Фактор специфичности расщепления и полиаденилирования
Фактор специфичности расщепления и полиаденилирования ( CPSF ) участвует в отщеплении сигнальной области 3'- от вновь синтезированной молекулы пре- мессенджерной РНК (пре-мРНК) в процессе транскрипции гена . У эукариот предшественники информационной РНК (пре-мРНК) транскрибируются в ядре с ДНК ферментом РНК-полимеразой II. Пре-мРНК должны подвергнуться посттранскрипционным модификациям, образуя зрелую РНК (мРНК), прежде чем они смогут быть транспортированы в цитоплазму для трансляции в белки. Посттранскрипционные модификации включают в себя добавление 5'-кэпа m7G, сплайсинг интронных последовательностей, а также 3'-расщепление и полиаденилирование. [1]
По словам Шонемана и др., «CPSF распознает сигнал полиаденилирования (PAS), обеспечивая специфичность последовательности при расщеплении и полиаденилировании пре-мРНК, и катализирует расщепление пре-мРНК». [2] Необходимо вызвать паузу РНК-полимеразы, как только она распознает функциональный PAS. [3] Это первый белок, который связывается с сигнальной областью рядом с сайтом расщепления пре-мРНК, к которой поли(А)-хвост будет добавлен полинуклеотид-аденилилтрансферазой . Сигнальная область, состоящая из 10–30 нуклеотидов выше сайта расщепления, сигнал полиаденилирования (PAS), имеет каноническую нуклеотидную последовательность AAUAAA, которая высоко консервативна в подавляющем большинстве пре-мРНК. Область AAAUAAA обычно определяется цитозин/адениновым (СА) динуклеотидом, который представляет собой предпочтительную последовательность, расположенную с 5'-конца к месту эндонуклеолитического расщепления. [2] [4] Вторая нижестоящая сигнальная область, расположенная примерно на 40 нуклеотидов ниже от сайта расщепления на той части пре-мРНК, которая расщепляется перед полиаденилированием, состоит из богатой U/GU области, необходимой для эффективного процессинга. Этот нижестоящий фрагмент ухудшился. Зрелая РНК транспортируется в цитоплазму, где транслируется в белки. [4] [5]
Структура белка и взаимодействия
[ редактировать ]У млекопитающих CPSF представляет собой белковый комплекс , состоящий из шести субъединиц: CPSF-160 (CPSF1), CPSF-100 (CPSF2), CPSF-73 (CPSF3) и CPSF-30 (CPSF4) кДа-субъединиц, WDR33 и Fip1 (FIP1L1). ).
Субъединицы образуют два компонента: факторы специфичности полиаденилирования млекопитающих (mPSF) и фактор расщепления млекопитающих (mCF). mPSF состоит из CPSF-160, WDR33, CPSF-30 и Fip1. Это необходимо для распознавания PAS и полиаденилирования. mCF состоит из CPSF-73, CPSF-100 и симплекина. Он катализирует реакцию расщепления, узнавая 3'-сайт процессинга мРНК гистонов. [4] [5]
CPSF-73 представляет собой цинк-зависимую гидролазу , которая расщепляет предшественник мРНК между динуклеотидом CA сразу после сигнальной последовательности полиаденилирования AAUAAA. [6] [7]
CPSF-100 способствует эндонуклеазной активности CPSF-73. [2]
CPSF-160 (160 кДа) является самой крупной субъединицей CPSF и напрямую связывается с сигналом полиаденилирования AAAAAA. [8] 160 кДа имеет три β-пропеллерных домена и С-концевой домен.
