Кіріспе

Белоктың түрі РНК-мен байланысатын белоктар (көбінесе RBP деп қысқартылады) – жасушалардағы екі жіпті немесе бір жіпті РНК-мен байланысып, рибонуклеопротеин кешендерін құруға қатысатын белоктар. RBP-лерде РНК тану мотиві (RRM), қос тізлімді РНК байланысу домені, мырыш саусағы және басқа да әртүрлі құрылымдық мотивтер кездеседі. Олар цитоплазмалық және ядролық белоктар болып табылады. Дегенмен, көптеген қалыпты РНК ядродан салыстырмалы түрде жылдам шығарылатындықтан, ядродағы көптеген RBP-лер гетерогенді рибонуклеопротеин бөлшектері (hnRNP) деп аталатын белок пен пре-мРНК кешендері түрінде кездеседі. RBP-лер жасушалық функция, тасымалдау және локализация сияқты әртүрлі жасушалық процестерде маңызды рөл атқарады. Олар, әсіресе, РНК-ның транскрипциядан кейінгі бақылауында, мысалы: сплайсинг, полиаденилизация, мРНК-ны тұрақтандыру, мРНК-ны локализациялау және трансляцияда маңызды рөл атқарады. Эукариоттық жасушалар РНК-мен байланысудың ерекше белсенділігі және белок-белок өзара әрекеттесуі бар әртүрлі RBP-лерді экспрессиялайды. Эукариоттық RBP дерекқорына (EuRBPDB) сәйкес, адамдарда RBP-лерді кодтайтын 2961 ген бар. Эволюция барысында RBP-лердің әртүрлілігі интрондардың санының артуымен бірге едәуір өсті. Бұл әртүрлілік эукариоттық жасушаларға РНК экзондарын әртүрлі комбинацияларда пайдалануға мүмкіндік берді, нәтижесінде әр РНК үшін бірегей РНП (рибонуклеопротеин) пайда болды. RBP-лер ген экспрессиясында транскрипциядан кейінгі реттелуде маңызды рөл атқарса да, жүйелі түрде салыстырмалы түрде аз ғана RBP-лер зерттелді. Қазір РНК-RBP өзара әрекеттесуі организмдер арасындағы көптеген биологиялық процестерде маңызды рөл атқаратыны анықталды.

Құрылымы

Көптеген РБП модульдік құрылымға ие және бірнеше нақты негізгі домендердің қайталануынан тұрады, олар көбінесе шектеулі тізбектерге ие. Әртүрлі РБП-лерде осы тізбектер әртүрлі комбинацияларда кездеседі. Белгілі бір РНК-ны белгілі бір белоктың тануы осы негізгі домендердің қайта орналасуы арқылы қалыптасқан. Әрбір негізгі домен РНК-ны таниды, бірақ осы белоктардың көпшілігі жұмыс істеу үшін көптеген таралған домендердің бірінің бірнеше данасын қажет етеді.

Баламалы тігіс

Альтернативті тігілу – бұл бір геннен әр түрлі пісілген мРНК-лардың (мессенджер РНК-лардың) пайда болу механизмі. Бұл реттеуші механизм, онда экзондардың мРНК-ға енуіндегі өзгерістер бірнеше байланысты белоктардың өндірілуіне алып келеді, соның арқасында геномдық мүмкіндіктер кеңейеді. РБП-лар (РНК-ға байланысатын ақуыздар) осы процесті реттеуде маңызды рөл атқарады. Нейронға тән РНК-ға байланысатын кейбір ақуыздар, атап айтқанда NOVA1, РНК-дағы белгілі бір тізбектерді (YCAY, мұнда Y пиримидинді – U немесе C-ды білдіреді) танып, оларға байланысу арқылы hnRNA-ның (гетерогендік ядролық РНК) белгілі бір тобының баламалы тігілуін басқарады. Бұл ақуыздар содан кейін мақсатты орынға сплайсосомалық ақуыздарды тартады. SR ақуыздары да U1 snRNP және U2AF snRNP құрайтын snRNP-лерді (кішкентай ядролық РНК) жұмылдыру арқылы баламалы тігілудегі рөлімен белгілі. Дегенмен, РБП-лардың өзі де сплайсосоманың құрамына кіреді. Сплайсосома – бұл snРНК және ақуыздық суббірліктердің кешені, ол интрондарды жойып, жақын орналасқан экзондарды біріктіретін механикалық агент болып табылады.

