РНҚ тіркелуіндегі SR ақуыздарының құрылымы мен функциясы
SR protein
SR ақуыздары – РНҚ тіркелуінде маңызды роль атқаратын, серин мен аргининге бай консервативті ақуыз отбасы. Түрлі омыртқалылар мен омыртқасыздарда кездеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
SR ақуыздары – РНК тігілуіне қатысатын, консервацияланған ақуыздер отбасы. SR ақуыздары серин және аргинин аминқышқылдарының ұзақ қайталамалы тізбектерінен тұратын ақуыз доменін қамтитындықтан осылай аталады, олардың стандартты аббревиатуралары сәйкесінше "S" және "R". SR ақуыздары шамамен 200-600 аминқышқылынан тұрады және екі доменнен құралған: РНК тану мотиві (RRM) аймағы және RS домені. Бұл антидене төрт SR ақуызын (SRp20, SRp40, SRp55 және SRp75) анықтауға және олардың омыртқалы және омыртқасыз жануарларда сақталғанын көрсетуге мүмкіндік берді.
SR proteins are a conserved family of proteins involved in RNA splicing. SR proteins are named because they contain a protein domain with long repeats of serine and arginine amino acid residues, whose standard abbreviations are "S" and "R" respectively. SR proteins are ~200 600 amino acids in length and composed of two domains, the RNA recognition motif (RRM) region and the RS domain. This antibody allowed identification of four SR proteins (SRp20, SRp40, SRp55 and SRp75) and demonstrated their conservation among vertebrates and invertebrates.
Құрылымы
SR ақуыздары RS доменімен және кем дегенде бір РНК тану мотивімен (RRM) сипатталады. RRM әдетте N-терминалына жақын орналасқан. RS домені SR ақуызының C-терминалды жағына жақын орналасқан. RS домендері SR ақуыздарының ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуін реттейді. Реттік талдауға сүйенсек, SR ақуыздары ішкі құрылымы жоқ ақуыздар болып саналады, нәтижесінде құрылымсыз RS домені пайда болады. RS доменіндегі аргинин мен сериннің фосфорилденбеген сегіз қайталануы, зарядты азайту үшін аргинин сыртқа қаратылып спиральдік пішінге ие болады, ал фосфорилденген күйде аргинин мен сериннің сегіз қайталануы "тырнақ" пішінін құрайды. SR ақуыздары бірнеше RRM домендеріне ие болуы мүмкін. Екінші RRM домені РНК тану мотивінің гомологы (RRMH) деп аталады. RRM домендері SR ақуыздарының N-ұшына жақын орналасқан. RRM домені эксонды тігісті күшейтуші тізбектерге байланысу арқылы SR ақуыздарының РНК-мен өзара әрекеттесуін қамтамасыз етеді. RRMH-ның РНК-мен өзара әрекеттесуі RRM доменімен салыстырғанда әлсіз. Ядролық магниттік резонанс (NMR) зерттеулерінен алынған мәліметтерге сәйкес, SR ақуызы SRSF1-дің RRM доменінде РНК байланыстыруға арналған бүктеме құрылымы бар. RRM домені фосфорилденген RS доменін де қорғай алады, бұл RS доменінің RRM доменіне сәйкес келетінін көрсетеді.
SR proteins are characterized by an RS domain and at least one RNA recognition motif (RRM). The RRM is typically located near the N terminus. The RS domain is located near the C terminal end of an SR protein. RS domains regulate protein protein interactions of SR proteins. Based on sequence analysis, SR proteins are suspected to be intrinsically disordered proteins resulting in an unstructured RS domain. Eight unphosphorylated repeats of arginine and serine in the RS domain take a helical form with arginine on the outside to reduce charge and in a phosphorylated state, the eight repeats of arginine and serine form a 'claw' shape. SR proteins can have more than one RRM domain. The second RRM domain is called the RNA recognition motif homolog (RRMH). RRM domains are located near the N terminus end of SR proteins. The RRM domain mediates the RNA interactions of the SR proteins by binding to exon splicing enhancer sequences. The RRMH usually has weaker interactions with RNA compared to the RRM domain. From NMR, the RRM domain of SRSF1, an SR protein, has a RNA binding fold structure. The RRM domain may also protect the phosphorylated RS domain, which suggests that the RS domain fits into the RRM domain.
