Посттранскрипционная модификация

Транскрипционная модификация с образованием зрелой функциональной молекулы , РНК которая затем может или ко-транскрипционная модификация — это набор биологических процессов, общих для большинства эукариотических клеток, посредством которых первичный транскрипт РНК химически изменяется после транскрипции гена покинуть ядро ​​и выполнить любое из множество различных функций в клетке. 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 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.

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 Нормативная последовательность Усилитель / глушитель Промоутер 5'UTR Открытая рамка чтения 3'UTR Усилитель / глушитель Проксимальный Основной Начинать Останавливаться Терминатор Транскрипция ДНК Экзон Экзон Экзон Интрон Интрон Посттранскрипционный модификация Предварительный мРНК Кодирующая белок область 5 футов Поли-А хвост Перевод зрелый мРНК Белок 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. Полицистронный оперон Нормативная последовательность Нормативная последовательность Усилитель Усилитель / глушитель / глушитель Оператор Промоутер 5'UTR ОРФ ОРФ УТР 3'UTR Начинать Начинать Останавливаться Останавливаться Терминатор Транскрипция ДНК РБС РБС Кодирующая белок область 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.

5' обработка

Основная статья: 5-футовая кепка

Укупорка

Кэпирование пре-мРНК включает добавление 7-метилгуанозина (м ⁷ Г) 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. Этот тип кепки, только с (м ⁷ G) 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 .

3' обработка

Расщепление и полиаденилирование

Основная статья: 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 .

Сплайсинг интронов

Основная статья: сплайсинг РНК

Сплайсинг РНК — это процесс, при котором интроны (области РНК, не кодирующие 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. Хотя в большинстве случаев сплайсинг РНК происходит после полного синтеза и блокирования концов пре-мРНК, транскрипты со многими экзонами могут подвергаться котранскрипционному сплайсингу. 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 кодирующие антитела , можно сплайсировать разными способами с образованием различных 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

Основная статья: Гистон

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

Однако варианты гистонов, такие как H2A.Z или H3.3, имеют интроны и процессируются как нормальные мРНК, включая сплайсинг и полиаденилирование.

См. также

• Посттрансляционная модификация
• Редактирование РНК
• РНК-Seq

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/нар/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 в медицинских предметных рубриках (MeSH)