CPSF-30 (30 кДа) имеет пять мотивов цинковых пальцев Cys-Cys-Cys-His (CCCH) вблизи N-конца и цинковый сустав CCCH на C-конце. Существуют две изоформы CPSF-30, которые можно найти в комплексах CPSF. РНК-связывающая активность CPSF-30 опосредуется его цинковыми пальцами 2 и 3. Домен повтора WD 33 (146 кДа) имеет домен WD40 вблизи N-конца. Домен WD40 взаимодействует с РНК. WDR33 и CPSF-30 распознают сигнал полиаденилирования (PAS) в пре-мРНК, что помогает определить положение расщепления РНК. CPSF-30 распознает богатую AU гексамерную область с помощью кооперативного металлозависимого механизма связывания. [4] [5] [9] [10]
Хотя CPSF-160 является крупнейшей субъединицей CPSF, исследование, проведенное Schönemann et al., предполагает, что за распознавание PAS отвечает WDR33, а не CPSF-160, как считалось ранее. Исследование пришло к выводу, что причина, по которой CPSF-160 считался ответственным за распознавание PAS, заключалась в том, что субъединица WDR33 не была обнаружена на момент подачи заявления. [2]
Fip1 связывается с U-богатыми РНК посредством своего богатого аргинином С-конца. Он связывается с последовательностями РНК, расположенными выше гексамерной области AAAAAA in vitro. Fip1 и CPSF-160 привлекают поли(А)-полимеразу (PAP) к 3'-сайту процессинга. [4] PAP стимулируется ядерным поли(А)-связывающим белком для добавления хвоста поли(А), нематрицированных остатков аденозина, в сайт расщепления. [3] [7]
Только CPSF-160, CPSF-30, Fip1 и WDR33 необходимы и достаточны для формирования активного субкомплекса CPSF при AAAUAAA-зависимом полиаденилировании. CPSF-73 и CPSF-100 являются одноразовыми. [2]
CPSF рекрутирует белки в 3'-область. Идентифицированные белки, которые координируются активностью CPSF, включают: фактор, стимулирующий расщепление , и два плохо изученных фактора расщепления . Связывание полинуклеотида аденилаттрансферазы, ответственной за фактический синтез хвоста, является необходимой предпосылкой для расщепления, что гарантирует, что расщепление и полиаденилирование являются тесно связанными процессами.
Гены
[ редактировать ]Альтернативное полиаденилирование (APA)
[ редактировать ]Альтернативное полиаденилирование (АПА) представляет собой регуляторный механизм, который образует множественные 3'-концы мРНК. [7]
Изоформы APA одного и того же гена могут кодировать разные белки и/или содержать разные 3'-нетранслируемые области (UTR). Дерегулирование APA связано с рядом заболеваний человека. Поскольку более длинные НТО имеют больше сайтов связывания для микроРНК и/или РНК-связывающих белков по сравнению с более короткими НТО, APA требует различной стабильности, эффективности трансляции и/или внутриклеточной локализации. [4]
PAS млекопитающих имеют ряд ключевых цис- элементов.
- А(А/У)ААА гексамер
- Последующий элемент с высоким содержанием U/GU (DSE)
- Вспомогательные элементы (USE) с высоким содержанием урана выше по потоку
- Восходящие последовательности, соответствующие консенсусу UGUA
Последовательности PAS вариабельны, и во многих PAS отсутствует один или несколько цис- элементов. Распознавание PAS осуществляется за счет взаимодействий белок-РНК.