Орналасуы және орын ауыстыруы
SR ақуыздары цитозольде де, ядродағы ядролық ұяшықтарда да кездеседі. SR ақуыздары көбінесе ядрода табылмайды. Орналасуы SR ақуызының RS доменінің фосфорилирленуіне байланысты. RS доменінің фосфорилирленуі SR ақуыздарының ядроға енуіне және онда қалуына себеп болады. RS доменінің ішінара дефосфорилирленуі SR ақуыздарының ядродан шығуына себеп болады және фосфорильденбеген RS домендері бар SR ақуыздары цитозольде кездеседі. SR ақуыздары ядролық ұяшықтардың екі түрінде орналасқан: интерхроматин гранулалары және перихроматин фибрилдары. Интерхроматин гранулалары пре-мРНК тігілу протеиндерін сақтау және қайта құрастыру үшін қолданылады. Перихроматин фибрилдары ген транскрипциясы жүретін аймақтар болып табылады, онда SR ақуыздары РНК полимераза II-мен бірге транскрипциялық тігілу үшін байланысады. SR ақуыздарының балама тігілуді ынталандыру әрекеттері hnRNP-лерге қарама-қарсы. hnRNP экзон тігілуін тежегіштерге (ESS) байланып, экзондардың қосылуын бөгеді, сондықтан hnRNP тігілуді тежеушілер болып табылады. SR ақуыздары мен hnRNP экзондардағы ESE және ESS тізбектеріне байланысу үшін бәсекелеседі. Байланыс жасушалардағы SR ақуыздары мен hnRNP-нің концентрациясына байланысты. Егер жасушада SR ақуыздарының концентрациясы жоғары болса, SR ақуыздары ESS-ке байланысқан hnRNP-ге қарағанда ESE-ге байланысуға бейім. Егер жасушада hnRNP-нің концентрациясы жоғары болса, hnRNP ESE-ге қарағанда ESS үшін SR ақуыздарынан озып кетеді. SR ақуыздары экзоникалық тігілуді күшейтушілерге байланысу үшін бәсекелесіп, қарсы әрекет ете алады. Кейбір мәліметтер мРНК тігілу нұсқасын таңдау SR ақуыздарының салыстырмалы арақатынасына байланысты екенін көрсетеді. SR ақуыздары артық көрінеді. Тәжірибелер көрсеткендей, РНК-мен SR ақуыздарын жою C. elegans-та байқалатын фенотипті көрсетпейді. Бір SR ақуызын жоюдан кейін, басқа SR ақуызы жойылған SR ақуызының функциясын толықтыра алады. Нақты SR ақуыздарының әрекеттері нақты тіндер мен даму сатылары үшін маңызды.
SR proteins can be found in both the cytosol and in nuclear speckles in the nucleus. SR proteins are mostly found in the nucleus. Localization depends on the phosphorylation of the RS domain of the SR protein. Phosphorylation of the RS domain causes the SR proteins to enter and remain in the nucleus. Partial dephosphorylation of the RS domain causes the SR proteins to leave the nucleus and SR proteins with unphosphorylated RS domains are found in the cytosol. SR proteins are located in two different types of nuclear speckles, interchromatin granule clusters and perichromatin fibrils. Interchromatin granule clusters are for the storage and reassembly of pre mRNA splicing proteins. Perichromatin fibrils are areas of gene transcription and where SR proteins associate with RNA polymerase II for co transcriptional splicing. SR proteins' alternative splicing promoting activities are in contrast to those of hnRNPs. hnRNPs bind to exon splicing silencers, ESS, and inhibit the inclusion of exons, thus hnRNPs are splicing repressors. SR proteins and hnRNPs compete for binding to ESEs and ESSs sequences in exons. Binding is based on concentrations of SR proteins and hnRNPs in cells. If the cell has a high concentration of SR proteins then SR proteins are more likely to bind to ESEs compared to hnRNPs binding to ESS. If the cell has a high concentration of hnRNPs then hnRNPs can outcompete SR proteins for ESSs compared to ESEs. SR proteins may work in an antagonistic fashion, competing with each other to bind to exonic splicing enhancers. Some evidence suggests that selection of the mRNA splicing variant depends upon the relative ratios of SR proteins. SR proteins appear to be redundant. Experiments have shown that knocking down SR proteins with RNAi shows no detectable phenotype in C. elegans. After knocking down one specific SR protein another different SR protein can make up for the lost function of the SR protein that was knocked down. Specific SR proteins' activities are important for specific tissues and developmental stages.
