stringtranslate.com

Посттранскрипционная модификация

Транскрипционная модификация или котранскрипционная модификация — это набор биологических процессов, общих для большинства эукариотических клеток, посредством которых первичный транскрипт РНК химически изменяется после транскрипции с гена , образуя зрелую функциональную молекулу РНК, которая затем может покинуть ядро ​​и выполнять любую из множества различных функций в клетке. [1] Существует много типов посттранскрипционных модификаций, достигаемых посредством разнообразного класса молекулярных механизмов.

Одним из примеров является преобразование транскриптов предшественников матричной РНК в зрелую матричную РНК, которая впоследствии способна транслироваться в белок . Этот процесс включает три основных этапа, которые значительно изменяют химическую структуру молекулы РНК: добавление 5'-кэпа , добавление 3'- полиаденилированного хвоста и сплайсинг РНК . Такая обработка жизненно важна для правильной трансляции эукариотических геномов , поскольку исходная предшественник мРНК, полученная в результате транскрипции, часто содержит как экзоны (кодирующие последовательности), так и интроны (некодирующие последовательности); сплайсинг удаляет интроны и напрямую связывает экзоны, в то время как кэп и хвост облегчают транспортировку мРНК в рибосому и защищают ее от молекулярной деградации. [2]

Посттранскрипционные модификации могут также происходить во время обработки других транскриптов, которые в конечном итоге становятся транспортной РНК , рибосомальной РНК или любым другим типом РНК, используемым клеткой.

процессинг мРНК

5' обработка

Укупорка

Кэпирование пре-мРНК включает добавление 7-метилгуанозина (m 7 G) к 5' концу. Для этого требуется удалить терминальный 5' фосфат, что делается с помощью фермента РНК-трифосфатазы . Затем фермент гуанозилтрансфераза катализирует реакцию, в результате которой образуется дифосфатный 5' конец. Затем дифосфатный 5' конец атакует альфа-атом фосфора молекулы GTP , чтобы добавить остаток гуанина в 5'5' трифосфатную связь. Фермент (гуанин- N 7 -)-метилтрансфераза («кэп-МТаза») переносит метильную группу с S-аденозилметионина на гуаниновое кольцо. [4] Этот тип кэпа, в котором находится только (m 7 G), называется структурой кэпа 0. Рибоза соседнего нуклеотида также может быть метилирована , образуя кэп 1. Метилирование нуклеотидов ниже по течению от молекулы РНК производит структуры кэп 2, кэп 3 и т. д. В этих случаях метильные группы добавляются к 2' ОН группам сахара рибозы. Кэп защищает 5' конец первичного транскрипта РНК от атаки рибонуклеаз , которые имеют специфичность к 3'5' фосфодиэфирным связям . [5]

3' обработка

Расщепление и полиаденилирование

Процессинг пре-мРНК на 3'-конце молекулы РНК включает расщепление ее 3'-конца и затем добавление около 250 остатков аденина для формирования поли(А)-хвоста . Реакции расщепления и аденилирования происходят в первую очередь, если сигнальная последовательность полиаденилирования (5'-AAUAAA-3') расположена вблизи 3'-конца молекулы пре-мРНК, за которой следует другая последовательность, которая обычно является (5'-CA-3') и является местом расщепления. Последовательность, богатая GU , также обычно присутствует далее по течению на молекуле пре-мРНК. Совсем недавно было показано, что альтернативные сигнальные последовательности, такие как UGUA выше по течению от места расщепления, также могут направлять расщепление и полиаденилирование в отсутствие сигнала AAUAAA. Эти два сигнала не являются взаимно независимыми и часто сосуществуют. После синтеза элементов последовательности несколько многосубъединичных белков переносятся в молекулу РНК. Передача этих последовательно-специфических связывающих белков фактора специфичности расщепления и полиаденилирования (CPSF), фактора расщепления I (CF I) и фактора стимуляции расщепления (CStF) происходит из РНК-полимеразы II . Три фактора связываются с элементами последовательности. Сигнал AAUAAA напрямую связывается CPSF. Для участков процессинга, зависимых от UGUA, связывание мультибелкового комплекса осуществляется фактором расщепления I (CF I). Образующийся в результате белковый комплекс содержит дополнительные факторы расщепления и фермент полиаденилатполимеразу (PAP). Этот комплекс расщепляет РНК между последовательностью полиаденилирования и богатой GU последовательностью в участке расщепления, отмеченном последовательностями (5'-CA-3'). Затем поли(А)-полимераза добавляет около 200 единиц аденина к новому 3'-концу молекулы РНК, используя АТФ в качестве предшественника. По мере синтеза поли(А)-хвоста он связывает несколько копий поли(А)-связывающего белка , который защищает 3'-конец от рибонуклеазного переваривания ферментами, включая комплекс CCR4-Not . [5]

