Мотив интронной РНК BZIP

Мотив интронной РНК bZIP представляет собой структуру РНК, управляющую сплайсингом неканонического интрона из bZIP -содержащих генов, называемых HAC1 у дрожжей , XBP1 у Metazoa , Hxl1 или Cib1 у Basidiomycota и bZIP60 у растений . Сплайсинг осуществляется независимо от сплайсосомы с помощью Ire1 , киназы с эндорибонуклеазной активностью. ^[1] Экзоны соединяются тРНК-лигазой. Распознавание сайтов сплайсинга интронов опосредовано вторичной структурой мРНК, спаренной основаниями , которая образуется на границах экзон/интрон. Сплайсинг интрона bZIP является ключевым регуляторным этапом ответа развернутого белка (UPR). Ire-опосредованный нетрадиционный сплайсинг был впервые описан для HAC1 у S. cerevisiae . ^[1]

Консенсусная структура

Вторичная структура интрона bZIP очень хорошо консервативна и состоит из двух шпилек (H2 и H3) вокруг сайтов сплайсинга и удлиненной шпильки (H1), которая соединяет сайты сплайсинга (см. рисунок). Последовательность интрона хорошо консервативна только вокруг сайтов сплайсинга. Неканонические мотивы сплайсинга C N G'C N G в области петли шпилек H2 и H3 сохраняются.

Консенсусный интрон у Metazoa очень короткий (20, 23 или 26 нт). Однако виды дрожжей имеют длинный (>100 нт) интрон в HAC1. ^[2] У Saccharomyces cerevisiae длинный интрон спаривается с 5'-UTR и останавливает рибосомы на мРНК. ^[3]

Механизм сращивания

Экологический стресс может привести к неправильному сворачиванию и агрегации белков. Чтобы защититься от этих нежелательных процессов, клетка может активировать путь развернутого белкового ответа (UPR). Сплайсинг мРНК bZIP с помощью Ire1 является одним из строго регулируемых способов активации UPR в ответ на присутствие развернутых белков в эндоплазматическом ретикулуме (ER). Стресс ER активирует эндорибонуклеолитическую активность белков IRE1 . ^[1]^[4] IRE1 распознает мотивы сайта сплайсинга в транскрипте bZIP и расщепляет его. ^[1]^[5] Структуры «стебель-петля» вокруг сайтов сплайсинга и IRE1 -специфические мотивы последовательностей необходимы и достаточны для осуществления сплайсинга. ^[1] Соединение экзонов осуществляется тРНК-лигазой (TRL1 у Saccharomyces cerevisiae ). ^[6]

Сохранение интронов

Нетрадиционный сплайсинг интрона bZIP, опосредованный Ire, был подтвержден экспериментально у следующих видов:

Дрожжи: S. cerevisiae , ^[1] Кандида альбиканс , ^[7] Ярровия липолитическая , ^[8] инжир Пастуший ^[9] Кандида парапсилез ^[10]
Животные: человек , ^[4] мышь и Caenorhabditis elegans , ^[5] плодовая мушка , ^[11] медоносная пчела , ^[12] карп , ^[13] Белоногая креветка ^[14]
Другие грибы: Trichoderma reesei и Aspergillus nidulans . ^[15] нейроспора красса , ^[16]^[17] Криптококк неоформанс , ^[18] Ustilago maydis ^[19]
Растения: Arabidopsis thaliana , ^[20]^[21] кукуруза . ^[22]

bZIP Вычислительные методы предсказывают наличие интрона с характерной структурой РНК у 128 из 156 изученных видов. ^[2] У грибов интрон bZIP первоначально был обнаружен только у Ascomycota (у 52 из 63 проанализированных видов), но экспериментальные исследования показали, что он также присутствует у Basidiomycota и других видов Candida. Все 45 позвоночных проанализированных геномов : 19 членистоногих , 7 нематод , 2 кольчатых червей и 2 моллюска содержат характерную HAC1-подобную структуру в открытой рамке считывания . ^[2]

