Микропроцессорный комплекс
Микропроцессорный комплекс представляет собой белковый комплекс, участвующий на ранних стадиях процессинга микроРНК (миРНК) и РНК-интерференции (РНКи) в клетках животных. [2] [3] Комплекс в минимальной степени состоит из рибонуклеазы фермента Drosha и димерного РНК-связывающего белка DGCR8 (также известного как Pasha у животных, отличных от человека), и расщепляет первичные субстраты микроРНК до пре-миРНК в ядре клетки . [4] [5] [6] Микропроцессор также является меньшим из двух мультибелковых комплексов, содержащих человеческую Дрошу . [7]
Состав
[ редактировать ]Микропроцессорный комплекс состоит как минимум из двух белков: Дроша – фермента рибонуклеазы III ; и DGCR8 , двухцепочечную РНК белок, связывающий . [4] [5] [6] (DGCR8 — это название, используемое в генетике млекопитающих, сокращенно от « критической области 8 синдрома ДиДжорджа »; гомологичный белок в модельных организмах, таких как мухи и черви , называется «Паша» , что означает « Партнер Дроша » .) Стехиометрию минимального комплекса определяли. в какой-то момент экспериментально трудно определить, но было показано, что это гетеротример двух белков DGCR8 и одного Drosha. [1] [8] [9] [10]
Помимо минимальных каталитически активных компонентов микропроцессора, в комплексе могут присутствовать и другие кофакторы, такие как РНК-хеликазы DEAD-бокса и гетерогенные ядерные рибонуклеопротеины, опосредующие активность Drosha . [4] Некоторые микроРНК обрабатываются микропроцессором только в присутствии специфических кофакторов. [11]
Функция
[ редактировать ]
Расположенный в ядре клетки микропроцессорный комплекс расщепляет первичную микроРНК (при-миРНК) на предшественник микроРНК (пре-миРНК). [13] Две его субъединицы были определены как необходимые и достаточные для обеспечения развития микроРНК из при-миРНК. [7] Эти молекулы, состоящие примерно из 70 нуклеотидов, имеют структуру «стебель-петля» или «шпильку». pri-миРНК Субстраты могут быть получены либо из некодирующей РНК генов , либо из интронов . В последнем случае имеются доказательства того, что микропроцессорный комплекс взаимодействует со сплайсосомой и что процессинг pri-миРНК происходит до сплайсинга . [5] [14]
Микропроцессорное расщепление pri-миРНК обычно происходит ко- транскрипционно и оставляет характерный одноцепочечный выступ РНКазы III из 2-3 нуклеотидов, который служит элементом узнавания для транспортного белка экспортина-5 . [15] Пре-миРНК экспортируются из ядра в цитоплазму -зависимым образом RanGTP и подвергаются дальнейшему процессингу, обычно с помощью эндорибонуклеазного фермента Dicer . [4] [5] [6]
Гемин позволяет увеличить процессинг pri-миРНК посредством индуцированного конформационного изменения субъединицы DGCR8, а также повышает специфичность связывания DGCR8 с РНК. [16] DGCR8 распознает соединения между шпильочными структурами и одноцепочечной РНК и служит для ориентации Drosha на отщепление около 11 нуклеотидов от соединений и остается в контакте с pri-миРНК после расщепления и диссоциации Drosha. [17]
Хотя подавляющее большинство микроРНК подвергаются обработке микропроцессором, небольшое количество исключений, называемых миртронами было описано ; это очень маленькие интроны, которые после сплайсинга имеют подходящий размер и структуру «стебель-петля», чтобы служить пре-миРНК. [18] Пути процессинга микроРНК и экзогенно полученных малых интерферирующих РНК сходятся в точке процессинга Dicer и в основном идентичны в дальнейшем. В широком смысле оба пути составляют РНКи . [5] [18] Также обнаружено, что микропроцессор участвует в биогенезе рибосом, в частности, в удалении R-петлей и активации транскрипции генов, кодирующих рибосомальный белок. [19]
Регулирование
[ редактировать ]Регуляция генов с помощью микроРНК широко распространена во многих геномах – по некоторым оценкам, более 60% генов, кодирующих белки человека, вероятно, будут регулироваться микроРНК. [20] хотя качество экспериментальных данных о взаимодействиях микроРНК-мишени часто бывает слабым. [21] Поскольку обработка микропроцессором является основным фактором, определяющим численность микроРНК, сам микропроцессор становится важной целью регуляции.