Эксонға тәуелді рөлдер
SR ақуыздары U2AF35 және U2AF65-ті pre-mRNA транскриптісінің экзонындағы ESE пиримидин тізбектеріне тартып, балама жоғарғы 3' тікұшақ сайттарын таңдайды. SR ақуыздары сондай-ақ, тікұшақ сайттарының алдындағы ESE-ге байланысу арқылы әртүрлі төменгі 5' тікұшақ сайттарын таңдай алады. Болжамды механизм бойынша, SR ақуыздары жоғарғы ESE-ге байланысқанда және U1 70K-мен өзара әрекеттескенде, U1-ді 5' тікұшақ сайтына бірге тартады, нәтижесінде балама 5' тікұшақ сайты таңдалады. SR ақуыздары транскрипция кезінде Топоизомераза I-мен өзара әрекеттесу арқылы ДНК-ны тұрақтандыра алады. Топоизомераза I, Топо I, ДНК-ға байланысқанда транскрипциядан туындаған суперспиральді азайтады. Topo I ДНК-мен байланыспағанда, SR ақуызы SF2/ASF-ті фосфорилирлей алады. Topo I және SF2/ASF транскрипция ұзару кезінде SF2/ASF гипофосфорилирленгенде өзара әрекеттеседі. SR ақуыздары ұзару кезінде гипофосфорилирленуі мүмкін, бұл РНК полимераза II-ге олардың туыстығын азайтады, нәтижесінде SR ақуыздары Topo I-ге жылжуына себеп болады. Topo I SF2/ASF-пен кешенделгенде, ол енді ДНК-ның суперспиралын бұза алмайды, бұл ұзарудың тоқтауына әкеледі. Topo I S2F/ASF-ті фосфорилирлейді, бұл SR ақуыздарының РНК поли II-ге туыстығын арттырады, S2F/ASF-ті Topo I-ден РНК поли II-ге қайтарады, бұл ұзарудың жалғасуына мүмкіндік береді.
SR proteins select alternative upstream 3' splice sites by recruiting U2AF35 and U2AF65 to specific ESE pyrimidine sequences in the exon of the pre mRNA transcript. SR proteins can also alternatively select different downstream 5' splice sites by binding to ESE upstream of the splice site. The suspected mechanism is that alternative 5' splice sites are chosen when SR proteins bind to upstream ESE and interacts with U1 70K and together recruit U1 to the 5' splice site. SR proteins can also stabilize DNA during transcription through an interaction with Topoisomerase I. When Topoisomerase I, Topo I, reduces supercoiling caused by transcription when it is bound to DNA. When Topo I is not bound to DNA it can phosphorylate the SR protein SF2/ASF. Topo I and SF2/ASF interact when SF2/ASF is hypophosphorylated during transcription elongation. SR proteins can become hypophosphorylated during elongation decreasing their affinity for RNA polymerase II causing SR proteins to move to Topo I. When Topo I complexes with SF2/ASF, it can no longer undo the supercoiling of DNA causing elongation to pause. Topo I phosphorylates S2F/ASF increasing the SR proteins affinity for RNA poly II moving S2F/ASF from the Topo I back to RNA poly II allowing elongation to continue.
Аударма
SR ақуыздары трансляцияға тікелей және жанама түрде әсер ете алады. SR ақуызы SF2/ASF MNK2 транскриптін баламалы жұптастыру арқылы өзгертеді. MNK2 – трансляцияны бастайтын киназа. SF2/ASF деңгейі жоғары болғанда, MNK2-нің бір изоформасы пайда болады, ол MAPK тәуелсіз eIF4E фосфорилирленуін күшейту арқылы шапкаға тәуелді трансляцияны арттырады. SF2/ASF mTOR жолының, атап айтқанда S6K1 компоненттерін тартады. SF2/ASF S6K1-дің онкогендік түрін құра отырып, шапкаға тәуелді трансляцияның жиілігін арттырады. SF2/ASF полирибосомалармен өзара әрекеттесіп, mTOR жолының компоненттерін тартып, мРНҚ-ны белокке тікелей аударуға әсер ете алады. SF2/ASF S6K1 арқылы rpS6 және eIF4B фосфорилирленуін күшейтеді. 9G8 құрамында тасымалдау тізбегі бар, жұпталмаған мРНҚ трансляциясын арттырады.
SR proteins can indirectly and directly influence translation. SR proteins SF2/ASF alternatively splices the transcript of MNK2. MNK2 is a kinase that initiates translation. High levels of SF2/ASF produce an isoform of MNK2 that increases cap dependent translation by promoting phosphorylation of MAPK independent eIF4E. SF2/ASF recruits components of the mTOR pathway, specifically S6K1. SF2/ASF creates an oncogenic form of S6K1 to increase the prevalence of cap dependent translation. SF2/ASF can also interact with polyribosomes to directly influence translation of mRNA into protein by recruiting component of the mTOR pathway. SF2/ASF increases the phosphorylation of rpS6 and eIF4B by S6K1. 9G8 increases the translation of unspliced mRNA with a constitutive transport sequence.
