Посттранскрипционная модификация

Транскрипционная модификация или котранскрипционная модификация — это набор биологических процессов, общих для большинства с образованием функциональной зрелой молекулы РНК , эукариотических клеток, посредством которых первичный транскрипт РНК химически изменяется после транскрипции гена которая затем может покинуть ядро и выполнить любое из множество различных функций в клетке. ^{[ 1 ]} Существует множество типов посттранскрипционных модификаций, достигаемых с помощью разнообразного класса молекулярных механизмов.

Одним из примеров является преобразование транскриптов информационной РНК- предшественницы в зрелую информационную РНК, которая впоследствии способна транслироваться в белок . Этот процесс включает в себя три основных этапа, которые значительно изменяют химическую структуру молекулы РНК: добавление 5'-кэпа , добавление 3'- полиаденилированного хвоста и сплайсинг РНК . Такой процессинг жизненно важен для правильной трансляции эукариотических геномов , поскольку исходная мРНК-предшественник, 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 транспорт мРНК к рибосоме и защищают ее от молекулярной деградации. ^{[ 2 ]}

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

обработка мРНК

Нормативная последовательность

Усилитель

/ глушитель

Промоутер

5'UTR

Открытая рамка чтения

3'UTR

ДНК

Посттранскрипционный
модификация

Предварительный
мРНК

Кодирующая белок область

Структура эукариотического , кодирующего белок гена . Регуляторная последовательность контролирует, когда и где происходит экспрессия области, кодирующей белок (красный). Области промотора и энхансера (желтый) регулируют транскрипцию гена в пре-мРНК, которая модифицируется для удаления интронов (светло-серый) и добавления 5'-кэпа и поли-А-хвоста (темно-серый). нетранслируемые области мРНК 5'- и 3'- (синие) регулируют трансляцию в конечный белковый продукт. ^{[ 3 ]}

Полицистронный оперон

Нормативная последовательность

5'UTR

ОРФ

УТР

3'UTR

ДНК

РБС

Кодирующая белок область

мРНК

Перевод

Белок

Структура прокариотического оперона белково-кодирующих генов . Регуляторная последовательность контролирует возникновение экспрессии нескольких областей, кодирующих белок (красный). Области промотора , оператора и энхансера (желтые) регулируют транскрипцию гена в мРНК. мРНК Нетранслируемые области (синие) регулируют трансляцию в конечные белковые продукты. ^{[ 3 ]}

5' обработка

Укупорка

Кэпирование пре-мРНК включает добавление 7-метилгуанозина (м ⁷Г) до 5'-конца. Для этого необходимо удалить концевой 5'-фосфат с помощью фермента РНК-трифосфатазы . Фермент гуанозилтрансфераза затем 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 от S-аденозилметионина к гуаниновому кольцу. ^{[ 4 ]} Этот тип кепки, только с (м ⁷G) в положении называется структурой cap 0. Рибоза . соседнего нуклеотида также может быть метилирована с образованием кэпа 1. Метилирование нуклеотидов, расположенных ниже молекулы РНК, приводит к образованию структур кэп 2, кэп 3 и так далее В этих случаях метильные группы добавляются к 2'-ОН-группам сахара рибозы. Кэп защищает 5'-конец первичного транскрипта РНК от атаки рибонуклеазами , специфичными 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 последующее добавление примерно 250 остатков аденина с образованием 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, обычно (5'-CA -3') и является местом расщепления. Последовательность , богатая GU , также обычно присутствует ниже по ходу молекулы пре-мРНК. Совсем недавно было продемонстрировано, что альтернативные сигнальные последовательности, такие как UGUA, расположенные выше сайта расщепления, также могут направлять расщепление и полиаденилирование в отсутствие сигнала AAAUAAA. Эти два сигнала не являются взаимно независимыми и часто сосуществуют. После синтеза элементов последовательности несколько многосубъединичных белков передаются в молекулу РНК. Перенос этих последовательностей специфичных связывающих белков расщепления и фактора специфичности полиаденилирования (CPSF), фактора расщепления I (CF I) и Фактор стимуляции расщепления (CStF) происходит от РНК-полимеразы II . Эти три фактора связываются с элементами последовательности. Сигнал AAAUAAA напрямую связан с CPSF. Для UGUA-зависимых сайтов процессинга связывание мультибелкового комплекса осуществляется с помощью фактора расщепления I (CF I). Образующийся в результате белковый комплекс содержит дополнительные факторы расщепления и фермент полиаденилат-полимеразу (PAP). Этот комплекс расщепляет РНК между последовательностью полиаденилирования и последовательностью, богатой GU, в сайте расщепления, отмеченном последовательностями (5'-CA-3'). Поли(А)-полимераза затем добавляет около 200 адениновых единиц 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 расщепления рибонуклеазой ферментами, включая комплекс CCR4-Not . ^{[ 5 ]}

