961592 . ПМИД  27383794. 
  10. ^ Кахова Х, Винц МЛ, Хёфер К, Нюбель Г, Яшке А (март 2015 г.). «NAD captureSeq указывает на то, что НАД является бактериальным колпачком для подмножества регуляторных РНК». Природа . 519 (7543): 374–377. Бибкод : 2015Natur.519..374C. дои : 10.1038/nature14020. PMID  25533955. S2CID  4446837.
  11. ^ Чо Э.Дж., Такаги Т., Мур С.Р., Буратовски С. (декабрь 1997 г.). «Фермент, кэпирующий мРНК, рекрутируется в транскрипционный комплекс путем фосфорилирования карбокси-концевого домена РНК-полимеразы II». Гены и развитие . 11 (24): 3319–3326. дои : 10.1101/gad.11.24.3319. ПМК 316800 . ПМИД  9407025. 
  12. ^ аб Фабрега С., Шен В., Шуман С., Лима CD (июнь 2003 г.). «Структура фермента, кэпирующего мРНК, связанного с фосфорилированным карбокси-концевым доменом РНК-полимеразы II». Молекулярная клетка . 11 (6): 1549–1561. дои : 10.1016/S1097-2765(03)00187-4 . ПМИД  12820968.
  13. ^ Хо СК, Леман К, Шуман С (декабрь 1999 г.). «Основной поверхностный мотив (WAQKW) дрожжевой РНК-трифосфатазы опосредует образование ферментативного комплекса, кэпирующего мРНК, с РНК-гуанилилтрансферазой». Исследования нуклеиновых кислот . 27 (24): 4671–4678. дои : 10.1093/нар/27.24.4671. ПМЦ 148765 . ПМИД  10572165. 
  14. ^ аб Хиросе Ю., Мэнли Дж.Л. (июнь 2000 г.). «РНК-полимераза II и интеграция ядерных событий». Гены и развитие . 14 (12): 1415–1429. дои : 10.1101/gad.14.12.1415 . PMID  10859161. S2CID  43589702 . Проверено 23 ноября 2014 г.
  15. ^ Виза Н, Изаурральде Э, Феррейра Дж, Данехолт Б, Маттай И.В. (апрель 1996 г.). «Комплекс, связывающий ядерный кэп, котранскрипционно связывает пре-мРНК кольца Бальбиани и сопровождает рибонуклеопротеиновую частицу во время ядерного экспорта». Журнал клеточной биологии . 133 (1): 5–14. дои : 10.1083/jcb.133.1.5. ПМК 2120770 . ПМИД  8601613. 
  16. ^ Льюис Дж. Д., Изаурральд Э (июль 1997 г.). «Роль кэп-структуры в процессинге РНК и ядерном экспорте». Европейский журнал биохимии . 247 (2): 461–469. дои : 10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x . ПМИД  9266685.
  17. ^ Евдокимова В, Рузанов П, Иматака Х, Раф Б, Свиткин Ю, Овчинников ЛП, Соненберг Н (октябрь 2001 г.). «Основной белок YB-1, ассоциированный с мРНК, является мощным 5'-кэп-зависимым стабилизатором мРНК». Журнал ЭМБО . 20 (19): 5491–5502. дои : 10.1093/emboj/20.19.5491. ПМК 125650 . ПМИД  11574481. 
  18. ^ Гао М., Фриц Д.Т., Форд Л.П., Вилуш Дж. (март 2000 г.). «Взаимодействие между поли(А)-специфической рибонуклеазой и 5'-кэпом влияет на скорость деаденилирования мРНК in vitro». Молекулярная клетка . 5 (3): 479–488. дои : 10.1016/S1097-2765(00)80442-6. ПМЦ 2811581 . ПМИД  10882133. 
  19. ^ Буркард К.Т., Батлер Дж.С. (январь 2000 г.). «Ядерная 3’–5’-экзонуклеаза, участвующая в деградации мРНК, взаимодействует с полимеразой Poly (A) и белком hnRNA Npl3p». Молекулярная и клеточная биология . 20 (2): 604–616. дои : 10.1128/MCB.20.2.604-616.2000. ПМЦ 85144 . ПМИД  10611239. 
  20. ^ Конарска М.М., Паджетт Р.А., Шарп П.А. (октябрь 1984 г.). «Распознавание кэп-структуры при сплайсинге предшественников мРНК in vitro». Клетка . 38 (3): 731–736. дои : 10.1016/0092-8674(84)90268-X. PMID  6567484. S2CID  10721149.
  21. ^ Капп Л.Д., Лорш-младший (2004). «Молекулярная механика эукариотической трансляции». Ежегодный обзор биохимии . 73 (1): 657–704. doi : 10.1146/annurev.biochem.73.030403.080419. ПМИД  15189156.
  22. ^ Паркер Р., Шет У (март 2007 г.). «P-тельца и контроль трансляции и деградации мРНК». Молекулярная клетка . 25 (5): 635–646. doi : 10.1016/j.molcel.2007.02.011 . ПМИД  17349952.

Внешние ссылки