РНК өңдеу

РНК-ны өңдеудің ең көп зерттелген түрі ADAR ақуызын қамтиды. Бұл ақуыз мРНК транскрипттерінің транскрипциядан кейінгі модификациясын жүзеге асырады, РНК-ның нуклеотидтік құрамын өзгерту арқылы. Бұл АДАР-мен катализденетін ферменттік реакция арқылы аденозиннің инозинге айналуымен іске асырылады. Бұл процесс РНК тізбегін геноммен кодталғаннан өзгертпейтіндей етіп өзгертеді және ген өнімдерінің әртүрлілігін арттырады. РНК өңдеуінің көп бөлігі РНК-ның кодтамайтын аймақтарында жүреді; алайда, кейбір ақуызды кодтайтын РНК транскрипттері де өңдеуге ұшырайтыны көрсетілді, нәтижесінде олардың ақуыздарының аминқышқылдық тізбегі өзгереді. Мысалы, глютамат рецепторының мРНК-сында глютамин аргининге айналады, бұл ақуыздың қызметін өзгертеді. CA1 гиппокамп нейрондарының микродисекцияланған дендриттерінде табылган FMRP байланысты РНК-ның соңғы зерттеулері, FMRP жоқ елуші егесімен салыстырғанда жабайы типті егесте локализацияда ешқандай өзгерістерді көрсетпеді.

Аударма

Трансляциялық реттеу гендік экспрессияны жылдам бақылау механизмін қамтамасыз етеді. Гендік экспрессияны транскрипция деңгейінде бақылаудың орнына, мРНК-ның транскрипциясы жүзеге асырылады, бірақ рибосомалардың тартылуы бақыланады. Бұл сигнал трансляцияны белсендірген кезде белоктардың жылдам өндірілуіне мүмкіндік береді. ZBP1, B-актин мРНК-ның локализациясындағы рөлінен өзге, бета-актин мРНК-ның трансляциялық репрессиясына да қатысады, трансляцияның басталуын бөгеу арқылы. Рибосоманың дұрыс байланысуы және трансляцияның басталуы үшін ZBP1 мРНК-дан алынып тасталуы керек. РНК-мен байланысатын ақуыздардың спецификалық байланысуы оларға өз мақсаттарын ажыратуға және РНК транскриптісінің өндірілуін, пісіп жетілуін және қызмет ету мерзімін бақылау арқылы әртүрлі жасушалық функцияларды реттеуге мүмкіндік береді. Бұл өзара әрекеттесу транскрипция кезінде басталады, себебі кейбір RBP-лер ыдырауға дейін РНК-ға байланса, ал басқалары РНК-ның тігілуін, өңделуін, тасымалдануын және локализациясын реттеу үшін РНК-қа уақытша ғана байланады. Крест-байланысты иммунопреципитация (CLIP) әдістері әртүрлі тіндер мен организмдерде РНК-мен байланысатын ақуыздардың тікелей РНК-мен байланысу орындарын қатаң анықтау үшін қолданылады. Осы бөлімде ең көп зерттелген РНК-мен байланысатын домендердің үш класы (РНК тану мотиві, қос спиральді РНК-мен байланысу мотиві, мырыш саусағы мотиві) талқыланады.

РНК тану мотиві (РРМ)

РНК тану мотиві, ең көп таралған РНК-мен байланысатын мотив, екі α-спиральға қарсы орналасқан төрт тізбекті β-парақтан тұратын 75–85 аминқышқылынан құралған кішкентай ақуыз домені болып табылады. Бұл тану мотиві көптеген жасушалық функцияларда, әсіресе мРНК/рРНК өңдеуде, тігілуде, аудармалық реттеуде, РНК экспортталуында және РНК тұрақтылығында маңызды рөл атқарады. РРМ-нің он құрылымы ЯМР спектроскопиясы және рентгендік кристаллография арқылы анықталды. Бұл құрылымдар РРМ-нің РНК-мен танудың күрделілігін көрсетеді, себебі ол протеин-РНК өзара әрекеттесулерімен қатар, РНК-РНК және протеин-протеин өзара әрекеттесулерін де қамтиды. Олардың күрделілігіне қарамастан, барлық он құрылымның да ортақ ерекшеліктері бар. Барлық РРМ-дердің негізгі ақуыз бетінің төрт тізбекті β-парағы РНК-мен өзара әрекеттеседі, ол әдетте екі немесе үш нуклеотидпен нақты тәсілмен байланысады. Сонымен қатар, домен аралық байланыс пен РНК арасындағы, сондай-ақ РРМ-дер арасындағы өзара әрекеттесу арқылы жоғары РНК байланысу қабілеті және вариацияға қатысты ерекшелікке қол жеткізіледі. РРМ-нің осы бейімділігі оның ең көп таралған домен болуын және түрлі биологиялық функцияларда маңызды рөл атқаруын түсіндіреді. Нематода C. elegans бойынша жүргізілген кең ауқымды зерттеулер РНК-мен байланысатын ақуыздарды гермдік және ерте эмбрионалды даму кезіндегі маңызды факторлар ретінде анықтады. Олардың нақты функциясы соматикалық тіндердің (нейрондар, гиподермис, бұлшық еттер және экскреторлық жасушалар) дамуын қамтиды, сонымен қатар даму оқиғаларының уақытын белгілейді. Дегенмен, РБП-лердің даму кезіндегі функциясының механизмін анықтау өте қиын, себебі олардың РНК нысандарын анықтау қиын. Бұл РБП-лердің көпшілігі әдетте бірнеше РНК нысанасына ие болғандықтан. Алайда, РБП-лер даму жолдарының реттелуінде маңызды бақылауды келісімді түрде жүзеге асырады – мұның күмәнсіздігі жоқ.