Сплайсинг интронов

Сплайсинг РНК — это процесс, при котором интроны , участки РНК, которые не кодируют белки, удаляются из пре-мРНК, а оставшиеся экзоны соединяются, образуя единую непрерывную молекулу. Экзоны — это участки мРНК, которые «экспрессируются» или транслируются в белок. Они представляют собой кодирующие части молекулы мРНК. ^{[ 6 ]} Хотя в большинстве случаев сплайсинг РНК происходит после полного синтеза и блокирования концов пре-мРНК, транскрипты со многими экзонами могут подвергаться котранскрипционному сплайсингу. ^{[ 7 ]} Реакция сплайсинга катализируется большим белковым комплексом, называемым сплайсосомой, собранным из белков и небольших молекул ядерной РНК , которые распознают сайты сплайсинга в последовательности пре-мРНК. Многие пре-мРНК, в том числе те, которые кодируют антитела , можно сплайсировать разными способами с образованием разных зрелых мРНК, которые кодируют разные белковые последовательности . Этот процесс известен как альтернативный сплайсинг и позволяет производить большое количество белков из ограниченного количества ДНК.

Процессинг мРНК гистонов

Гистоны H2A, H2B, H3 и H4 образуют ядро нуклеосомы и поэтому называются коровыми гистонами . Обработка коровых гистонов осуществляется по-другому, поскольку типичная мРНК гистонов лишена некоторых особенностей других мРНК эукариот, таких как поли(А)-хвост и интроны. Таким образом, такие мРНК не подвергаются сплайсингу, и их 3'-процессинг осуществляется независимо от большинства факторов расщепления и полиаденилирования. мРНК коровых гистонов имеют особую структуру «стебель-петля» на 3-конце, которая распознается белком, связывающим «стебель-петля» , и расположенной ниже последовательностью, называемой «нижний элемент гистона» (HDE), которая 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 процессируются как нормальные мРНК, включая сплайсинг и полиаденилирование. ^{[ 8 ]}

См. также

Ссылки

^ Поцелуй Т (июль 2001 г.). «Посттранскрипционная модификация клеточных РНК под контролем малых ядрышковых РНК» . Журнал ЭМБО . 20 (14): 3617–22. дои : 10.1093/emboj/20.14.3617 . ПМК 125535 . ПМИД 11447102 .
^ Берг, Тимочко и Страйер 2007 , стр. 836
^ Jump up to: ^а ^б Шафи, Томас; Лоу, Рохан (2017). «Строение генов эукариот и прокариот» . Викижурнал медицины . 4 (1). дои : 10.15347/wjm/2017.002 . ISSN 2002-4436 .
^ Ямада-Окабе Т., Мио Т., Касима Ю., Мацуи М., Арисава М., Ямада-Окабе Х. (ноябрь 1999 г.). «Ген Candida albicans мРНК 5-кэп-метилтрансферазы: идентификация дополнительных остатков, необходимых для катализа» . Микробиология . 145 (Пт 11) (11): 3023–33. дои : 10.1099/00221287-145-11-3023 . ПМИД 10589710 .
^ Jump up to: ^а ^б Хамес и Хупер 2006 , с. 221
^ Биология . Образование Мграу Хилл. 2014. С. 241–242. ISBN 978-981-4581-85-1 .
^ Лодиш Х.Ф., Берк А., Кайзер С., Кригер М., Скотт М.П., Бретшер А., Плох Х., Мацудайра П.Т. (2007). «Глава 8: Посттранскрипционный контроль генов». Молекулярная клетка. Биология . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-7601-7 .
^ Jump up to: ^а ^б Марзлуфф В.Ф., Вагнер Э.Дж., Дуронио Р.Дж. (ноябрь 2008 г.). «Метаболизм и регуляция канонических мРНК гистонов: жизнь без поли(А) хвоста» . Обзоры природы. Генетика . 9 (11): 843–54. дои : 10.1038/nrg2438 . ПМЦ 2715827 . ПМИД 18927579 .

