stringtranslate.com

Пятикратный предел

В молекулярной биологии пятиконечный кэп ( 5′ кэп ) представляет собой специально измененный нуклеотид на 5′ конце некоторых первичных транскриптов , таких как предшественники матричной РНК . Этот процесс, известный как кэпирование мРНК , строго регулируется и жизненно важен для создания стабильной и зрелой матричной РНК, способной транслироваться во время синтеза белка . Митохондриальная мРНК [1] и хлоропластная мРНК [2] не кэпированы.

Структура

Структура 5′ кэпа (кэп-2).
Структура рибозы, показывающая положение 2′, 3′ и 5′ атомов углерода.

У эукариот 5′ кэп (кэп-0), находящийся на 5′ конце молекулы мРНК, состоит из гуанинового нуклеотида, связанного с мРНК через необычную 5′ к 5′ трифосфатную связь. Этот гуанозин метилируется в 7 положении непосредственно после кэпирования in vivo метилтрансферазой . [3] [4] [ 5] [6] Он называется 7-метилгуанилатным кэпом, сокращенно m 7 G.

У многоклеточных эукариот и некоторых вирусов [7] существуют дальнейшие модификации, включая метилирование 2′ гидроксигрупп первых 2 рибозных сахаров 5′ конца мРНК. cap-1 имеет метилированную 2′-гидроксигруппу на первом рибозном сахаре, тогда как cap-2 имеет метилированные 2′-гидроксигруппы на первых двух рибозных сахарах, показанных справа. 5′ cap химически похож на 3 ′ конец молекулы РНК (5′ углерод рибозы cap связан, а 3′ не связан). Это обеспечивает значительную устойчивость к 5′ экзонуклеазам . [ необходима цитата ]

Малые ядерные РНК содержат уникальные 5′-колпачки. МРНК класса Sm обнаружены с 5′-триметилгуанозиновыми колпачками, тогда как МРНК класса Lsm обнаружены с 5′-монометилфосфатными колпачками. [8]

У бактерий , а также, возможно, и у высших организмов, некоторые РНК покрыты НАД + , НАДН или 3′-дефосфо-коферментом А. [ 9] [10]

У всех организмов молекулы мРНК могут быть декапсулированы в процессе, известном как декапсулирование матричной РНК .

Процесс укупорки

Начальной точкой для кэппинга 7-метилгуанилатом является неизмененный 5'-конец молекулы РНК, который заканчивается трифосфатной группой. Это представляет собой конечный нуклеотид, за которым следуют три фосфатные группы, присоединенные к 5'-углероду. [3] Процесс кэппинга инициируется до завершения транскрипции, когда синтезируется зарождающаяся пре-мРНК.

  1. Одна из концевых фосфатных групп удаляется РНК-трифосфатазой , оставляя бисфосфатную группу (т.е. 5′(ppN)[pN] n );
  2. GTP добавляется к терминальному бисфосфату мРНК гуанилилтрансферазой , теряя пирофосфат из субстрата GTP в этом процессе. Это приводит к 5′–5′ трифосфатной связи, производя 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 , что приводит к образованию 5′(m7Gp)(ppN)[pN] n (cap-0);
  4. Модификации, смежные с кэпом, могут происходить, как правило, с первым и вторым нуклеотидами, образуя до 5′(m7Gp)(ppN*)(pN*)[pN] n (кэп-1 и кэп-2); [7]
  5. Если ближайший к кэпу нуклеотид представляет собой 2′- O -рибозометиладенозин (т.е. 5′(m7Gp)(ppAm)[pN] n ), он может быть дополнительно метилирован в метильной позиции N6 с образованием N 6- метиладенозина , что приводит к 5′(m7Gp)(ppm6Am)[pN] n . [3]

Механизм кэппинга с помощью NAD + , NADH или 3′-дефосфо-кофермента A отличается. Кэппинг с помощью NAD + , NADH или 3′-дефосфо-кофермента A осуществляется посредством «ab initio механизма кэппинга», в котором NAD + , NADH или 3′-дефосфо-кофермент A служит «неканоническим инициирующим нуклеотидом» (NCIN) для инициации транскрипции РНК -полимеразой и, таким образом, напрямую включается в продукт РНК. [9] Как бактериальная РНК-полимераза, так и эукариотическая РНК-полимераза II способны осуществлять этот «ab initio механизм кэппинга». [9]

Нацеливание

Для кэппинга с 7-метилгуанилатом комплекс ферментов кэппинга (CEC) связывается с РНК-полимеразой II до начала транскрипции. Как только 5'-конец нового транскрипта выходит из РНК-полимеразы II, CEC осуществляет процесс кэппинга (этот тип механизма обеспечивает кэппинг, как и при полиаденилировании ). [11] [12] [13] [14] Ферменты для кэппинга могут связываться только с РНК-полимеразой II , обеспечивая специфичность только к этим транскриптам, которые почти полностью являются мРНК. [12] [14]