И Drosha , и DGCR8 подлежат регуляции с помощью посттрансляционных модификаций, модулирующих стабильность, внутриклеточную локализацию и уровни активности. Активность в отношении конкретных субстратов может регулироваться дополнительными белковыми кофакторами, взаимодействующими с микропроцессорным комплексом. Петлевая область стволовой петли pri-микроРНК также является элементом узнавания регуляторных белков, которые могут повышать или понижать микропроцессорную обработку специфических микроРНК, на которые они нацелены. [11]
Сам микропроцессор автоматически регулируется посредством отрицательной обратной связи посредством ассоциации с при-миРНК-подобной шпилечной структурой, обнаруженной в мРНК DGCR8 , которая при расщеплении снижает экспрессию DGCR8 . Структура в этом случае расположена в экзоне и вряд ли сама по себе будет функционировать как микроРНК. [11]
Эволюция
[ редактировать ]Drosha имеет поразительное структурное сходство с рибонуклеазой Dicer , расположенной ниже по течению, что предполагает эволюционное родство, хотя Drosha и родственные ферменты обнаружены только у животных, тогда как родственники Dicer широко распространены, в том числе среди простейших . [8] Оба компонента микропроцессорного комплекса консервативны у подавляющего большинства многоклеточных животных с известными геномами. Mnemiopsis leidyi , гребневик , не имеет гомологов Drosha и DGCR8 , а также узнаваемых микроРНК, и является единственным известным многоклеточным животным, у которого нет обнаруживаемых геномных свидетельств Drosha . [22] У растений путь биогенеза микроРНК несколько иной; ни Drosha, ни DGCR8 не имеют гомолога в растительных клетках, где первый этап процессинга микроРНК обычно выполняется другой ядерной рибонуклеазой , DCL1 , гомологом Dicer . [11] [23]
анализа было высказано предположение На основе филогенетического , что ключевые компоненты РНК-интерференции, основанные на экзогенных субстратах, присутствовали у предковых эукариот , вероятно, в качестве иммунного механизма против вирусов и мобильных элементов . Считается, что разработка этого пути регуляции генов, опосредованной miRNA, произошла позже. [24]
Клиническое значение
[ редактировать ]Участие микроРНК в заболеваниях привело к тому, что ученые стали больше интересоваться ролью дополнительных белковых комплексов, таких как микропроцессор, которые обладают способностью влиять или модулировать функцию и экспрессию микроРНК. [25] , подвергается воздействию микроделеции 22q11.2 , Компонент микропроцессорного комплекса, DGCR8 небольшой части хромосомы 22 . Эта делеция вызывает нерегулярную обработку микроРНК, что приводит к синдрому ДиДжорджа . [26]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Партин, Александр К.; Чжан, Каймин; Чон, Бюнг-Чон; Херрелл, Эмили; Ли, Шаньшань; Чиу, Вау; Нам, Юнсун (май 2020 г.). «Крио-ЭМ структуры человеческой дроши и DGCR8 в комплексе с первичной микроРНК» . Молекулярная клетка . 78 (3): 411–422.e4. doi : 10.1016/j.molcel.2020.02.016 . ПМК 7214211 . ПМИД 32220646 .
- ^ Грегори Р.И., Ян КП, Амутхан Г., Чендримада Т., Доратотай Б., Куч Н., Шихаттар Р. (ноябрь 2004 г.). «Микропроцессорный комплекс опосредует генезис микроРНК». Природа 432 (7014): 235–40. Бибкод : 2004Nature.432..235G . дои : 10.1038/nature03120 . ПМИД 15531877 . S2CID 4389261 .
- ^ Денли А.М., Топс Б.Б., Пластерк Р.Х., Кеттинг Р.Ф., Хэннон Г.Дж. (ноябрь 2004 г.). «Обработка первичных микроРНК Микропроцессорным комплексом». Природа . 432 (7014): 231–5. Бибкод : 2004Natur.432..231D . дои : 10.1038/nature03049 . ПМИД 15531879 . S2CID 4425505 .