Өсімдіктің дамуы

Drosophila melanogaster-де Elav, Sxl және tra 2 – ерте жыныс анықталуы және соматикалық жыныстық жағдайды сақтау үшін маңызды РНК-мен байланысатын белокты кодтайтын гендер. Бұл гендер Drosophila-да жынысқа тән тігілуді реттеу арқылы транскрипциядан кейінгі деңгейде әсер етеді. Sxl әйелдерде функционалды tra мРНК-ны жасау үшін tra генін оңтайландырады. C. elegans-та FOG 1, MOG 1/4/5 және RNP 4 сияқты РНК-мен байланысатын ақуыздар гермдік және соматикалық жыныс анықталуын реттейді. Бұдан әрі, GLD 1, GLD 3, DAZ 1, PGL 1 және OMA 1/2 сияқты бірнеше RBP мейоздық профазаның дамуы, гаметогенез және жұмыртқа клеткасының пісуі кезінде реттеуші функцияларын орындайды. Дендриттердің қалыптасуына қатысатын басқа РНК-мен байланысатын ақуыздар: Pumilio және Nanos, FMRP, CPEB және Staufen 1.

Қатерлі ісікке әсері

РБП-лар ісік дамуында маңызды рөл атқара бастады. Адамның қатерлі ісіктерінде жүздеген РБП-лар айқын түрде бұзылып, нормальды тіндермен салыстырғанда ісіктерде көбінесе экспрессиясы төмендеген. ELAVL1 (HuR), FXR1 және UHMK1. Кейбір РБП-лардың экспрессия өзгерісі Көшірме санының өзгеруімен (CNV) байланысты, мысалы, колоректальді ісік жасушаларында BYSL-дің CNV артуы. Кейбір экспрессия өзгерістері осы РБП-лардың құрамындағы ақуызға әсер ететін мутациялардың салдарынан туындайды, мысалы NSUN6, ZC3H13, ELAC1, RBMS3, ZGPAT, SF3B1, SRSF2, RBM10, U2AF1, PPRC1, RBMXL1, HNRNPCL1 және т.б. Көптеген зерттеулер РБП-лардың экспрессиясындағы бұл өзгерістерді қатерлі ісіктегі бұрыс альтернативті тігілумен байланыстырды.

Қазіргі зерттеулер

РНК-мен байланысатын ақуыздар көптеген жасушалық функцияларды айтарлықтай бақылайтындықтан, көптеген зерттеушілер үшін олар зерттеудің танымал саласы болды. Биологиялық саланың маңыздылығына байланысты, РНК-мен байланысатын ақуыздардың мүмкіндіктеріне қатысты көптеген жаңалықтар соңғы кезде жарияланды. РНК-мен байланысатын Sam68 ақуызы дендриттерде дұрыс синаптық функцияны қамтамасыз ету үшін РНК метаболизмінің кеңістіктік және уақытша бөлінуін басқарады. Sam68 жоғалуы қалыпты емес транскрипциядан кейінгі реттеуге алып келеді және нәтижесінде Х-хромосомасымен байланысты дәмсіздік/атаксия синдромы сияқты неврологиялық ауруларға әкеледі. Sam68-нің β-актинді кодтайтын мРНК-мен өзара әрекеттесетіні анықталды, ол дендриттік тікендердің синаптық қалыптасуын цитоскелеттік компоненттерімен реттейді. Сондықтан Sam68 постсинаптық β-актин мРНК метаболизмін бақылау арқылы синапстардың санын реттеуде маңызды рөл атқарады. Нейронға тән CELF отбасының РНК-мен байланысатын ақуызы UNC 75, C. elegans нейрондық жасушаларындағы 7a экзонының таңдалуы үшін өзінің үш РНК тану мотивтері арқылы UUGUUGUUGU mRNA тізбегіне ерекше байланысады. 7a экзоны нейрон емес жасушаларда нашар сплайс орындарына ие болғандықтан, UNC 75 тек нейрондық жасушаларда 7a және 8 экзондар арасындағы сплайсты белсендіретіні анықталды. Суыққа сезімтал РНК-мен байланысатын ақуызы CIRBP, қысқа толқынды ультракөк сәуле, гипоксия және гипотермия сияқты әртүрлі жасушалық стрестерге жауап беруді басқаруда рөл атқарады. Бұл зерттеулер аурулар мен қабыну арасындағы байланысқа қатысты ықтимал салдарларды көрсетті. Серин-аргинин отбасының РНК-мен байланысатын ақуызы Slr1 Candida albicans-та поляризацияланған өсуді бақылауға қатысады. Егешқұйрықтардағы Slr1 мутациясы филаменттердің азаюына және эпителийлік және эндотелийлік жасушаларға зиян келтірудің төмендеуіне әкеледі, бұл Slr1 жабайы типті штаммдармен салыстырғанда ұзақ өмір сүруге алып келеді. Сондықтан бұл зерттеулер SR-ға ұқсас Slr1 ақуызының C. albicans-та гифалық қалыптасу мен вируленттілікті күшейтуде рөл атқаратынын көрсетеді.