Кіріспе
Псевдоуридин (5 рибозилурацил, грек әріптерімен қысқартылған psi Ψ) – нуклеозид уридиннің изомері, онда урацил азот-көміртектік гликозидтік байланыс орнына көміртектік байланыс арқылы бекітіледі. Псевдоуридин – жасушалық РНК-да ең көп кездесетін РНК модификациясы. Транскрипциядан және синтезден кейін РНК 100-ден астам химиялық жағынан ерекше модификацияларға ұшырауы мүмкін. Бұл модификациялар төрт стандартты нуклеотидтерге қоса, РНК экспрессиясын транскрипциядан кейін реттеуге қабілетті және жасушада РНК-ның аудармасы, локализациясы және тұрақтандырылуы сияқты әртүрлі рөлдер атқарады. Псевдоуридин – уридиннің C5 гликозидтік изомері, онда рибоза қантының C1 және урацилдің C5 арасындағы C-C байланысы бар, ал уридиндегі әдеттегі C1-N1 байланысының орнына осы байланыс кездеседі. Уридин молекуласын N3-C6 осі бойынша 180° бұру арқылы псевдоуридинге айналдыруға болады. C-C байланысы оған айналу еркіндігі мен конформациялық икемділікті сыйлайды. Сонымен қатар, псевдоуридиннің N1 позициясында қосымша сутекті байланыс доноры бар. Псевдоуридин – құрылымдық РНК-ның (трансферлік, рибосомалық, шағын ядролық (snRNA) және шағын нуклеолярлық) құрамында кеңінен таралған, сондай-ақ үш филогенетикалық домендегі тіршілік әлемінің кодтаушы РНК-сында да кездеседі және алғаш рет осы түрде ашылған. Бұл негіздік модификация РНК-ны тұрақтандыруға және қосымша иммино тобы арқылы сумен қосымша сутекті байланыстар құру арқылы негіздердің үйлесуін жақсартуға қабілетті. Escherichia coli rRNA-да 11 псевдоуридин, ашытқы цитоплазмалық rRNA-да 30, митохондриялық 21S rRNA-да біреу және адам rRNA-да шамамен 100 псевдоуридин бар, бұл псевдоуридиляция деңгейі организмнің күрделілігімен бірге артатынын көрсетеді. Leishmania donovani геномында да псевдоуридин анықталды. Пептидил трансферазаның кіреберіс орнында және ақуыз трансляциясындағы мРНК кіреберіс туннелінде 18 псевдоуридин модификациясы орын алған. Паразиттің бұл модификациялары ақуыз синтезінің және өсу жылдамдығының жоғарылауына әкеледі. РРНК және тРНК-дағы псевдоуридин аймақтық құрылымды жақсартуға және тұрақтандыруға, сондай-ақ мРНК-ны кодтау, рибосомаларды құрастыру, өңдеу және аудармадағы функцияларын сақтауға көмектеседі. snRNA-дағы псевдоуридин сплайцесомалық РНК пен пре-мРНК арасындағы өзара әрекеттесуді күшейтіп, сплайсингті реттеуді жеңілдетеді деп көрсетілген.
Pseudouridine (5 ribosyluracil, abbreviated by the Greek letter psi Ψ) is an isomer of the nucleoside uridine in which the uracil is attached via a carbon carbon instead of a nitrogen carbon glycosidic bond. Pseudouridine is the most abundant RNA modification in cellular RNA. After transcription and following synthesis, RNA can be modified with over 100 chemically distinct modifications. These can potentially regulate RNA expression post transcriptionally, in addition to the four standard nucleotides and play a variety of roles in the cell including translation, localization and stabilization of RNA. Pseudouridine, being one of them, is the C5 glycoside isomer of uridine that contains a C C bond between C1 of the ribose sugar and C5 of uracil, rather than usual C1 N1 bond found in uridine. Uridine is converted to pseudouridine by rotating the uridine molecule 180𝄪 across its N3 C6 axis. The C C bond gives it more rotational freedom and conformational flexibility. In addition, pseudouridine has an extra hydrogen bond donor at the N1 position. Pseudouridine is a ubiquitous constituent of structural RNA (transfer, ribosomal, small nuclear (snRNA) and small nucleolar), and present in coding RNA, across the three phylogenetic domains of life and was the first discovered. It accounts for 4% of the nucleotides in the yeast tRNA This base modification is able to stabilize RNA and improve base stacking by forming additional hydrogen bonds with water through its extra imino group. There are 11 pseudouridines in the Escherichia coli rRNA, 30 in yeast cytoplasmic rRNA and a single modification in mitochondrial 21S rRNA and about 100 pseudouridines in human rRNA indicating that the extent of pseudouridylation increases with the complexity of an organism. Pseudouridine was also detected in Leishmania donovani genome. 18 pseudouridine modification sites were detected in the peptidyl transferase entry site and in the mRNA entry tunnel in protein translation. These modifications in the parasite lead to increased protein synthesis and growth rate. Pseudouridine in rRNA and tRNA has been shown to fine tune and stabilize the regional structure and help maintain their functions in mRNA decoding, ribosome assembly, processing and translation. Pseudouridine in snRNA has been shown to enhance spliceosomal RNA pre mRNA interaction to facilitate splicing regulation.
tРНК
РНК-ның бұл класында Ψ кең таралған және жалпы тРНК құрылымдық мотивтерін жеңілдетеді. Мұндай құрылымдық мотивтердің бірі – Ψ55-ті қамтитын TΨC сақинасы. Ψ әр домендегі тРНК-ның D сақинасы мен антикодон сақинасының және тізбегінде жиі кездеседі. Әрбір құрылымдық мотивте Ψ-тің ерекше физикалық-химиялық қасиеттері стандартты U-мен мүмкін емес құрылымдарды тұрақтандырады. BioNTech/Pfizer-дің SARS CoV2 вакцинасында, BNT162b2, tozinameran немесе Comirnaty деп те аталатынында, барлық U нуклеотидтері N1 метилпсевдоуридинмен алмастырылды, бұл Ψ-қа байланысты нуклеозид, онда N1 атомына метил тобы қосылған.
