Деградация прокариотической мРНК
прокариотической информационной РНК ( мРНК Деградация ) , также называемая распадом прокариотической мРНК, [ 1 ] является важной частью регуляции генов у прокариот . [ 2 ] В этом процессе специфические белки нацеливаются на мРНК и разрушают ее. Эти белки расщепляют определенные участки мРНК, например, 5'-концы и определенные пары оснований. [ 2 ] Эта деградация происходит в ответ на различные сигналы окружающей среды, позволяя организму прекратить экспрессию определенных генов, чтобы выжить. Это также происходит во время и после трансляции, чтобы повторно использовать материал, использованный для создания РНК. Этот процесс может варьироваться в зависимости от организма и ситуации. [ 2 ]
Деградация мРНК нацелена на определенные последовательности информационной РНК, позволяя некоторым оставаться в клетке дольше, чем другим, и даже гены в одной и той же цепи РНК могут разрушаться с разной скоростью. Это верно как для прокариот, так и для эукариот. Из-за этого деградация мРНК играет ключевую роль в определении того, какие гены экспрессируются. Кроме того, этот процесс дает организмам большую эволюционную приспособленность , поскольку это означает, что им не нужно тратить энергию на поиск новых ресурсов. [ 2 ]
Рибонуклеазы: E, G и Y.
[ редактировать ]Часто мРНК разрушается белками, называемыми рибонуклеазами , которые отделяют 5'-конец РНК от 3'-конца РНК; [ 2 ] существует несколько различных типов рибонуклеаз, которые появляются в разных организмах.
Одна основная рибонуклеаза у прокариот называется рибонуклеазой Е, а другая рибонуклеаза, расщепляющая РНК у прокариот, называется рибонуклеазой G. Это гомолог рибонуклеазы Е. [ 2 ] Это было установлено в основном исследованиями, посвященными кишечной палочке (E. coli), и это происходит не во всех ситуациях. Например, «стебель-петли », еще одна часть мРНК, не разрушаются рибонуклеазами, но неизвестно, как они расщепляются. [ 2 ]
Многие виды бактерий не создают рибонуклеазу Е или ее гомолог. [ 2 ] Некоторые виды бактерий используют рибонуклеазу, называемую рибонуклеазой Y. [ 2 ] который не является гомологом рибонуклеазы Е. Его структура отличается от структуры рибонуклеазы Е, хотя они выполняют в клетке одну и ту же функцию. [ 2 ]
Одно исследование показало, что у Bacillus subtilis рибонуклеаза Y воздействует на различные области РНК. [ 3 ] Исследователи, проводившие это исследование, вырастили образцы нескольких штаммов Bacillus subtilis, а затем отделили белки от остального клеточного материала. После этого они проанализировали белки. Они обнаружили, что у Bacillus subtilis рибонуклеаза Y затрагивает около 900 последовательностей мРНК. 550 из них увеличились в изобилии, а 350 из них уменьшились. Это означает, что у этого вида рибонуклеаза Y влияет на гены, хотя не на все они действуют одинаково. [ 3 ]
Рибонуклеаза III
[ редактировать ]Некоторые бактерии используют рибонуклеазу, называемую рибонуклеазой III. Робертсон и др. обнаружили, что рибонуклеаза III представляет собой рибонуклеазу, которая специфически расщепляет двухцепочечную РНК. Исследователи, проводившие это исследование, обрабатывали образцы кишечной палочки смесью химикатов. Они обнаружили, что при обработке этими химикатами некоторая часть РНК растворяется, но не вся. Затем они проанализировали РНК, которая не растворялась, и обнаружили, что она действует только на двухцепочечную РНК . [ 4 ]
С тех пор рибонуклеазу III стали изучать еще больше. Дальнейшее его изучение привело к лучшему пониманию механики двухцепочечной РНК. Однако сейчас также известно, что этот белок играет меньшую роль в регуляции генов, чем рибонуклеазы E и Y. [ 2 ]
Процессы распада
[ редактировать ]Распад мРНК прокариот может происходить в ответ на стрессоры. [ 5 ] Эти стрессоры включают температуру, окислительный стресс и медикаментозное лечение. Одно исследование показало, что у 96 различных видов бактерий, включая E.coli, деградация мРНК происходила в ответ на окислительный стресс, а также на медикаментозное лечение. мРНК может деградировать/распадаться на нескольких этапах процесса создания белка. Он также может разрушаться в процессе перевода, как утверждают Дихуб Пелечано и др. который обнаружил, анализируя образцы Saccharomyces cerevisiae . Согласно данным рибосом , деградация мРНК происходила в определенных участках транслируемой РНК. [ 6 ] [ 5 ]
Однако не все виды способны расщеплять мРНК достаточно быстро, чтобы выжить. Одно исследование показало, что в чувствительном к температуре штамме кишечной палочки произошла мутация , которая могла быть смертельной: РНК в этом штамме кишечной палочки деградировала гораздо медленнее, чем в других штаммах. Исследователи, проводившие это исследование, подвергли образцы штамма воздействию различных температур и проанализировали распад его РНК, сравнив его с термостойким штаммом. Они обнаружили, что у термочувствительного штамма РНК распадалась медленнее, чем у термоустойчивого штамма, а это означает, что температурная чувствительность термочувствительного штамма могла быть связана с накоплением РНК в клетке. [ 7 ]
Вакцина
[ редактировать ]Деградация мРНК прокариот представляет трудность для исследователей, разрабатывающих мРНК-вакцины . Это так, потому что деградация означает, что мРНК нестабильна и может не обеспечить эффективную доставку вакцины; [ 8 ] с этой проблемой борются путем химической модификации мРНК с использованием нескольких различных видов химических веществ, таких как липиды , липидоподобные материалы, полимеры и гибриды липид-полимер, но она еще не решена.