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Сидрауски С., Уолтер П. (1997). «Трансмембранная киназа Ire1p представляет собой сайт-специфическую эндонуклеазу, которая инициирует сплайсинг мРНК в ответ на развернутый белок» . Клетка . 90 (6): 1031–1039. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80369-4 . ПМИД 9323131 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Хукс КБ, Гриффитс-Джонс С (2011). «Консервативные структуры РНК в неканоническом интроне Hac1/Xbp1» . РНК Биол . 8 (4): 552–556. дои : 10.4161/rna.8.4.15396 . ПМК 3225973 . ПМИД 21593604 .
^ Рюгсеггер Ю, Лебер Дж. Х., Уолтер П. (2001). «Блокирование трансляции мРНК HAC1 за счет спаривания оснований дальнего действия высвобождается в результате цитоплазматического сплайсинга при индукции развернутого белкового ответа» . Клетка . 107 (1): 103–114. дои : 10.1016/S0092-8674(01)00505-0 . ПМИД 11595189 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Ёсида Х, Мацуи Т, Ямамото А, Окада Т, Мори К (2001). «МРНК XBP1 индуцируется ATF6 и сплайсируется с помощью IRE1 в ответ на стресс ER с образованием высокоактивного фактора транскрипции» . Клетка . 107 (7): 881–891. дои : 10.1016/S0092-8674(01)00611-0 . ПМИД 11779464 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Калфон М., Зенг Х., Урано Ф., Тилль Дж.Х., Хаббард С.Р., Хардинг Х.П., Кларк С.Г., Рон Д. (2002). «IRE1 связывает нагрузку эндоплазматического ретикулума с секреторной способностью путем обработки мРНК XBP-1». Природа . 415 (6867): 92–96. Бибкод : 2002Natur.415...92C . дои : 10.1038/415092а . ПМИД 11780124 . S2CID 4319118 .
^ Сидрауски С., Кокс Дж.С., Уолтер П. (1996). «тРНК-лигаза необходима для регулируемого сплайсинга мРНК в ответной реакции белка» . Клетка . 87 (3): 405–413. дои : 10.1016/S0092-8674(00)81361-6 . ПМИД 8898194 .
^ Вималасена Т.Т., Энжалберт Б., Гийметт Т., Пламридж А., Бадж С., Инь З., Браун А.Дж., Арчер Д.Б. (2008). «Влияние ответа развернутого белка на характер экспрессии всего генома и роль Hac1 в поляризованном росте Candida albicans» (PDF) . Грибковая генетика биол . 45 (9): 1235–1247. дои : 10.1016/j.fgb.2008.06.001 . ПМИД 18602013 .
^ О МХ, Чхон С.А., Кан Ха, Ким Джи (2010). «Функциональная характеристика нетрадиционного сплайсинга мРНК Yarrowia lipolytica HAC1, индуцированного реакцией развернутого белка». Дрожжи . 27 (7): 443–452. дои : 10.1002/да.1762 . ПМИД 20162530 . S2CID 26839039 .
^ Герфал М., Рикарт С., Джейкобс П.П., Амелоот П., Ван Краненбрук К., Дерик Р., Каллеварт Н. (2010). «Ген HAC1 из Pichia Pastoris: характеристика и влияние его сверхэкспрессии на выработку секретируемых, поверхностно-экспонируемых и мембранных белков» . Факт о микробной клетке . 9:49 . дои : 10.1186/1475-2859-9-49 . ПМЦ 2905327 . ПМИД 20591165 .
^ Иракейн, Элиза; Донован, Пол Д.; Ола, Михаэла; Батлер, Джеральдин; Холланд, Линда М. (2018). Митчелл, Аарон П. (ред.). «Идентификация исключительно длинного интрона в гене HAC1 Candida parapsilosis» . мСфера . 3 (6). дои : 10.1128/mSphere.00532-18 . ISSN 2379-5042 . ПМК 6222058 . ПМИД 30404939 .
^ Рю Х.Д., Домингос П.М., Кан М.Дж., Стеллер Х. (2007). «Развернутая белковая реакция на модели дрозофилы при дегенерации сетчатки» . ЭМБО Дж . 26 (1): 242–252. дои : 10.1038/sj.emboj.7601477 . ПМЦ 1782370 . ПМИД 17170705 .
^ Джонстон, Бриттани А.; Хукс, Катажина Б.; МакКинстри, Миа; Сноу, Джонатан В. (2016). «Дивергентные формы стресса эндоплазматического ретикулума вызывают у медоносных пчел устойчивую реакцию развернутого белка». Журнал физиологии насекомых . 86 : 1–10. дои : 10.1016/j.jinsphys.2015.12.004 . ПМИД 26699660 .