- ^ Jump up to: а б с д Сиоми Х, Сиоми MC (май 2010 г.). «Посттранскрипционная регуляция биогенеза микроРНК у животных» . Молекулярная клетка . 38 (3): 323–32. doi : 10.1016/j.molcel.2010.03.013 . ПМИД 20471939 .
- ^ Jump up to: а б с д и Уилсон Р.К., Дудна Дж.А. (2013). «Молекулярные механизмы РНК-интерференции» . Ежегодный обзор биофизики . 42 : 217–39. doi : 10.1146/annurev-biophys-083012-130404 . ПМЦ 5895182 . ПМИД 23654304 .
- ^ Jump up to: а б с Масиас С., Кординер Р.А., Касерес Х.Ф. (август 2013 г.). «Клеточные функции микропроцессора». Труды Биохимического общества . 41 (4): 838–43. дои : 10.1042/BST20130011 . hdl : 1842/25877 . ПМИД 23863141 .
- ^ Jump up to: а б Грегори Р.И., Ян КП, Амутхан Г., Чендримада Т., Доратотай Б., Куч Н., Шихаттар Р. (ноябрь 2004 г.). «Микропроцессорный комплекс опосредует генезис микроРНК». Природа 432 (7014): 235–40. Бибкод : 2004Nature.432..235G . дои : 10.1038/nature03120 . ПМИД 15531877 . S2CID 4389261 .
- ^ Jump up to: а б с Квон С.К., Нгуен Т.А., Чхве Ю.Г., Джо М.Х., Хонг С., Ким В.Н., Ву Дж.С. (январь 2016 г.). «Структура Человеческой ДРОШИ» . Клетка . 164 (1–2): 81–90. дои : 10.1016/j.cell.2015.12.019 . ПМИД 26748718 .
- ^ Герберт К.М., Саркар С.К., Миллс М., Дельгадо Де ла Эрран ХК, Нойман К.К., Стейц Дж.А. (февраль 2016 г.). «Гетеротримерная модель полного микропроцессорного комплекса, выявленная путем подсчета субъединиц одной молекулы» . РНК . 22 (2): 175–83. дои : 10.1261/rna.054684.115 . ПМЦ 4712668 . ПМИД 26683315 .
- ^ Нгуен Т.А., Джо М.Х., Чой Ю.Г., Пак Дж., Квон С.С., Хонг С. и др. (июнь 2015 г.). «Функциональная анатомия микропроцессора человека» . Клетка . 161 (6): 1374–87. дои : 10.1016/j.cell.2015.05.010 . ПМИД 26027739 .
- ^ Jump up to: а б с д Ха М, Ким В.Н. (август 2014 г.). «Регуляция биогенеза микроРНК». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 15 (8): 509–24. дои : 10.1038/nrm3838 . ПМИД 25027649 . S2CID 205495632 .
- ^ Окада, Чимари; Ли, Су Джэ; Катахира, Джун; Йонеда, Ёсихиро, Томитаке (27 ноября 2009 г.). Машины ядерного экспорта микроРНК». Science . 326 (5957): 1275–1279. Bibcode : ...326.1275O . doi : 10.1126/science.1178705 . PMID 19965479. 2009Sci S2CID 206522317 .
- ^ Михлевски Г., Касерес Х.Ф. (январь 2019 г.). «Посттранскрипционный контроль биогенеза микроРНК» . РНК . 25 (1): 1–16. дои : 10.1261/rna.068692.118 . ПМК 6298569 . ПМИД 30333195 .
- ^ Катаока Н., Фудзита М., Оно М. (июнь 2009 г.). «Функциональная ассоциация Микропроцессорного комплекса со сплайсосомой» . Молекулярная и клеточная биология . 29 (12): 3243–54. дои : 10.1128/MCB.00360-09 . ПМК 2698730 . ПМИД 19349299 .
- ^ Морландо М., Балларино М., Громак Н., Пагано Ф., Боццони И., Праудфут, Нью-Джерси (сентябрь 2008 г.). «Первичные транскрипты микроРНК обрабатываются котранскрипционно» . Структурная и молекулярная биология природы . 15 (9): 902–9. дои : 10.1038/nsmb.1475 . ПМК 6952270 . ПМИД 19172742 .