продолжаются Несмотря на эти проблемы, исследования различных возможных мРНК-вакцин и иммунотерапии . К ним относятся лекарства от рака , от инфекционных заболеваний и от генетических заболеваний . [ 8 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кушнер, Сидни Р. (октябрь 2004 г.). «Распад мРНК у прокариот и эукариот: разные подходы к сходной проблеме» . ИУБМБ Жизнь . 56 (10): 585–594. дои : 10.1080/15216540400022441 . ПМИД 15814456 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Хуэй, Моника П.; Фоли, Патрисия Л.; Беласко, Джоэл Г. (2014). «Деградация информационной РНК в бактериальных клетках» . Ежегодный обзор генетики . 48 : 537–559. doi : 10.1146/annurev-genet-120213-092340 . ПМЦ 4431577 . ПМИД 25292357 .
- ^ Перейти обратно: а б Леник-Хабринк, Мартин; Шаффер, Марк; Мэдер, Ульрике; Дитмайер, Кристина; Герцберг, Кристина; Штюльке, Йорг (сентябрь 2011 г.). «Обработка РНК в Bacillus subtilis: идентификация мишеней незаменимой РНКазы Y». Молекулярная микробиология . 81 (6): 1459–1473. дои : 10.1111/j.1365-2958.2011.07777.x . ПМИД 21815947 . S2CID 205370092 .
- ^ Робертсон, Хью Д.; Вебстер, Роберт Э.; Зиндер, Нортон Д. (10 января 1968 г.). «Очистка и свойства рибонуклеазы III из Escherichia coli» . Журнал биологической химии . 243 (1): 82–91. дои : 10.1016/S0021-9258(18)99327-0 . ПМИД 4865702 .
- ^ Перейти обратно: а б Хуч, Сюзанна; Нерцизиан, Лилит; Ропат, Мэри; Барретт, Донал; У, Мэнджун; Ван, Цзин; Валериано, Валери Д.; Вардазарян, Нелли; Уэрта-Сепас, Хайме; Вэй, Ву; Ду, Джон; Штайнмец, Ларс М.; Энгстранд, Ларс; Пелечано, Висент (июнь 2023 г.). «Атлас трансляции и распада мРНК бактерий» . Природная микробиология . 8 (6): 1123–1136. дои : 10.1038/s41564-023-01393-z . hdl : 10261/311078 . ПМЦ 10234816 . ПМИД 37217719 .
- ^ Пелечано, Висент; Вэй, Ву; Штайнмец, Ларс М. (4 июня 2015 г.). «Широко распространенный котрансляционный распад РНК раскрывает динамику рибосом» . Клетка . 161 (6): 1400–1412. дои : 10.1016/j.cell.2015.05.008 . ПМЦ 4461875 . ПМИД 26046441 .
- ^ Оно, Маюми; Кувано, Мичихико (апрель 1979 г.). «Условно-летальная мутация в штамме Escherichia coli с более длительным химическим временем жизни информационной РНК». Журнал молекулярной биологии . 129 (3): 343–357. дои : 10.1016/0022-2836(79)90500-х . ПМИД 110942 .
- ^ Перейти обратно: а б Вадхва, Абхишек; Альджаббари, Анас; Локрас, Абхиджит; Фогед, Носилки; Тхакур, Аниш (28 января 2020 г.). «Возможности и проблемы в доставке вакцин на основе мРНК» . Фармацевтика . 12 (2):102.doi : 10.3390 /pharmaceutics12020102 . ПМК 7076378 . ПМИД 32013049 .