^ Ли, Тинг; Ли, Хуа; Пэн, Шаоцин; Чжан, Фумяо; Ан, Лиго; Ян, Гуйвэнь (2017). «Молекулярная характеристика и характер экспрессии X-бокс-связывающего белка-1 (XBP1) у карпа (Cyprinus carpio L.): Показания к роли XBP1 в антибактериальном и противовирусном иммунитете». Иммунология рыб и моллюсков . 67 : 667–674. дои : 10.1016/j.fsi.2017.06.055 . ПМИД 28663129 . S2CID 29130644 .
^ Чен, И-Хонг; Чжао, Ли; Панг, Ли-Ран; Ли, Сяо-Юнь; Вэн, Шао-Пин; Хэ, Цзянь-Го (2012). «Идентификация и характеристика инозитол-требующего фермента-1 и X-box-связывающего белка 1, двух белков, участвующих в развернутом белковом ответе Litopenaeus vannamei». Развивающая и сравнительная иммунология . 38 (1): 66–77. дои : 10.1016/j.dci.2012.04.005 . ПМИД 22554476 .
^ Салохеймо М., Валконен М., Пенттила М. (2003). «Механизмы активации HAC1-опосредованного ответа развернутого белка у мицелиальных грибов». Мол Микробиол . 47 (4): 1149–1161. дои : 10.1046/j.1365-2958.2003.03363.x . ПМИД 12581366 . S2CID 24038414 .
^ Черногория-Монтеро А, Гойти А, Ларрондо Л.Ф. (2015). «Фактор транскрипции bZIP HAC-1 участвует в реакции развернутого белка и необходим для роста на целлюлозе Neurospora crassa» . ПЛОС ОДИН . 10 (7): e013141. Бибкод : 2015PLoSO..1031415M . дои : 10.1371/journal.pone.0131415 . ПМЦ 4488935 . ПМИД 26132395 .
^ Фан Ф, Ма Г, Ли Дж, Лю Ц, Бенц Дж. П., Тянь С, Ма Ю (2015). «Полногеномный анализ стрессовой реакции эндоплазматического ретикулума во время продукции лигноцеллюлазы Neurospora crassa» . Биотехнологии Биотопливо . 8 (66): 66. дои : 10.1186/s13068-015-0248-5 . ПМЦ 4399147 . ПМИД 25883682 .
^ Чхон, Сон А; Юнг, Кван-Ву; Чен, Ин-Лянь; Хейтман, Джозеф; Бан, Юн-Сун; Кан, Хён А (2011). Деринг, Тамара Л. (ред.). «Уникальная эволюция пути UPR с новым фактором транскрипции bZIP, Hxl1, для контроля патогенности Cryptococcus neoformans» . ПЛОС Патогены . 7 (8): e1002177. дои : 10.1371/journal.ppat.1002177 . ISSN 1553-7374 . ПМК 3154848 . ПМИД 21852949 .
^ Хаймель, Кай; Фрайтаг, Йоханнес; Хампель, Мартин; Аст, Джулия; Бёлкер, Майкл; Кемпер, Йорг (2013). «Перекресток между развернутым белковым ответом и путями, регулирующими патогенное развитие Ustilago maydis» . Растительная клетка . 25 (10): 4262–4277. дои : 10.1105/tpc.113.115899 . ISSN 1040-4651 . ПМЦ 3877826 . ПМИД 24179126 .
^ Дэн, Ю.; Гумберт, С.; Лю, Ж.-Х.; Шривастава, Р.; Ротштейн, С.Дж.; Хауэлл, SH (2011). «Тепло индуцирует сплайсинг с помощью IRE1 мРНК, кодирующей фактор транскрипции, участвующий в реакции развернутого белка у Arabidopsis» . Труды Национальной академии наук . 108 (17): 7247–7252. Бибкод : 2011PNAS..108.7247D . дои : 10.1073/pnas.1102117108 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 3084119 . ПМИД 21482766 .
^ Нагасима, Юкихиро; Мишиба, Кей-итиро; Сузуки, Эйдзи; Симада, Юкихиса; Ивата, Юджи; Коидзуми, Нозому (2011). «IRE1 арабидопсиса катализирует нетрадиционный сплайсинг мРНК bZIP60 с образованием активного фактора транскрипции» . Научные отчеты . 1 (1): 29. Бибкод : 2011НатСР...1Е..29Н . дои : 10.1038/srep00029 . ISSN 2045-2322 . ПМК 3216516 . ПМИД 22355548 .
^ Ли, Яньцзе; Гумберт, Сабрина; Хауэлл, Стивен Х (2012). «МРНК ZmbZIP60 сплайсируется в кукурузе в ответ на стресс ER» . Исследовательские заметки BMC . 5 (1): 144. дои : 10.1186/1756-0500-5-144 . ISSN 1756-0500 . ПМК 3369818 . ПМИД 22417282 .