рРНҚ
Ψ тіршіліктің барлық домендеріндегі үлкен және кіші рибосомалық бөлімшелерде және олардың органельдерінде табылады. Рибосомадағы Ψ қалдықтары II, IV және V домендерінде шоғырланып, РНК-РНК және/немесе РНК-белок өзара әрекеттесуін тұрақтандырады. Ψ-тің қамтамасыз ететін тұрақтылығы рРНК-ның бүктелуіне және рибосомалардың құрастырылуына көмектеседі. Ψ сондай-ақ аударма кезінде декодтау және түзету жылдамдығы мен дәлдігіне әсер ететін жергілікті құрылымдардың тұрақтылығына да әсер етуі мүмкін. PUS 1 ядрода орналасқан және түрлі орындарда тРНК, U2 snРНК-ның U44 және U6 snРНК-ның U28-ін өзгертеді. Зерттеулер PUS 1 экспрессиясы қоршаған орта стресі кезінде артатынын және РНК тігілуін реттеу үшін маңызды екенін көрсетті. Сондай-ақ, PUS 1 ядрода синтезделген тРНК-ны алып, цитоплазмаға жеткізу үшін қажет.
ТРУД
TruD әр түрлі РНК-ны өзгерте алады, бірақ осы әртүрлі РНК субстраттары қалай танылады әлі белгісіз. PUS 7 U2 snRNA-ны 35-ші позицияда өзгертеді, және бұл өзгеріс жасушалар жылулық стреске түскен кезде артады. Тағы бір өзгеріс – цитоплазмалық тРНК-ның 13-ші позициясы және pre tRNATyr-дың 35-ші позициясы. PUS 7 РНК түріне қарай арнайы таңдамайды, себебі mRNA да PUS 7 арқылы псевдоуридиляцияланады. Бұл РНК тізбегін, UGUAR реттілігін таниды, мұнда екінші U – өзгертілетін нуклеотид. PUS 7 арқылы mRNA-ның псевдоуридиляциясы жылулық стресс кезінде артады, себебі ақуыз ядродан цитоплазмаға көшеді. Бұл өзгеріс РНК ядроға немесе митохондрияға барар алдында, жылулық стресс кезінде mRNA-ның тұрақтылығын арттырады деп есептеледі, бірақ одан әрі зерттеулер қажет. Псевдоуридинді анықтаудың химиялық тәсілі – уридинді псевдоуридиннен ерекшелеп белгілеу және ажырату үшін CMC немесе N-циклогексил-N′β-(4-метилморфолиний)этилкарбодимид деп аталатын қосылысты пайдалану. CMC псевдоуридинмен де, уридинмен де байланысады, бірақ үшінші азоты сутекті байланыс құра алатындықтан, псевдоуридинге мықтырақ жабысады. Псевдоуридинге байланысқан CMC-ны сигнал беретін молекуламен таңбалап суретке түсіруге болады. Бұл әдіс әлі де жоғары өнімділікке жету үшін жетілдірілуде.
Псевдоуридиннің медициналық маңызы
Псевдоуридин жақын орналасқан қант-фосфат тіректеріне көзге көрінбейтін, бірақ маңызды әсер етеді және базалық үйілуді күшейтеді. Бұл әсерлер РНК-дағы көптеген псевдоуридин қалдықтарының, бірақ мүмкін, барлығының емес, биологиялық рөлін түсіндіруі мүмкін. ТРНК немесе РРНК-дағы белгілі бір псевдоуридин қалдықтары жоқ генетикалық мутанттар трансляцияда қиындықтарға тап болады, өсу жылдамдығы төмендейді және аралас культурада жабайы штаммдармен бәсекелесе алмайды. Псевдоуридиндік модификациялар митохондриялық миопатия және сидеробластикалық анемия (MLASA), сондай-ақ туа біткен дискератоз сияқты адам ауруларымен байланысты. Псевдоуридиляция анадан балаға берілетін диабет және саңыраулықтың (MIDD) пайда болуына да қатысты. Атап айтқанда, митохондриялық тРНК-дағы нүктелік мутация бір нуклеотидтің псевдоуридиляциясын тоқтатып, тРНК-ның үшіншілік құрылымын өзгертеді. Бұл митохондриялық трансляция мен тыныс алудағы жетіспеушіліктерге алып келетін тРНК-ның тұрақсыздығын арттыруы мүмкін. N1 метилпсевдоуридин Ψ-ге қарағанда табиғи иммундық жауапты одан да аз қоздырады, сонымен қатар трансляциялық қабілетті жақсартады. Сондықтан Pfizer BioNTech және Moderna mRNA вакциналары Ψ орнына N1 метилпсевдоуридинді пайдаланады.