stringtranslate.com

Сплайсосомная РНК U2

U2 сплайсосомные мяРНК — это вид молекул малых ядерных РНК ( мяРНК ), обнаруженных в главном сплайсосомном (Sm) аппарате практически всех эукариотических организмов. In vivo U2 мяРНК вместе с ассоциированными с ней полипептидами собирается для производства малого ядерного рибонуклеопротеина U2 ( мяРНП ), важного компонента главного сплайсосомного комплекса. [1] Основной путь сплайсосомного сплайсинга иногда называют U2-зависимым, на основе класса интронов Sm , обнаруженных в первичных транскриптах мРНК, которые распознаются исключительно U2 мяРНП на ранних стадиях сплайсосомной сборки. [2] В дополнение к распознаванию интронов, зависящих от U2, предполагается, что U2 мяРНК также выполняет каталитическую роль в химии сплайсинга пре-РНК. [3] [4] Подобно рибосомальным РНК ( рРНК ), Sm snRNA должны опосредовать как контакты РНК:РНК, так и РНК:белок, и, следовательно, развили специализированные, высококонсервативные, первичные и вторичные структурные элементы для облегчения этих типов взаимодействий. [5] [6]

Вскоре после открытия Шарпом и Робертсом того, что первичные транскрипты мРНК содержат длинные некодирующие промежуточные последовательности ( интроны ) , [7] [8] Джоан Стейтц начала работу по характеристике биохимического механизма вырезания интронов. [9] Любопытное наблюдение, что последовательность, обнаруженная в 5´-области U1 snRNA, продемонстрировала обширную комплементарность пар оснований с консервативными последовательностями в 5´-стыках сплайсинга в транскриптах hnRNA, побудило предположить, что определенные snRNA могут участвовать в распознавании границ сайтов сплайсинга через контакты РНК:РНК. [9] Только недавно атомные кристаллические структуры наглядно продемонстрировали, что исходная гипотеза действительно была верной, даже если сложность этих взаимодействий не была полностью осознана в то время. [5] [6] [10]

Элементы распознавания мяРНК U2

В Saccharomyces cerevisiae мяРНК U2 связана с 18 полипептидами , семь из которых являются структурными белками, общими для всех мяРНП класса Sm. [11] Эти неспецифические структурные белки связываются с мяРНК Sm через высококонсервативную последовательность распознавания (AU n G, n = 4-6), расположенную внутри РНК, называемую сайтами связывания Sm. [12] Два других белка, A´ и B´´, являются специфичными для U2 и требуют структурных элементов, уникальных для мяРНК U2, в частности, двух 3´ стволовых петель, для сборки мяРНП. [11] Трехсубъединичные SF3a и шестисубъединичные SF3b белковые комплексы также связываются с мяРНК U2. [13]

U2 snRNA участвует в распознавании интрона через последовательность из 7-12 нуклеотидов между 18-40 нуклеотидами выше 3´ сайта сплайсинга, известную как последовательность точек ветвления (BPS). [1] [2] У дрожжей консенсусный BPS имеет длину 7 нуклеотидных остатков, а комплементарная последовательность распознавания в U2 snRNA составляет 6 нуклеотидов. Образование дуплекса между этими двумя последовательностями приводит к выпячиванию консервативного остатка аденозина в положении 5 BPS. Выпяченный остаток аденозина принимает C3´-эндо-конформацию [14] , которая с помощью факторов сплайсинга Cwc25, Yju2 и Isy1 выравнивает 2´ OH для встроенной атаки атома фосфора в 5´ сайте сплайсинга. [15] Нуклеофильная атака инициирует первую из двух последовательных реакций переэтерификации , которая разделяет интрон — через необычный промежуточный лариатный промежуток 2´-5´-3´ — где вторая переэтерификация включает лигирование двух фланкирующих экзонов.

Первичная и вторичная структура

Хотя длина последовательности мяРНК U2 может варьироваться вплоть до порядка величины среди всех эукариотических организмов, все мяРНК U2 содержат много филогенетически постоянных областей, особенно в пределах первых 80 нуклеотидов ниже конца 5´, где 85% позиций сохраняются. [16] Более того, несколько вторичных структурных элементов также сохраняются, включая петли стебля I, II, III, IV и некоторые из одноцепочечных областей, связывающих эти домены. [16] [17] Петля стебля II в дрожжевой мяРНК U2 содержит необычную срезанную пару оснований GA, ведущую к характерному мотиву петли U-образного поворота, который имеет геометрическую конформацию, похожую на конформацию антикодоновых петель тРНК . [5] Все мяРНК U2 обладают терминальной петлей стебля (IV) со спиралью из 10-16 пар оснований и консервативной петлей из 11 нуклеотидов с консенсусной последовательностью 5´-UYGCANUURYN-3´. [16]

