Посттранскрипционная модификация - Post-transcriptional modification

Посттранскрипционная модификация или же котранскрипционная модификация это набор биологических процессов, общих для большинства эукариотический ячейки, с помощью которых РНК первичная стенограмма химически изменен после транскрипция из ген для производства зрелой функциональной молекулы РНК, которая затем может покинуть ядро и выполнять в ячейке любую из множества различных функций. [1] Есть много типов посттранскрипционных модификаций, достигаемых с помощью разнообразного класса молекулярных механизмов.

Одним из примеров является преобразование прекурсора информационная РНК транскрипции в зрелую информационную РНК, которая впоследствии может быть переведено в белок. Этот процесс включает три основных этапа, которые существенно изменяют химическую структуру молекулы РНК: добавление Крышка 5 футов, добавление 3 ' полиаденилированный хвост и Сплайсинг РНК. Такая обработка жизненно важна для правильного перевода эукариотической геномы потому что исходная мРНК-предшественник, продуцируемая транскрипцией, часто содержит оба экзоны (кодирующие последовательности) и интроны (некодирующие последовательности); сплайсинг удаляет интроны и напрямую связывает экзоны, в то время как шапочка и хвост облегчают транспорт мРНК к рибосома и защитить его от молекулярной деградации.[2]

Посттранскрипционные модификации могут также происходить во время обработки других транскриптов, которые в конечном итоге становятся переносить РНК, рибосомная РНК или любой из других типов РНК, используемых клеткой.

обработка мРНК

Изображение выше содержит интерактивные ссылки
Структура эукариотический кодирование белков ген. Нормативная последовательность контролирует, когда и где происходит выражение для кодирующая область белка (красный). Промоутер и усилитель области (желтый) регулируют транскрипция гена в пре-мРНК, которая модифицированный удалять интроны (светло-серый) и добавьте 5-футовый колпачок и хвост из поли-А (темно-серый). МРНК 5' и 3' непереведенные области (синий) регулируют перевод в конечный белковый продукт.[3]
Изображение выше содержит интерактивные ссылки
Структура прокариотический оперон кодирования белков гены. Нормативная последовательность контролирует, когда выражение происходит для нескольких белковые кодирующие области (красный). Промоутер, оператор и усилитель области (желтый) регулируют транскрипция гена в мРНК. МРНК непереведенные регионы (синий) регулировать перевод в конечные белковые продукты.[3]

Молекула пре-мРНК претерпевает три основных модификации. Эти модификации 5 'крышка, 3' полиаденилирование, и Сплайсинг РНК, которые происходят в ядро клетки до того, как РНК переведено.[4]

5 'обработка

Основная статья: Крышка 5 футов

Укупорка

Кэппирование пре-мРНК включает добавление 7-метилгуанозин (м7Ж) до конца 5 '. Для этого необходимо удалить концевой 5 'фосфат, что осуществляется с помощью фосфатаза фермент. Фермент гуанозилтрансфераза затем катализирует реакцию, которая производит дифосфат 5 'конец. Затем дифосфатный 5'-конец атакует альфа-атом фосфора GTP молекулу, чтобы добавить гуанин остаток в 5'5 'трифосфатной связи. Фермент (гуанин-N7-) - метилтрансфераза ("cap MTase") переносит метильную группу из S-аденозил метионин к гуаниновому кольцу.[5] Этот тип кепки только с (m7G) в позиции называется структурой крышки 0. В рибоза соседних нуклеотид также может быть метилировано с образованием кэпа 1. Метилирование нуклеотидов после молекулы РНК дает структуры кэпа 2, кэпа 3 и так далее. В этих случаях метильные группы добавляются к 2'-ОН-группам сахара рибозы. Cap защищает 5'-конец первичного транскрипта РНК от атаки со стороны рибонуклеазы которые имеют специфичность к 3'5 ' фосфодиэфирные связи.[6]

3 'обработка

Расщепление и полиаденилирование

Основная статья: Полиаденилирование

Процессинг пре-мРНК на 3'-конце молекулы РНК включает отщепление ее 3'-конца и затем добавление примерно 250 аденин остатки, чтобы сформировать поли (А) хвост. Реакции расщепления и аденилирования происходят в первую очередь, если сигнальная последовательность полиаденилирования (5'-AAUAAA-3 ') расположен около 3' конца молекулы пре-мРНК, за которой следует другая последовательность, обычно (5'-CA-3 ') и является местом расщепления. А ГУ-богатая последовательность также обычно присутствует ниже по течению от молекулы пре-мРНК. Недавно было продемонстрировано, что альтернативные сигнальные последовательности, такие как UGUA, расположенные выше сайта расщепления, также могут направлять расщепление и полиаденилирование в отсутствие сигнала AAUAAA. Важно понимать, что эти два сигнала не являются взаимно независимыми и часто сосуществуют. После синтеза элементов последовательности несколько мультисубъединичных белки переносятся на молекулу РНК. Перенос этих специфичных связывающих белков фактор специфичности расщепления и полиаденилирования (CPSF), фактор расщепления I (CF I) и фактор стимуляции расщепления (CStF) происходит от РНК-полимераза II. Эти три фактора связаны с элементами последовательности. Сигнал AAUAAA напрямую связывается с CPSF. Для сайтов UGUA-зависимого процессинга связывание мультибелкового комплекса осуществляется фактором расщепления I (CF I). Образовавшийся в результате белковый комплекс содержит дополнительные факторы расщепления и фермент Полиаденилат-полимераза (ПАП). Этот комплекс расщепляет РНК между последовательностью полиаденилирования и богатой GU последовательностью в сайте расщепления, отмеченном последовательностями (5'-CA-3 '). Затем поли (A) полимераза добавляет около 200 единиц аденина к новому 3'-концу молекулы РНК, используя АТФ как предшественник. По мере синтеза поли (А) хвоста он связывает несколько копий поли (A) -связывающий белок, который защищает 3'-конец от переваривания рибонуклеаз ферментами, включая CCR4-Нет сложный.[6]