- ^ Партин А.С., Нго Т.Д., Херрелл Э., Чон Б.С., Хон Дж., Нам Ю. (ноябрь 2017 г.). «Гем обеспечивает правильное позиционирование Drosha и DGCR8 на первичных микроРНК» . Природные коммуникации . 8 (1): 1737. Бибкод : 2017NatCo...8.1737P . дои : 10.1038/s41467-017-01713-y . ПМК 5700927 . ПМИД 29170488 .
- ^ Беллемер С., Бортолин-Кавайе М.Л., Шмидт У., Йенсен С.М., Кьемс Дж., Бертран Э., Кавайе Дж. (июнь 2012 г.). «Динамика микропроцессора и взаимодействие эндогенных импринтированных генов микроРНК C19MC» . Журнал клеточной науки . 125 (Часть 11): 2709–20. дои : 10.1242/jcs.100354 . ПМИД 22393237 . S2CID 19121670 .
- ^ Jump up to: а б Винтер Дж., Юнг С., Келлер С., Грегори Р.И., Дидерихс С. (март 2009 г.). «Многие пути к зрелости: пути биогенеза микроРНК и их регуляция». Природная клеточная биология . 11 (3): 228–34. дои : 10.1038/ncb0309-228 . ПМИД 19255566 . S2CID 205286318 .
- ^ Цзян X, Прабхакар А., Ван дер Воорн С.М., Гатпанде П., Селона Б., Венкатараманан С. и др. (февраль 2021 г.). «Управление синтезом рибосомальных белков Микропроцессорным комплексом» . Научная сигнализация . 14 (671): eabd2639. дои : 10.1126/scisignal.abd2639 . ПМК 8012103 . ПМИД 33622983 .
- ^ Фридман Р.К., Фарх К.К., Бердж CB, Бартель Д.П. (январь 2009 г.). «Большинство мРНК млекопитающих являются консервативными мишенями микроРНК» . Геномные исследования . 19 (1): 92–105. дои : 10.1101/гр.082701.108 . ПМЦ 2612969 . ПМИД 18955434 .
- ^ Ли Ю.Дж., Ким В., Мут, округ Колумбия, Уитвер К.В. (ноябрь 2015 г.). «Проверенные целевые базы данных микроРНК: оценка» . Исследования в области разработки лекарств . 76 (7): 389–96. дои : 10.1002/ddr.21278 . ПМЦ 4777876 . ПМИД 26286669 .
- ^ Максвелл Э.К., Райан Дж.Ф., Шницлер К.Э., Браун В.Е., Баксеванис А.Д. (декабрь 2012 г.). «МикроРНК и важные компоненты механизма обработки микроРНК не закодированы в геноме гребневика Mnemiopsis leidyi» . БМК Геномика . 13 : 714. дои : 10.1186/1471-2164-13-714 . ПМЦ 3563456 . ПМИД 23256903 .
- ^ Экстелл М.Дж., Вестхольм Дж.О., Лай Э.К. (2011). «Vive la différence: биогенез и эволюция микроРНК у растений и животных» . Геномная биология . 12 (4): 221. doi : 10.1186/gb-2011-12-4-221 . ПМК 3218855 . ПМИД 21554756 .
- ^ Черутти Х., Касас-Моллано Х.А. (август 2006 г.). «О происхождении и функциях РНК-опосредованного молчания: от протистов к человеку» . Современная генетика . 50 (2): 81–99. дои : 10.1007/s00294-006-0078-x . ПМК 2583075 . ПМИД 16691418 .
- ^ Бизхолд К.Дж., Кастранова В., Чен Ф. (июнь 2010 г.). «Микропроцессор микроРНК: регуляция и возможности терапевтического вмешательства» . Молекулярный рак . 9 (1): 134. дои : 10.1186/1476-4598-9-134 . ПМЦ 2887798 . ПМИД 20515486 .
- ^ Фенелон К., Мукаи Дж., Сюй Б., Сюй П.К., Дрю Л.Дж., Карайоргу М. и др. (март 2011 г.). «Дефицит Dgcr8, гена, разрушенного микроделецией 22q11.2, приводит к изменению кратковременной пластичности в префронтальной коре» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (11): 4447–52. Бибкод : 2011PNAS..108.4447F . дои : 10.1073/pnas.1101219108 . ПМК 3060227 . ПМИД 21368174 .