CPSF синергетически связывается с гексамером AAAAAA, а CstF синергически связывается с нижестоящим элементом (DSE). Комплекс CFI связывается с мотивами UGUA. CPSF, CstF и CFI связываются непосредственно с РНК. Они также привлекают другие белки, такие как CFII, симплекин и поли(А)-полимераза (PAP), для сборки 3'-процессирующего комплекса мРНК, также известного как комплекс расщепления и полиаденилирования. Сборке этих факторов способствует С-концевой домен (CTD) большой субъединицы РНК-полимеразы II (РНКП II). CTD обеспечивает посадочную площадку для факторов процессинга мРНК. [4] [11]
Другие белковые комплексы в комплексе расщепления и полиаденилирования
[ редактировать ]Симплекин (SYMPK) представляет собой каркасный белок, который опосредует взаимодействие между CPSF и CstF. [2]
В CPSF млекопитающих как фактор расщепления I (CFI m ), так и фактор специфичности расщепления и полиаденилирования (CPSF) необходимы для расщепления и полиаденилирования, тогда как фактор стимуляции расщепления (CstF) необходим только для стадии расщепления. [12] CPSF и CstF путешествуют вместе с РНК-полимеразой II (РНКП II) во время зарождающейся транскрипции гена в поисках PAS. [3]
Фактор расщепления I (CFI m ) состоит из белков массой 25 ( CPSF5 ), 59 (CPSF7) и 68 (CPSF6) кДа. Фактор расщепления II (CFII m ) состоит из Pcf11, Clp1 и фактора стимуляции расщепления (CstF). CFII m связывается с С-концевым доменом РНКП II и другими факторами CpA. [3] [13]
Фактор стимуляции расщепления (CstF) состоит из трех субъединиц: CstF77 (CstF3), CstF50 (CstF1) и CstF64 (CstF2 и CstF2T). CstF распознает PAS, который находится на 20 нуклеотидов ниже сигнальной области сайта расщепления, который представляет собой мотив последовательности , богатой GU , за которым следуют последовательности, богатые U. CstF способствует выбору сайта расщепления, а также альтернативному полиаденилированию. [4] [5] [13]
Связанные процессы
[ редактировать ]Сопряжение транскрипции РНК-полимеразы II (pol II) может влиять на реакции процессинга тремя способами. [11]
- локализация
- позиционирует факторы процессинга мРНК в комплексе элонгации, что повышает их локальную концентрацию вблизи возникающего транскрипта.
- кинетическая связь
- Скорость транскрипта может оказывать глубокое влияние на сворачивание РНК и сборку комплексов РНК-белок.
- аллостерический
- контакт между комплексом элонгации pol II и факторами процессинга мРНК может аллостерически ингибировать или активировать факторы процессинга мРНК.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мандель Ч.Р., Бай Ю, Тонг Л. (апрель 2008 г.). «Белковые факторы в процессинге 3'-конца пре-мРНК» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 65 (7–8): 1099–1122. дои : 10.1007/s00018-007-7474-3 . ПМЦ 2742908 . ПМИД 18158581 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Шенеманн Л., Кюн У., Мартин Г., Шефер П., Грубер А.Р., Келлер В. и др. (ноябрь 2014 г.). «Восстановление CPSF, активного при полиаденилировании: распознавание сигнала полиаденилирования с помощью WDR33» . Гены и развитие . 28 (21): 2381–2393. дои : 10.1101/gad.250985.114 . ПМК 4215183 . ПМИД 25301781 .
- ^ Jump up to: а б с д Мерфи М.Р., Доймаз А., Клейман Ф.Е. (01.01.2021). «Динамика поли(А)-хвоста: измерение полиаденилирования, деаденилирования и длины поли(А)-хвоста». Ин Тянь Б (ред.). Методы энзимологии . Процессинг и метаболизм 3'-конца МРНК. Том. 655. Академик Пресс. стр. 265–290. дои : 10.1016/bs.mie.2021.04.005 . ISBN 9780128235737 . ПМК 9015694 . ПМИД 34183126 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Ши Ю, Мэнли Дж. Л. (май 2015 г.). «Конец сообщения: множественные взаимодействия белок-РНК определяют сайт полиаденилирования мРНК» . Гены и развитие . 29 (9): 889–897. дои : 10.1101/gad.261974.115 . ПМК 4421977 . ПМИД 25934501 .
- ^ Jump up to: а б с д Сунь Ю, Чжан Ю, Гамильтон К, Мэнли Дж. Л., Ши Ю, Уолц Т, Тонг Л (февраль 2018 г.). «Молекулярные основы распознавания сигнала полиаденилирования AAAUAAA человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (7): E1419–E1428. Бибкод : 2018PNAS..115E1419S . дои : 10.1073/pnas.1718723115 . ПМК 5816196 . ПМИД 29208711 .