Кэппинг с помощью NAD + , NADH или 3′-дефосфо-кофермента A осуществляется с помощью последовательности промотора . [9] Кэппинг с помощью NAD+, NADH или 3′-дефосфо-кофермента A происходит только на промоторах, которые имеют определенные последовательности в месте начала транскрипции и непосредственно перед ним, и, следовательно, происходит только для РНК, синтезированных с определенных промоторов. [9]

Функция

5′-колпачок имеет четыре основные функции:

  1. Регулирование ядерного экспорта; [15] [16]
  2. Предотвращение деградации экзонуклеазами ; [9] [17] [18] [19]
  3. Продвижение трансляции (см. рибосома и трансляция ); [3] [4] [5]
  4. Стимулирование вырезания 5′ проксимального интрона. [20]

Ядерный экспорт РНК регулируется комплексом связывания кэпа (CBC), который связывается исключительно с РНК, кэпированной 7-метилгуанилатом. Затем CBC распознается комплексом ядерной поры и экспортируется. Попав в цитоплазму после пионерского 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 5'-деградацию двумя способами. Во-первых, деградация мРНК 5'-экзонуклеазами предотвращается (как упоминалось выше), функционально выглядя как 3'-конец. Во-вторых, CBC и eIF4E/eIF4G блокируют доступ ферментов декепирования к кэпу. Это увеличивает период полураспада мРНК, что необходимо эукариотам, поскольку процессы экспорта и трансляции занимают значительное время.

Декапирование мРНК, кэпированной 7-метилгуанилатом, катализируется комплексом декапирования, состоящим по крайней мере из Dcp1 и Dcp2, которые должны конкурировать с eIF4E за связывание колпачка. Таким образом, 7-метилгуанилатный колпачок является маркером активно транслирующей мРНК и используется клетками для регулирования полупериода жизни мРНК в ответ на новые стимулы. Нежелательные мРНК отправляются в P-тела для временного хранения или декапирования, детали которого все еще решаются. [22]