Дальнейшее чтение

Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2007). Биохимия (6-е изд.). Нью-Йорк : WH Freeman & Co. ISBN 978-0-7167-6766-4 .
Хамес Д., Хупер Н. (2006). Мгновенные заметки Биохимия . Том. 58 (3-е изд.). Лидс : Тейлор и Фрэнсис. п. 767. ИСБН 978-0-415-36778-3 . ПМИД 11098183 . {{cite book}}: |journal= игнорируется ( помогите )
Сунь В.Дж., Ли Дж.Х., Лю С., Ву Дж., Чжоу Х., Цюй Л.Х., Ян Дж.Х. (январь 2016 г.). «RMBase: ресурс для расшифровки ландшафта модификаций РНК на основе данных высокопроизводительного секвенирования» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (Д1): Д259-65. дои : 10.1093/nar/gkv1036 . ПМК 4702777 . ПМИД 26464443 .
Махницка М.А., Милановска К., Осман Оглу О, Пурта Е., Курковска М., Ольховик А., Янушевский В., Калиновский С., Дунин-Хоркавич С., Ротер К.М., Хелм М., Буйницки Дж.М., Грожан Х. (январь 2013 г.). «МОДОМИКС: база данных путей модификации РНК — обновление 2013 г.» . Исследования нуклеиновых кислот . 41 (Проблема с базой данных): D262-7. дои : 10.1093/nar/gks1007 . ПМЦ 3531130 . ПМИД 23118484 .
Кантара В.А., Крейн П.Ф., Розенски Дж., Макклоски Дж.А., Харрис К.А., Чжан Х, Вендейкс Ф.А., Фабрис Д., Агрис П.Ф. (январь 2011 г.). «База данных модификации РНК, RNAMDB: обновление 2011 г.» . Исследования нуклеиновых кислот . 39 (Проблема с базой данных): D195-201. дои : 10.1093/нар/gkq1028 . ПМК 3013656 . ПМИД 21071406 .

Посттранскрипционная + РНК + модификация Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[1] Поцелуй Т (июль 2001 г.). «Посттранскрипционная модификация клеточных РНК под контролем малых ядрышковых РНК» . Журнал ЭМБО . 20 (14): 3617–22. дои : 10.1093/emboj/20.14.3617 . ПМК 125535 . ПМИД 11447102 .

[Stryer836-2] Берг, Тимочко и Страйер 2007 , стр. 836

[ShafeeLowe2017-3] Jump up to: ^а ^б Шафи, Томас; Лоу, Рохан (2017). «Строение генов эукариот и прокариот» . Викижурнал медицины . 4 (1). дои : 10.15347/wjm/2017.002 . ISSN 2002-4436 .

[4] Ямада-Окабе Т., Мио Т., Касима Ю., Мацуи М., Арисава М., Ямада-Окабе Х. (ноябрь 1999 г.). «Ген Candida albicans мРНК 5-кэп-метилтрансферазы: идентификация дополнительных остатков, необходимых для катализа» . Микробиология . 145 (Пт 11) (11): 3023–33. дои : 10.1099/00221287-145-11-3023 . ПМИД 10589710 .

[CITEREFBiochemistry1-5] Jump up to: ^а ^б Хамес и Хупер 2006 , с. 221

[6] Биология . Образование Мграу Хилл. 2014. С. 241–242. ISBN 978-981-4581-85-1 .

[Lodish_2007-7] Лодиш Х.Ф., Берк А., Кайзер С., Кригер М., Скотт М.П., Бретшер А., Плох Х., Мацудайра П.Т. (2007). «Глава 8: Посттранскрипционный контроль генов». Молекулярная клетка. Биология . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-7601-7 .

[His_mRNA-8] Jump up to: ^а ^б Марзлуфф В.Ф., Вагнер Э.Дж., Дуронио Р.Дж. (ноябрь 2008 г.). «Метаболизм и регуляция канонических мРНК гистонов: жизнь без поли(А) хвоста» . Обзоры природы. Генетика . 9 (11): 843–54. дои : 10.1038/nrg2438 . ПМЦ 2715827 . ПМИД 18927579 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]