Главная Обратная связь

Дисциплины:






Малые ядерные (snRNAs) и малые ядрышковые (snoRNAs) РНК



 

РНК-полимераза II транскрибирует также многие мяРНК, включая большинство молекул РНК U-типа. Некоторые из них, подобно молекулам РНК U-типа сплайсисом, локализованы в нуклеоплазме и называются малыми ядерными РНК (snRNAs) , в то время как другие, такие как U3 и U8 РНК (которые включаются в процессинг молекул рРНК) локализованы в ядрышке и называются малыми ядрышковыми РНК (snoRNAs). Термин U RNA первоначально относился к молекулам РНК, обогащенным остатками Ura, но впоследствии стал использоваться для описания любых молекул РНК, которые относительно малы и располагаются (остаются) в нуклеоплазме при созревании.

Первичные транскрипты многочисленных U мяРНК (U1-U5, U7), транскрибируемых РНК-полимеразой II, приобретают характерные 5/-кэпы. Подобно молекулам пре-мРНК, кэпирование U мяРНК начинается с добавления обращенного остатка гуанинового нуклеотида, который метилируется по N7-положению и 2/-О-метилируется по первому нуклеотиду исходной РНК (см. рис. ). Эти U мяРНК затем временно экспортируются в цитоплазму где кэп приобретает две дополнительные метильные группы по обращенному гуаниновому остатку, формируя 2,2,7-триметил-гуаниновый кэп, в отличие от 7-метил-гуанинового кэпа в молекулах пре-мРНК. Молекулы U мяРНК, которым предстоит стать частью сплайсисомы, связываются с группой белков, называемых Sm-белками и такие РНП-комплексы реимпортируются в ядро. Аутоантитела, которые узнают Sm-белки (эти антитела получают от пациентов с системной красной волчанкой) стали важным инструментом исследования, помогающим охарактеризовать начальные стадии формирования аппарата сплайсинга. Кэп молекул малых ядрышковых РНК (snoRNAs) также подвергается триметилированию, хотя, по всей вероятности, этот процесс протекает в ядрах.

Следует думать, что все функциональные РНК, транскрибируемые РНК-полимеразой II, сохраняют 5/-кэпы, которые добавляются к первичным траскриптам. Эта теория была опровергнута с момента открытия большого нового класса молекул РНК, которые транскрибируются РНК-полимеразой II, но локализуются в интронах других генов и затем вырезаются из этих интронов (см. рис. D). Эти небольшие молекулы РНК относятся к ядрышкам и вместе с рядом связанных белков формируют малые ядрышковые РНП-комплексы(snoRNРssmall nucleolar ribonucleoprotein particles). У млекопитающих более 100 различных snoRNAs, кодируемых интронами, используется в процессинге и модификации молекул рРНК. Дрожжи также имеют аналогичный набор малых ядрышковых РНК, некоторые из которых кодируются интронами, тогда как другие транскрибируются с собственных промоторов.

Кодируемые интронами snoRNAs подразделяют на два основных типа – C/D snoRNAs и Н/АСА snoRNAs в соответствии с присутствующими в них консервативными элементами, которые ответственны за связывание определенных белков. Эти белки связываются с данными консервативными элементами в snoRNAs еще в то время, когда snoRNAs в виде предшественников входят в состав интронов и сохраняются в snoRNAs и после того, как первичный интрон подвергается сплайсингу и дебранчингу. Что определяет концы каждой индивидуальной snoRNA в ходе процессинга неизвестно, но кажется вполне вероятным, что эти связанные белки могут блокировать работу нуклеаз, которые, в противном случае, быстро деградировали бы линейные формы интронов, образующиеся после дебранчинга (т.е. после превращения циклической формы интрона в линейную). Интересно, что большинство генов, интроны которых содержат snoRNAs, кодируют белки являющиеся частью рибосом или связаны с ними. Это могло бы отражать соответствующую функциональную взаимосвязь [так или иначе координирующую образование определенного уровня рибосомных компонентов (белки) и работу аппарата, помогающего формировать рибосомы (snoRNA)]. Однако, кажется наиболее вероятным, что поскольку клетки нуждаются в нескольких тысячах копий snoRNAs, последние должны происходить из высоко транскрибируемых генов, таких как те, которые кодируют множество белков необходимых для транскрипции. Таким образом, существование этого нового класса молекул РНК, образующихся посредством ранее не известного механизма, и действующих ранее не известным способом было достаточно неожиданным.



 

Процессинг транскриптов синтезируемых РНК-полимеразой III

 

РНК-полимераза III (pol III) ответственна за синтез довольно разнообразного набора транскриптов – молекул 5S-рРНК, транспортных РНК, U6-мяРНК, 7SL-РНК сигнал распознающих частиц и нескольких малых цитоплазматических РНК (называемых Y-РНК в противоположность U-РНК, локализованным в ядре). В дополнение к большому разнообразию функций, выполняемых этими РНК, транскрипты, синтезируемые РНК-полимеразой III отличаются большим разнообразием механизмов процессинга, которым они подвергаются.