Механизм стимуляции вырезания 5'-проксимального интрона изучен недостаточно, но, по-видимому, 7-метилгуанилатный колпачок образует петлю и взаимодействует со сплайсосомой в процессе сплайсинга, способствуя вырезанию интрона.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Temperley RJ, Wydro M, Lightowlers RN, Chrzanowska-Lightowlers ZM (июнь 2010 г.). «Митохондриальные мРНК человека — как и члены всех семейств, похожие, но разные». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1797 (6–7): 1081–1085. doi :10.1016/j.bbabio.2010.02.036. PMC  3003153. PMID  20211597 .
  2. ^ Monde RA, Schuster G, Stern DB (7 июня 2000 г.). «Обработка и деградация хлоропластной мРНК». Biochimie . 82 (6–7): 573–582. doi :10.1016/S0300-9084(00)00606-4. PMID  10946108.
  3. ^ abcd Шаткин, А (декабрь 1976 г.). «Кэпирование эукариотических мРНК». Cell . 9 (4): 645–653. doi :10.1016/0092-8674(76)90128-8. PMID  1017010. S2CID  26743858.
  4. ^ ab Banerjee AK (июнь 1980). "5′-концевая структура кэпа в эукариотических мессиральных рибонуклеиновых кислотах". Microbiological Reviews . 44 (2): 175–205. doi :10.1128/mmbr.44.2.175-205.1980. PMC 373176 . PMID  6247631. 
  5. ^ ab Sonenberg N, Gingras AC (апрель 1998 г.). «Белок eIF4E, связывающий мРНК 5′, и контроль роста клеток». Current Opinion in Cell Biology . 10 (2): 268–275. doi :10.1016/S0955-0674(98)80150-6. PMID  9561852.
  6. ^ ab Marcotrigiano J, Gingras AC, Sonenberg N, Burley SK (июнь 1997 г.). "Сокристаллическая структура белка, связывающего 5′ кэп-миссионную РНК (eIF4E), связанного с 7-метил-GDP". Cell . 89 (6): 951–961. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80280-9 . PMID  9200613. S2CID  15200116.
  7. ^ ab Fechter P, Brownlee GG (май 2005 г.). «Распознавание структур кэпа мРНК вирусными и клеточными белками». Журнал общей вирусологии . 86 (ч. 5): 1239–1249. doi : 10.1099/vir.0.80755-0 . PMID  15831934.
  8. ^ 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.
  9. ^ abcdef Bird JG, Zhang Y, Tian Y, Panova N, Barvík I, Greene L, Liu M, Buckley B, Krásný L, Lee JK, Kaplan CD, Ebright RH, Nickels BE (июль 2016 г.). «Механизм РНК 5′ capping с NAD+, NADH и desphospho-CoA». Nature . 535 (7612): 444–447. Bibcode :2016Natur.535..444B. doi :10.1038/nature18622. PMC 4961592 . PMID  27383794. 
  10. ^ Cahová H, Winz ML, Höfer K, Nübel G, Jäschke A (март 2015 г.). «NAD captureSeq указывает на NAD как на бактериальный колпачок для подмножества регуляторных РНК». Nature . 519 (7543): 374–377. Bibcode :2015Natur.519..374C. doi :10.1038/nature14020. PMID  25533955. S2CID  4446837.
  11. ^ Cho EJ, Takagi T, Moore CR, Buratowski S (декабрь 1997 г.). «фермент, кэпирующий мРНК, привлекается к транскрипционному комплексу путем фосфорилирования карбоксиконцевого домена РНК-полимеразы II». Genes & Development . 11 (24): 3319–3326. doi :10.1101/gad.11.24.3319. PMC 316800 . PMID  9407025. 
  12. ^ ab Fabrega C, Shen V, Shuman S, Lima CD (июнь 2003 г.). «Структура фермента, кэпирующего мРНК, связанного с фосфорилированным карбоксиконцевым доменом РНК-полимеразы II». Molecular Cell . 11 (6): 1549–1561. doi : 10.1016/S1097-2765(03)00187-4 . PMID  12820968.
  13. ^ Ho CK, Lehman K, Shuman S (декабрь 1999 г.). «Необходимый поверхностный мотив (WAQKW) трифосфатазы РНК дрожжей опосредует образование комплекса фермента, покрывающего мРНК, с гуанилилтрансферазой РНК». Nucleic Acids Research . 27 (24): 4671–4678. doi :10.1093/nar/27.24.4671. PMC 148765 . PMID  10572165. 
  14. ^ ab Hirose Y, Manley JL (июнь 2000 г.). «РНК-полимераза II и интеграция ядерных событий». Genes & Development . 14 (12): 1415–1429. doi : 10.1101/gad.14.12.1415 . PMID  10859161. S2CID  43589702 . Получено 23 ноября 2014 г. .
  15. ^ Visa N, Izaurralde E, Ferreira J, Daneholt B, Mattaj IW (апрель 1996 г.). «Ядерный комплекс связывания колпачка связывает пре-мРНК кольца Бальбиани котранскрипционно и сопровождает частицу рибонуклеопротеина во время ядерного экспорта». Журнал клеточной биологии . 133 (1): 5–14. doi :10.1083/jcb.133.1.5. PMC 2120770. PMID 8601613  . 
  16. ^ Льюис Дж. Д., Изаурральде Э. (июль 1997 г.). «Роль структуры колпачка в обработке РНК и ядерном экспорте». Европейский журнал биохимии . 247 (2): 461–469. doi : 10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x . PMID  9266685.
  17. ^ Евдокимова В, Рузанов П, Иматака Х, Раф Б, Свиткин Ю, Овчинников ЛП, Соненберг Н (октябрь 2001 г.). «Основной ассоциированный с мРНК белок YB-1 является мощным 5′ кэп-зависимым стабилизатором мРНК». Журнал EMBO . 20 (19): 5491–5502. doi :10.1093/emboj/20.19.5491. PMC 125650. PMID  11574481 . 
  18. ^ Gao M, Fritz DT, Ford LP, Wilusz J (март 2000 г.). «Взаимодействие между поли(А)-специфической рибонуклеазой и 5′ кэпом влияет на скорость деаденилирования мРНК in vitro». Molecular Cell . 5 (3): 479–488. doi :10.1016/S1097-2765(00)80442-6. PMC 2811581 . PMID  10882133. 
  19. ^ Burkard KT, Butler JS (январь 2000 г.). «Ядерная 3′–5′ экзонуклеаза, участвующая в деградации мРНК, взаимодействует с полимеразой поли(А) и белком hnRNA Npl3p». Молекулярная и клеточная биология . 20 (2): 604–616. doi :10.1128/MCB.20.2.604-616.2000. PMC 85144. PMID  10611239 . 
  20. ^ Konarska MM, Padgett RA, Sharp PA (октябрь 1984 г.). «Распознавание структуры кэпа при сплайсинге in vitro предшественников мРНК». Cell . 38 (3): 731–736. doi :10.1016/0092-8674(84)90268-X. PMID  6567484. S2CID  10721149.
  21. ^ Kapp LD, Lorsch JR (2004). «Молекулярная механика эукариотической трансляции». Annual Review of Biochemistry . 73 (1): 657–704. doi :10.1146/annurev.biochem.73.030403.080419. PMID  15189156.
  22. ^ Паркер Р., Шет У. (март 2007 г.). «P-тела и контроль трансляции и деградации мРНК». Molecular Cell . 25 (5): 635–646. doi : 10.1016/j.molcel.2007.02.011 . PMID  17349952.

Внешние ссылки