Сплайсинг интронов

Сплайсинг РНК — это процесс, при котором интроны , области РНК, которые не кодируют белки, удаляются из пре-мРНК, а оставшиеся экзоны соединяются для повторного формирования единой непрерывной молекулы. Экзоны — это участки мРНК, которые становятся «экспрессированными» или транслируемыми в белок. Они являются кодирующими частями молекулы мРНК. [6] Хотя большая часть сплайсинга РНК происходит после полного синтеза и концевого кэпирования пре-мРНК, транскрипты со многими экзонами могут быть сплайсированы ко-транскрипционно. [7] Реакция сплайсинга катализируется большим белковым комплексом, называемым сплайсосомой, собранным из белков и небольших ядерных молекул РНК , которые распознают сайты сплайсинга в последовательности пре-мРНК. Многие пре-мРНК, включая те, которые кодируют антитела , могут быть сплайсированы несколькими способами для получения различных зрелых мРНК, которые кодируют различные белковые последовательности . Этот процесс известен как альтернативный сплайсинг и позволяет производить большое разнообразие белков из ограниченного количества ДНК.

Обработка мРНК гистонов

Гистоны H2A, H2B, H3 и H4 образуют ядро ​​нуклеосомы и поэтому называются гистонами ядра . Процессинг гистонов ядра осуществляется по-другому, поскольку типичная мРНК гистонов не имеет нескольких особенностей других эукариотических мРНК, таких как поли(А)-хвост и интроны. Таким образом, такие мРНК не подвергаются сплайсингу, и их 3'-процессинг выполняется независимо от большинства факторов расщепления и полиаденилирования. МРНК ядра гистонов имеют особую структуру стебель-петля на 3-основном конце, которая распознается белком , связывающим стебель-петлю , и последовательностью ниже по течению, называемой элементом гистонов ниже по течению (HDE), который рекрутирует мяРНК U7 . Фактор специфичности расщепления и полиаденилирования 73 разрезает мРНК между стебель-петлей и HDE [8]

Однако варианты гистонов, такие как H2A.Z или H3.3, имеют интроны и обрабатываются как обычные мРНК, включая сплайсинг и полиаденилирование. [8]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Kiss T (июль 2001 г.). «Посттранскрипционная модификация клеточных РНК, направляемая малой ядрышковой РНК». The EMBO Journal . 20 (14): 3617–22. doi :10.1093/emboj/20.14.3617. PMC 125535.  PMID 11447102  .
  2. ^ Берг, Тимочко и Страйер 2007, стр. 836
  3. ^ ab Шафи, Томас; Лоу, Рохан (2017). «Структура эукариотических и прокариотических генов». WikiJournal of Medicine . 4 (1). doi : 10.15347/wjm/2017.002 . ISSN  2002-4436.
  4. ^ Yamada-Okabe T, Mio T, Kashima Y, Matsui M, Arisawa M, Yamada-Okabe H (ноябрь 1999 г.). «Ген Candida albicans для мРНК 5-cap метилтрансферазы: идентификация дополнительных остатков, необходимых для катализа». Microbiology . 145 ( Pt 11) (11): 3023–33. doi : 10.1099/00221287-145-11-3023 . PMID  10589710.
  5. ^ ab Hames & Hooper 2006, стр. 221
  6. ^ Биология . Mgraw hill education. 2014. С. 241–242. ISBN 978-981-4581-85-1.
  7. ^ Lodish HF, Berk A, Kaiser C, Krieger M, Scott MP, Bretscher A, Ploegh H, Matsudaira PT (2007). "Глава 8: Посттранскрипционный контроль генов". Молекулярная клеточная биология . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-7601-7.
  8. ^ ab Marzluff WF, Wagner EJ, Duronio RJ (ноябрь 2008 г.). «Метаболизм и регуляция канонических гистоновых мРНК: жизнь без поли(А)-хвоста». Nature Reviews. Genetics . 9 (11): 843–54. doi :10.1038/nrg2438. PMC 2715827. PMID 18927579  . 

Дальнейшее чтение