[Sidrauski-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Сидрауски С., Уолтер П. (1997). «Трансмембранная киназа Ire1p представляет собой сайт-специфическую эндонуклеазу, которая инициирует сплайсинг мРНК в ответ на развернутый белок» . Клетка . 90 (6): 1031–1039. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80369-4 . ПМИД 9323131 .

[Hooks-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Хукс КБ, Гриффитс-Джонс С (2011). «Консервативные структуры РНК в неканоническом интроне Hac1/Xbp1» . РНК Биол . 8 (4): 552–556. дои : 10.4161/rna.8.4.15396 . ПМК 3225973 . ПМИД 21593604 .

[3] Рюгсеггер Ю, Лебер Дж. Х., Уолтер П. (2001). «Блокирование трансляции мРНК HAC1 за счет спаривания оснований дальнего действия высвобождается в результате цитоплазматического сплайсинга при индукции развернутого белкового ответа» . Клетка . 107 (1): 103–114. дои : 10.1016/S0092-8674(01)00505-0 . ПМИД 11595189 .

[Yoshida-4] Перейти обратно: ^а ^б Ёсида Х, Мацуи Т, Ямамото А, Окада Т, Мори К (2001). «МРНК XBP1 индуцируется ATF6 и сплайсируется с помощью IRE1 в ответ на стресс ER с образованием высокоактивного фактора транскрипции» . Клетка . 107 (7): 881–891. дои : 10.1016/S0092-8674(01)00611-0 . ПМИД 11779464 .

[Calfon-5] Перейти обратно: ^а ^б Калфон М., Зенг Х., Урано Ф., Тилль Дж.Х., Хаббард С.Р., Хардинг Х.П., Кларк С.Г., Рон Д. (2002). «IRE1 связывает нагрузку эндоплазматического ретикулума с секреторной способностью путем обработки мРНК XBP-1». Природа . 415 (6867): 92–96. Бибкод : 2002Natur.415...92C . дои : 10.1038/415092а . ПМИД 11780124 . S2CID 4319118 .