- ^ Мандель Ч.Р., Канеко С., Чжан Х., Гебауэр Д., Ветантам В., Мэнли Дж.Л., Тонг Л. (декабрь 2006 г.). «Фактор полиаденилирования CPSF-73 представляет собой эндонуклеазу, процессирующую 3'-конец пре-мРНК» . Природа . 444 (7121): 953–956. Бибкод : 2006Natur.444..953M . дои : 10.1038/nature05363 . ПМЦ 3866582 . ПМИД 17128255 .
- ^ Jump up to: а б с Арора А., Геринг Р., Ло ХИ, Ло Дж., Моффат С., Талиаферро Дж. М. (2022). «Роль альтернативного полиаденилирования в регуляции субклеточной локализации РНК» . Границы генетики . 12 : 818668. doi : 10.3389/fgene.2021.818668 . ПМЦ 8795681 . ПМИД 35096024 .
- ^ Мурти К.Г., Мэнли Дж.Л. (ноябрь 1995 г.). «Субъединица человеческого фактора специфичности расщепления-полиаденилирования массой 160 кДа координирует образование 3'-конца пре-мРНК» . Гены и развитие . 9 (21): 2672–2683. дои : 10.1101/gad.9.21.2672 . ПМИД 7590244 .
- ^ Касаньаль А., Кумар А., Хилл Ч.С., Истер А.Д., Эмсли П., Деглиеспости Г. и др. (ноябрь 2017 г.). «Архитектура механизма процессинга 3'-конца эукариотической мРНК» . Наука . 358 (6366): 1056–1059. дои : 10.1126/science.aao6535 . ПМЦ 5788269 . ПМИД 29074584 .
- ^ Шимберг Г.Д., Михалек Дж.Л., Олуяди А.А., Родригес А.В., Зуккони Б.Е., Ной Х.М. и др. (апрель 2016 г.). «Фактор специфичности расщепления и полиаденилирования 30: РНК-связывающий белок цинкового пальца с неожиданным кластером 2Fe-2S» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (17): 4700–4705. Бибкод : 2016PNAS..113.4700S . дои : 10.1073/pnas.1517620113 . ПМЦ 4855568 . ПМИД 27071088 .
- ^ Jump up to: а б Бентли DL (июнь 2005 г.). «Правила взаимодействия: котранскрипционное рекрутирование факторов процессинга пре-мРНК». Современное мнение в области клеточной биологии . Ядро и экспрессия генов. 17 (3): 251–256. дои : 10.1016/j.ceb.2005.04.006 . ПМИД 15901493 .
- ^ Стампф Г., Домдей Х. (ноябрь 1996 г.). «Зависимость процессинга 3'-конца пре-мРНК дрожжей от CFT1: гомолога последовательности фактора связывания AAUAAA млекопитающих». Наука . 274 (5292): 1517–1520. Бибкод : 1996Sci...274.1517S . дои : 10.1126/science.274.5292.1517 . JSTOR 2892223 . ПМИД 8929410 . S2CID 34840144 .
- ^ Jump up to: а б Грубер А.Р., Мартин Г., Келлер В., Заволан М. (март 2014 г.). «Средства достижения цели: механизмы альтернативного полиаденилирования предшественников информационной РНК» . Междисциплинарные обзоры Wiley. РНК . 5 (2): 183–196. дои : 10.1002/wrna.1206 . ПМЦ 4282565 . ПМИД 24243805 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Лодиш Х., Берк А., Мацудайра П., Кайзер К.А., Кригер М., Скотт М.П., Зипурски С.Л., Дарнелл Дж. (2004). Молекулярно-клеточная биология (5-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WH Freeman.
- Мурти К.Г., Мэнли Дж.Л. (ноябрь 1995 г.). «Субъединица человеческого фактора специфичности расщепления-полиаденилирования массой 160 кДа координирует образование 3'-конца пре-мРНК» . Гены и развитие . 9 (21): 2672–2683. дои : 10.1101/gad.9.21.2672 . ПМИД 7590244 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Расщепление + И + Полиаденилирование + Специфичность + Фактор Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)