 

Процессинг 5S рРНК

 

5S рРНК связывается с 28S рРНК и 5,8S рРНК с образованием большой субчастицы рибосомы. Однако в отличие от других рибосомных РНК - 5S рРНК кодируется отдельным геном, транскрибируется другой РНК-полимеразой и подвергается иному варианту процессинга. Действительно, 5S рРНК отличается наиболее простой «судьбой» среди всех РНК-транскриптов эукариот. Она не подвергается кэпированию, а сохраняет 5/-трифосфатную группировку, характерную для стадии инициации синтеза первичного транскрипта. Молекула 5S РНК не подвергается ни сплайсингу, ни полиаденилированию. Это единственная известная эукариотическая РНК, которая синтезируется зрелой, не требующей процессинга. Ее 5/- и 3/-концы защищены от деградации вторичными структурами, стабилизированными прочными взаимодействиями комплементарных пар оснований, и связанными с ними белками, как в случае с другими стабильными молекулами рРНК. У одних видов первичный транскрипт гена 5S рРНК представляет собой уже полностью зрелый продукт, делая его единственным известным примером эукариотической цитоплазматической РНК, которая не подвергается процессингу. У других видов 3/-концы первичных транскриптов подравниваются экзонуклеазами до образования зрелой формы. Этот минимальный процессинг 5S рРНК у эукариот находится в сильном контрасте с ситуацией у прокариот, у которых 5S рРНК транскрибируется в составе единого крупного предшественника пре-рРНК и нуждается в процессинге 5/- и 3/-концов. К слову, матричные РНК прокариот используются непосредственно в виде первичных транскриптов.

 

Процессинг транспортных РНК

 

Предшественники транспортных РНК (пре-тРНК) включаются в реакции процессинга, часто значительно изменяющие структуру предшественников до того, как они приобретут зрелую форму: эти реакции включают расщепление по 5/- и 3/-концам, добавление нуклеотидов к 3/-концам молекул, многочисленные специфические модификации внутренних нуклеотидов и, во многих случаях, удаление внутренних интронов.

5/-концы транспортных РНК у организмов охватывающих все три царства живого образуются за счет эндонуклеолитического расщепления, катализируемого рибонуклеопротеидным комплексом – РНКазой Р (Rnase P). Эукариотическая РНКаза Р состоит из высококонсервативной РНК и девяти белков, которые узнают соответствующую шпилечную структуру в составе пре-тРНК. РНК-компонент РНКазы Р некоторых видов микроорганизмов может катализировать реакцию расщепления in vitro в отсутствие белковых кофакторов, но эта активность не была доказана для эукариотических ферментов (дополнительная информация по РНК-энзимам приведена в разделе, описывающем свойства интронов I и II групп). Интересно, что, как оказалось, процессинг большинства тРНК протекает в ядрышках, а не в нуклеоплазме, как думали в течение нескольких десятилетий.

Что касается 3/-концов транспортных РНК все тРНК приобретают терминальную тринуклеотидную последовательность ССА, необходимую для реакции аминоацилирования, которая ответственна за присоединение аминокислоты к тРНК. У эукариот РНК-полимераза III терминирует транскрипцию за 3/-концом зрелой тРНК. Затем избыточная 3/-концевая последовательность удаляется под действием экзонуклеазы и терминальная ССА-последовательность добавляется с помощью РНК-нуклеотидил трансферазы (известной также как ССА-добавляющий фермент). Белок La, который связывается с участком поли-U на 3/-концах молекул пре-тРНК и других транскриптов синтезируемых РНК-полимеразой III, необходим для правильного процессинга 3/-концов.

В общем и целом, молекулы транспортных РНК составляют бóльшую часть класса высоко модифицированных РНК, каждая из которых включает около 100 различных видов модификаций нуклеозидов, расположенных в разных положениях внутренней нуклеотидной последовательности. Эти модификации – начиная с простого добавления метильных групп (как, например, в 1-метилгуанине) и заканчивая крупномасштабными перестройками структуры нуклеозидов (например, 2-метилтио-N6-треонилкарбамоиладенозин) – осуществляются посредством химического изменения структуры первоначально транскрибированных нуклеотидов без расщепления сахарофосфатного остова транспортных РНК. Энзимология этих модификаций часто чрезвычайно сложна, так что различные белки могут вносить одну и ту же модификацию нуклеозида, но по двум разным позициям в структуре тРНК. Полагают, что модифицированные нуклеозиды придают действию транспортных РНК неповторимость и специфичность.

Общим свойством пре-тРНК у эукариот (а также Archaea) является присутствие небольшого интрона на расстоянии в один нуклеотид от 3/-конца антикодона (см. рис. ). Фактически сплайсинг тРНК был первым описанным способом удаления интронов. Этот способ удаления интронов по механизму его осуществления сильно отличается от механизма сплайсинга пре-мРНК – он не требует участия РНК-кофакторов (мяРНК), не имеют места реакции переэтерификации и не образуются промежуточные формы интронов в виде петель. Вместо этого интроны из пре-тРНК удаляются при участии ферментов. Первое – эндонуклеаза разрезает оба конца интрона формируя необычные 2/-3/-циклофосфатный и 5/-ОН-концы. Эти концы не являются прямыми субстратами для лигазы, поэтому они соединяются вместе в ходе довольно сложной последовательности реакций: 5/-ОН конец экзона фосфорилируется с образованием канонического 5/-фосфатного конца; 2/-3/-циклофосфатный конец экзона превращается в 2/-фосфатный конец, высвобождая свой 3/-ОН конец; наконец эти сформированные, уже обычные 3/-ОН и 5/-фосфатный концы экзонов лигируются с участием РНК-лигазы. У дрожжей все эти три реакции (фосфорилирование, гидролиз 2/-3/-циклофосфатной связи и лигирование) катализируются одним и тем же ферментом. После этого отдельный фермент удаляет 2/-фосфатную группу находящуюся на рибозильном остатке 3/-конца экзона в точке сплайсинга. Весьма интересно, что мультифункциональная тРНК-лигаза принимает участие также в удалении по крайней мере одного интрона из пре-мРНК в сайте который утратил способность к сплайсингу в соответствии с правилом GU/AG или АТ/АС. Таким образом природа использует два полностью отличающихся механизма для удаления вставочных последовательностей из первичных транскриптов.

 





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...