Сплайсинг интронов

Основная статья: Сплайсинг РНК

Сплайсинг РНК - это процесс, посредством которого интроны области РНК, которые не кодируют белки, удаляются из пре-мРНК, а оставшиеся экзоны соединены, чтобы переформировать единую непрерывную молекулу. Экзоны - это участки мРНК, которые «экспрессируются» или транслируются в белок. Они являются кодирующими частями молекулы мРНК.[7] Хотя большая часть сплайсинга РНК происходит после полного синтеза и концевого кэпирования пре-мРНК, транскрипты со многими экзонами могут быть сплайсированы котранскрипционно.[8] Реакция сплайсинга катализируется большим белковым комплексом, называемым сплайсосома собран из белков и малая ядерная РНК молекулы, которые распознают сайты сращивания в последовательности пре-мРНК. Многие пре-мРНК, в том числе кодирующие антитела, могут быть сплайсированы разными способами для получения различных зрелых мРНК, которые кодируют разные белковые последовательности. Этот процесс известен как альтернативное сращивание, и позволяет производить большое количество белков из ограниченного количества ДНК.

Обработка мРНК гистонов

Основная статья: Гистон

Гистоны H2A, H2B, H3 и H4 образуют ядро нуклеосома и поэтому называются основные гистоны. Обработка ядер гистонов осуществляется по-другому, потому что типичная мРНК гистонов лишена некоторых свойств других мРНК эукариот, таких как поли (A) хвост и интроны. Таким образом, такие мРНК не подвергаются сплайсингу, и их 3'-процессинг осуществляется независимо от большинства факторов расщепления и полиаденилирования. МРНК гистонов ядра имеют особую стебель-петля структура на 3-простом конце, распознаваемая белок, связывающий стебель-петлю и нижестоящая последовательность, называемая гистоновым нижележащим элементом (HDE), которая привлекает U7 мяРНК. Фактор специфичности расщепления и полиаденилирования 73 разрезает мРНК между стержнем-петлей и HDE[9]

Варианты гистонов, такие как H2A.Z или H3.3, однако, имеют интроны и процессируются как нормальные мРНК, включая сплайсинг и полиаденилирование.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Поцелуй Т (июль 2001 г.). «Небольшая ядрышковая РНК-управляемая посттранскрипционная модификация клеточных РНК». Журнал EMBO. 20 (14): 3617–22. Дои:10.1093 / emboj / 20.14.3617. ЧВК  125535. PMID  11447102.
  2. ^ Берг, Тимочко и Страйер 2007, п. 836
  3. ^ а б Шафи, Томас; Лоу, Рохан (2017). «Структура эукариотических и прокариотических генов». WikiJournal of Медицина. 4 (1). Дои:10.15347 / wjm / 2017.002. ISSN  2002-4436.
  4. ^ Берг, Тимочко и Страйер 2007, п. 841
  5. ^ Ямада-Окабе Т., Мио Т., Кашима Ю., Мацуи М., Арисава М., Ямада-Окабе Х. (ноябрь 1999 г.). «Ген Candida albicans для 5-кэп-метилтрансферазы мРНК: идентификация дополнительных остатков, необходимых для катализа». Микробиология. 145 (Pt 11) (11): 3023–33. Дои:10.1099/00221287-145-11-3023. PMID  10589710. Архивировано из оригинал на 2012-07-12.
  6. ^ а б Хеймс и Хупер 2006, п. 221
  7. ^ Биология. Образование холма Мграу. 2014. С. 241–242. ISBN  978-981-4581-85-1.
  8. ^ Лодиш Х.Ф., Берк А., Кайзер С., Кригер М., Скотт М.П., ​​Бретчер А., Плоег Х., Мацудаира П.Т. (2007). «Глава 8: Посттранскрипционный генный контроль». Молекулярная клетка. Биология. Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN  978-0-7167-7601-7.
  9. ^ а б Марцлуфф 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. ЧВК  2715827. PMID  18927579.

дальнейшее чтение