[6] Сидрауски С., Кокс Дж.С., Уолтер П. (1996). «тРНК-лигаза необходима для регулируемого сплайсинга мРНК в ответной реакции белка» . Клетка . 87 (3): 405–413. дои : 10.1016/S0092-8674(00)81361-6 . ПМИД 8898194 .

[7] Вималасена Т.Т., Энжалберт Б., Гийметт Т., Пламридж А., Бадж С., Инь З., Браун А.Дж., Арчер Д.Б. (2008). «Влияние ответа развернутого белка на характер экспрессии всего генома и роль Hac1 в поляризованном росте Candida albicans» (PDF) . Грибковая генетика биол . 45 (9): 1235–1247. дои : 10.1016/j.fgb.2008.06.001 . ПМИД 18602013 .

[8] О МХ, Чхон С.А., Кан Ха, Ким Джи (2010). «Функциональная характеристика нетрадиционного сплайсинга мРНК Yarrowia lipolytica HAC1, индуцированного реакцией развернутого белка». Дрожжи . 27 (7): 443–452. дои : 10.1002/да.1762 . ПМИД 20162530 . S2CID 26839039 .

[9] Герфал М., Рикарт С., Джейкобс П.П., Амелоот П., Ван Краненбрук К., Дерик Р., Каллеварт Н. (2010). «Ген HAC1 из Pichia Pastoris: характеристика и влияние его сверхэкспрессии на выработку секретируемых, поверхностно-экспонируемых и мембранных белков» . Факт о микробной клетке . 9:49 . дои : 10.1186/1475-2859-9-49 . ПМЦ 2905327 . ПМИД 20591165 .

[10] Иракейн, Элиза; Донован, Пол Д.; Ола, Михаэла; Батлер, Джеральдин; Холланд, Линда М. (2018). Митчелл, Аарон П. (ред.). «Идентификация исключительно длинного интрона в гене HAC1 Candida parapsilosis» . мСфера . 3 (6). дои : 10.1128/mSphere.00532-18 . ISSN 2379-5042 . ПМК 6222058 . ПМИД 30404939 .

[11] Рю Х.Д., Домингос П.М., Кан М.Дж., Стеллер Х. (2007). «Развернутая белковая реакция на модели дрозофилы при дегенерации сетчатки» . ЭМБО Дж . 26 (1): 242–252. дои : 10.1038/sj.emboj.7601477 . ПМЦ 1782370 . ПМИД 17170705 .

[12] Джонстон, Бриттани А.; Хукс, Катажина Б.; МакКинстри, Миа; Сноу, Джонатан В. (2016). «Дивергентные формы стресса эндоплазматического ретикулума вызывают у медоносных пчел устойчивую реакцию развернутого белка». Журнал физиологии насекомых . 86 : 1–10. дои : 10.1016/j.jinsphys.2015.12.004 . ПМИД 26699660 .

[13] Ли, Тинг; Ли, Хуа; Пэн, Шаоцин; Чжан, Фумяо; Ан, Лиго; Ян, Гуйвэнь (2017). «Молекулярная характеристика и характер экспрессии X-бокс-связывающего белка-1 (XBP1) у карпа (Cyprinus carpio L.): Показания к роли XBP1 в антибактериальном и противовирусном иммунитете». Иммунология рыб и моллюсков . 67 : 667–674. дои : 10.1016/j.fsi.2017.06.055 . ПМИД 28663129 . S2CID 29130644 .

[14] Чен, И-Хонг; Чжао, Ли; Панг, Ли-Ран; Ли, Сяо-Юнь; Вэн, Шао-Пин; Хэ, Цзянь-Го (2012). «Идентификация и характеристика инозитол-требующего фермента-1 и X-box-связывающего белка 1, двух белков, участвующих в развернутом белковом ответе Litopenaeus vannamei». Развивающая и сравнительная иммунология . 38 (1): 66–77. дои : 10.1016/j.dci.2012.04.005 . ПМИД 22554476 .