Аурулар
Генетикалық әртүрлілік SR ақуыздарының баламалы тігіс әрекеттері арқасында артады, бірақ тігіс мРНК тізбектерінде мутациялар тудыруы да мүмкін. Пре-мРНК-дағы мутациялар SR ақуыздары үшін дұрыс тігіс орындарының таңдалуына әсер етуі мүмкін. SR ақуыздарының баламалы тігісіне байланысты туындаған mRNA-дағы мутациялар атаксия-телангиектазия, 1-типті нейрофиброматоз, бірнеше қатерлі ісіктер, HIV-1 және омыртқалық бұлшық ет атрофиясымен байланысты.
Genetic diversity is increased by the alternative splicing activities of SR proteins, but splicing can also result in mutations in mRNA strands. Mutations in pre mRNA can affect the correct splice site selection for SR proteins. Mutations in mRNA, because of nonsense associated altered splicing by SR proteins, have been linked to ataxia telangiectasia, neurofibromatosis type 1, several cancers, HIV 1, and spinal muscular atrophy.
Қатерлі ісік
Бірнеше SR ақуыздары қатерлі ісіктерге қатысты деп саналады. SF2/ASF, SC35 және SRp20 деңгейлерінің жоғарылауы сүт безі және жұмыртқа безі қатерлі ісігінің дамуымен байланысты. SF2/ASF өкпе, бүйрек және бауыр ісіктерінде де жоғарылайды. SF2/ASF-ті кодтайтын SFRS1 гені белгілі протоонкоген болып табылады. BRCA1-дің ESE тізбегіндегі мутациялар, SF2/ASF ESE-ні тани алмайтындықтан, экзондардың қалыптан тыс өткізілуімен байланысты.
Several SR proteins have been implicated in cancer. Elevated levels of SF2/ASF, SC35, and SRp20 have all been associated with breast and ovarian cancer development. SF2/ASF is also upregulated in lung, kidney, and liver tumors. SFRS1, the gene that codes for SF2/ASF, is a known proto oncogene. Mutations in the ESE sequence of BRCA1 have been linked to irregular exon skipping because SF2/ASF cannot recognize the ESE.
АИТВ
Үш SR ақуызы ВИЧ-1-ге қатысты деп есептеледі: SRp75, SF2/ASF және SRp40. Бұл үш SR ақуызының барлығы вирус пре-мРНҚ-сының баламалы тігілуі үшін маңызды. ВИЧ жасушадағы белгілі бір SR ақуыздарының концентрациясын өзгерте де мүмкін. АИТВ инфекциясын емдеудің жаңа дәрілік жолдары вирустың жасушаларда көбейе алмауы үшін нақты SR ақуыздарын нысанаға алуға бағытталған. Бір емдеу әдісі маңызды ВИЧ-1 реттеуші ақуызы үшін 3' тігілу орындарын SR ақуыздарының таңдауына кедері келтіру арқылы жұмыс істейді.
Three SR proteins have been implicated in HIV 1, SRp75, SF2/ASF, and SRp40. All three SR proteins are important for alternatively splicing the viral pre mRNA. HIV can also change the concentrations of specific SR proteins in the cell. New drug treatments for HIV infections are looking to target specific SR proteins to prevent the virus from replicating in cells. One treatment works by blocking SR proteins from selecting 3' splice sites for an important HIV 1 regulatory protein.
Омыртқа бұлшық еттерінің атрофиясы
Омыртқа бұлшық еттерінің атрофиясы цитозиннің тиминге өзгеруінен туындайды. Бұл транзициялық мутация экзон 7-нің дәнекерлену кезінде жіберіліп қалдыруына себеп болады. Экзонды жіберіп тастаудың екі себебі бар. Біріншісі, мутация SF2/ASF-тің дұрыс ESE-ні тануына бөгет жасайды. Екіншісі, мутация экзонның дәнекерленуін бөгеу үшін hnRNP байланыса алатын ESS құрайды.
Spina muscular atrophy is caused by a transition from cytosine to thymine. The transition mutation results in exon 7 being skipped during splicing. The exon could be skipped for two reasons. The first is that the mutation prevents SF2/ASF from recognizing the correct ESE. The second is that the mutation creates an ESS for an hnRNP to bind and block splicing of the exon.