U2 snRNAs являются наиболее широко модифицированными из всех малых ядерных РНК. [18] Хотя точное местоположение этих посттранскрипционных модификаций может варьироваться от организма к организму, появляющиеся данные свидетельствуют о том, что существует сильная корреляция между модификацией U2 snRNA и биологической функцией. [18] Модификации включают преобразование некоторых остатков уридина в псевдоуридин , 2´-O-метилирование, метилирование азотистых оснований и преобразование 5´-монометилированного гуанозинового колпачка в 2,2,7-триметилированный гуанозиновый колпачок. [18] Многие из этих модификаций находятся в 27-нуклеотидной области на 5´-конце молекулы. [18]

Конформационная динамика

Сплайсосома — это динамическая молекулярная машина, которая претерпевает несколько конформационных перестроек в ходе сборки и сплайсинга. Хотя многие биохимические детали, окружающие сплайсосомные перестройки, остаются неясными, недавние исследования визуализировали образование критического комплекса сворачивания между мяРНК U2 и U6, немедленно приступающего к первому этапу реакции сплайсинга. [ 19] [6] Это событие сворачивания облегчает образование четырехспирального соединения, которое, как полагают, обеспечивает каркас для критических компонентов активного сайта, включая выравнивание сайта сплайсинга 5´ с точкой разветвления аденозина для линейной атаки 2´ OH и координацию двух ионов Mg 2+ для стабилизации образования отрицательного заряда на последующих этапах. [19]