[15] Салохеймо М., Валконен М., Пенттила М. (2003). «Механизмы активации HAC1-опосредованного ответа развернутого белка у мицелиальных грибов». Мол Микробиол . 47 (4): 1149–1161. дои : 10.1046/j.1365-2958.2003.03363.x . ПМИД 12581366 . S2CID 24038414 .

[16] Черногория-Монтеро А, Гойти А, Ларрондо Л.Ф. (2015). «Фактор транскрипции bZIP HAC-1 участвует в реакции развернутого белка и необходим для роста на целлюлозе Neurospora crassa» . ПЛОС ОДИН . 10 (7): e013141. Бибкод : 2015PLoSO..1031415M . дои : 10.1371/journal.pone.0131415 . ПМЦ 4488935 . ПМИД 26132395 .

[17] Фан Ф, Ма Г, Ли Дж, Лю Ц, Бенц Дж. П., Тянь С, Ма Ю (2015). «Полногеномный анализ стрессовой реакции эндоплазматического ретикулума во время продукции лигноцеллюлазы Neurospora crassa» . Биотехнологии Биотопливо . 8 (66): 66. дои : 10.1186/s13068-015-0248-5 . ПМЦ 4399147 . ПМИД 25883682 .

[18] Чхон, Сон А; Юнг, Кван-Ву; Чен, Ин-Лянь; Хейтман, Джозеф; Бан, Юн-Сун; Кан, Хён А (2011). Деринг, Тамара Л. (ред.). «Уникальная эволюция пути UPR с новым фактором транскрипции bZIP, Hxl1, для контроля патогенности Cryptococcus neoformans» . ПЛОС Патогены . 7 (8): e1002177. дои : 10.1371/journal.ppat.1002177 . ISSN 1553-7374 . ПМК 3154848 . ПМИД 21852949 .

[19] Хаймель, Кай; Фрайтаг, Йоханнес; Хампель, Мартин; Аст, Джулия; Бёлкер, Майкл; Кемпер, Йорг (2013). «Перекресток между развернутым белковым ответом и путями, регулирующими патогенное развитие Ustilago maydis» . Растительная клетка . 25 (10): 4262–4277. дои : 10.1105/tpc.113.115899 . ISSN 1040-4651 . ПМЦ 3877826 . ПМИД 24179126 .

[20] Дэн, Ю.; Гумберт, С.; Лю, Ж.-Х.; Шривастава, Р.; Ротштейн, С.Дж.; Хауэлл, SH (2011). «Тепло индуцирует сплайсинг с помощью IRE1 мРНК, кодирующей фактор транскрипции, участвующий в реакции развернутого белка у Arabidopsis» . Труды Национальной академии наук . 108 (17): 7247–7252. Бибкод : 2011PNAS..108.7247D . дои : 10.1073/pnas.1102117108 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 3084119 . ПМИД 21482766 .

[21] Нагасима, Юкихиро; Мишиба, Кей-итиро; Сузуки, Эйдзи; Симада, Юкихиса; Ивата, Юджи; Коидзуми, Нозому (2011). «IRE1 арабидопсиса катализирует нетрадиционный сплайсинг мРНК bZIP60 с образованием активного фактора транскрипции» . Научные отчеты . 1 (1): 29. Бибкод : 2011НатСР...1Е..29Н . дои : 10.1038/srep00029 . ISSN 2045-2322 . ПМК 3216516 . ПМИД 22355548 .

[22] Ли, Яньцзе; Гумберт, Сабрина; Хауэлл, Стивен Х (2012). «МРНК ZmbZIP60 сплайсируется в кукурузе в ответ на стресс ER» . Исследовательские заметки BMC . 5 (1): 144. дои : 10.1186/1756-0500-5-144 . ISSN 1756-0500 . ПМК 3369818 . ПМИД 22417282 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]