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 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.
Одна из концевых фосфатных групп удаляется РНК-трифосфатазой , оставляя бисфосфатную группу (т.е. 5'(ppN)[pN] n );
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 ;
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]
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]
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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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.
^ 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
«РНК-шапки». PubMed Медицинская предметная рубрика (MeSH) . Национальные институты здоровья.