Эволюционное происхождение

Примечательной характеристикой складки U2-U6 является ее структурное сходство с доменом V в самосплайсирующихся интронах группы II . [6] [3] Триада AGC, обнаруженная в мяРНК U6, сохраняется в интронах группы II и, как было обнаружено, способствует тем же третичным взаимодействиям стекирования. [6] Образование пары колебаний GU на ранней стадии события сворачивания U2-U6 также наблюдается при формировании каталитического ядра интронов группы II. [19] Наконец, вероятно, что сплайсосома использует тот же механизм двух ионов металлов, что и интроны группы II, учитывая структурную консервацию участков связывания металлов, обнаруженных в складке U2-U6. [3] Степень как вторичной, так и третичной консервации структуры между интронами группы II и складкой U2-U6 в активном центре сплайсосомы убедительно свидетельствует о том, что интроны группы II и сплайсосома имеют общее эволюционное происхождение.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Garland Science. ISBN 978-0815332183.
  2. ^ ab Nelson DL, Cox MM, Lehninger AL (2013). Принципы биохимии Ленингера (6-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. ISBN 9781429234146. OCLC  824794893.
  3. ^ abc Fica SM, Tuttle N, Novak T, Li NS, Lu J, Koodathingal P, Dai Q, Staley JP, Piccirilli JA (ноябрь 2013 г.). «РНК катализирует сплайсинг ядерной пре-мРНК». Nature . 503 (7475): 229–34. Bibcode :2013Natur.503..229F. doi :10.1038/nature12734. PMC 4666680 . PMID  24196718. 
  4. ^ Shi Y (август 2017 г.). «Сплайсеосома: металлорибозим, управляемый белками». Журнал молекулярной биологии . 429 (17): 2640–2653. doi : 10.1016/j.jmb.2017.07.010 . PMID  28733144.
  5. ^ abc Stallings, Sarah C; Moore, Peter B (1997). "Структура необходимого элемента сплайсинга: петля IIa из дрожжевой U2 snRNA". Структура . 5 (9): 1173–1185. doi : 10.1016/s0969-2126(97)00268-2 . ISSN  0969-2126. PMID  9331416.
  6. ^ abcde Burke JE, Sashital DG, Zuo X, Wang YX, Butcher SE (апрель 2012 г.). «Структура комплекса snRNA дрожжей U2/U6». РНК . 18 (4): 673–83. doi :10.1261/rna.031138.111. PMC 3312555. PMID  22328579 . 
  7. ^ Berget SM, Moore C, Sharp PA (август 1977 г.). «Сплайсированные сегменты на 5'-конце поздней мРНК аденовируса 2». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 74 (8): 3171–5. Bibcode : 1977PNAS...74.3171B. doi : 10.1073/pnas.74.8.3171 . PMC 431482. PMID  269380 . 
  8. ^ Chow LT, Gelinas RE, Broker TR, Roberts RJ (сентябрь 1977 г.). «Удивительное расположение последовательностей на 5' концах РНК-мессенджера аденовируса 2». Cell . 12 (1): 1–8. doi :10.1016/0092-8674(77)90180-5. PMID  902310. S2CID  2099968.
  9. ^ ab Lerner MR, Boyle JA, Mount SM, Wolin SL, Steitz JA (январь 1980). "Участвуют ли snRNP в сплайсинге?". Nature . 283 (5743): 220–4. Bibcode :1980Natur.283..220L. doi :10.1038/283220a0. PMID  7350545. S2CID  4266714.
  10. ^ Perriman R, Ares M (май 2010). «Инвариантные нуклеотиды U2 snRNA образуют петлю стебля для распознавания интрона на ранней стадии сплайсинга». Molecular Cell . 38 (3): 416–27. doi :10.1016/j.molcel.2010.02.036. PMC 2872779 . PMID  20471947. 
  11. ^ ab Pan ZQ, Prives C (декабрь 1989 г.). «Последовательности мяРНК U2, связывающие специфичные для U2 белки, не являются необходимыми для функции мяРНП U2 при сплайсинге». Genes & Development . 3 (12A): 1887–98. doi : 10.1101/gad.3.12a.1887 . PMID  2559872.
  12. ^ Mattaj IW, Habets WJ, van Venrooij WJ (май 1986). «Моноспецифические антитела раскрывают детали структуры U2 snRNP и взаимодействия между U1 и U2 snRNP». The EMBO Journal . 5 (5): 997–1002. doi :10.1002/j.1460-2075.1986.tb04314.x. PMC 1166893. PMID  2941274 . 
  13. ^ Dziembowski, Andrzej; Ventura, Ana-Paula; Rutz, Berthold; Caspary, Friederike; Faux, Céline; Halgand, Frédéric; Laprévote, Olivier; Séraphin, Bertrand (2004-12-08). «Протеомный анализ выявляет новый комплекс, необходимый для удержания и сплайсинга ядерной пре-мРНК». The EMBO Journal . 23 (24): 4847–4856. doi :10.1038/sj.emboj.7600482. ISSN  0261-4189. PMC 535094. PMID 15565172  . 
  14. ^ Berglund JA, Rosbash M, Schultz SC (май 2001). «Кристаллическая структура модельного дуплекса РНК точки ветвления-U2, содержащего выпуклые аденозины». РНК . 7 (5): 682–91. doi :10.1017/S1355838201002187. PMC 1370120 . PMID  11350032. 
  15. ^ Galej, Wojciech P.; Wilkinson, Max E.; Fica, Sebastian M.; Oubridge, Chris; Newman, Andrew J.; Nagai, Kiyoshi (8 сентября 2016 г.). «Cryo-EM structure of the spliceosome immediately after branching» (Крио-ЭМ-структура сплайсосомы сразу после разветвления). Nature . 537 (7619): 197–201. Bibcode :2016Natur.537..197G. doi :10.1038/nature19316. ISSN  1476-4687. PMC 5156311 . PMID  27459055. 
  16. ^ abc Guthrie C, Patterson B (1988). «Сплайсосомальные мяРНК». Annual Review of Genetics . 22 : 387–419. doi : 10.1146/annurev.ge.22.120188.002131. PMID  2977088.
  17. ^ Krämer A (август 1987). «Анализ устойчивых к РНКазе-A областей мРНК главного позднего предшественника аденовируса 2 в экстрактах сплайсинга выявляет упорядоченное взаимодействие ядерных компонентов с субстратной РНК». Журнал молекулярной биологии . 196 (3): 559–73. doi :10.1016/0022-2836(87)90032-5. PMID  3681967.
  18. ^ abcd Yu YT, Shu MD, Steitz JA (октябрь 1998 г.). «Модификации U2 snRNA необходимы для сборки snRNP и сплайсинга пре-мРНК». The EMBO Journal . 17 (19): 5783–95. doi :10.1093/emboj/17.19.5783. PMC 1170906 . PMID  9755178. 
  19. ^ abc Sashital DG, Cornilescu G, McManus CJ, Brow DA, Butcher SE (декабрь 2004 г.). «Сворачивание РНК U2-U6 выявляет домен, подобный интрону группы II, и четырехспиральное соединение». Nature Structural & Molecular Biology . 11 (12): 1237–42. doi :10.1038/nsmb863. PMID  15543154. S2CID  35368436.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки