Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Биологиялық жасуша ішінде РНК өңдеу
RNA processing within a biological cell
Транскрипциялық модификация немесе котранскрипциялық модификация – эукариоттық жасушалардың көпшілігіне тән биологиялық процестердің жиынтығы. Осы процестер арқылы геннен транскрипциядан кейін РНК бастапқы транскриптісі химиялық түрде өзгереді, нәтижесінде ядродан шығып, жасушада әртүрлі функцияларды орындай алатын пісіп жетілген, функционалды РНК молекуласы пайда болады. Молекулалық механизмдердің әртүрлі кластары арқылы жүзеге асырылатын посттранскрипциялық модификациялардың көптеген түрлері бар. Мысалы, прекурсорлық хабаршы РНК транскрипттері пісіп жетілген хабаршы РНК-ға айналады, ол кейіннен белокқа аударылуы мүмкін. Бұл процесс РНК молекуласының химиялық құрылымын айтарлықтай өзгертетін үш негізгі қадамды қамтиды: 5' қап қосу, 3' полиаденилденген құйрық қосу және РНК тігілу. Мұндай өңдеу эукариоттық геномдардың дұрыс аудармасы үшін маңызды, өйткені транскрипция нәтижесінде алынған бастапқы прекурсорлық мРНК экзондарды (кодтау тізбектері) және интрондарды (кодтау емес тізбектер) қамтиды. Тігілу интрондарды жойып, экзондарды тікелей байланыстырады, ал қап пен құйрық мРНК-ның рибосомаға тасымалдануына көмектеседі және оны молекулалық ыдыраудан қорғайды. Посттранскрипциялық модификациялар басқа транскрипттерді өңдеу кезінде де жүруі мүмкін, олар ақырында трансферлік РНК, рибосомалық РНК немесе жасуша пайдаланатын РНК-ның басқа түрлеріне айналады.
Transcriptional modification or co transcriptional modification is a set of biological processes common to most eukaryotic cells by which an RNA primary transcript is chemically altered following transcription from a gene to produce a mature, functional RNA molecule that can then leave the nucleus and perform any of a variety of different functions in the cell. There are many types of post transcriptional modifications achieved through a diverse class of molecular mechanisms. One example is the conversion of precursor messenger RNA transcripts into mature messenger RNA that is subsequently capable of being translated into protein. This process includes three major steps that significantly modify the chemical structure of the RNA molecule: the addition of a 5' cap, the addition of a 3' polyadenylated tail, and RNA splicing. Such processing is vital for the correct translation of eukaryotic genomes because the initial precursor mRNA produced by transcription often contains both exons (coding sequences) and introns (non coding sequences); splicing removes the introns and links the exons directly, while the cap and tail facilitate the transport of the mRNA to a ribosome and protect it from molecular degradation. Post transcriptional modifications may also occur during the processing of other transcripts which ultimately become transfer RNA, ribosomal RNA, or any of the other types of RNA used by the cell.
Жабықша
Пре-мРНК қақпағының жасалуы 5' ұшына 7 метилгуанозин (m7G) қосылуын қамтиды. Бұл үшін 5'-терминалды фосфатты алып тастау қажет, ол РНК трифосфатаза ферментінің көмегімен жүзеге асырылады. Гуанозил трансфераза ферменті реакцияны катализдеп, 5'-дифосфат ұшын құрайды. 5'-дифосфат ұшы GTP молекуласының альфа-фосфор атомын шабуылдайды, осылайша 5'-5' трифосфат байланысында гуанин қалдығын қосады. (Гуанин N7) метилтрансфераза ферменті ("cap MTase") метил тобын S-аденозилметиониннен гуанин сақинасына ауыстырады. Мұндай қақпақ, тек (m7G) орналасқан жағдайда, 0 қақпақ құрылымы деп аталады. Жақын орналасқан нуклеотидтің рибозасы да 1 қақпақ алу үшін метилирленуі мүмкін. РНК молекуласының төменгі жағындағы нуклеотидтердің метилирленуі нәтижесінде 2 қақпақ, 3 қақпақ және т.б. құрылымдары пайда болады. Бұл жағдайларда метил топтары рибоза қантының 2'-OH топтарына қосылады. Қақпақ бастапқы РНК транскриптінің 5' ұшын 3'-5' фосфодиэстерлік байланыстарға ерекшелігі бар рибонуклеазалардың шабуылынан қорғайды.
Capping of the pre mRNA involves the addition of 7 methylguanosine (m7G) to the 5' end. To achieve this, the terminal 5' phosphate requires removal, which is done with the aid of enzyme RNA triphosphatase. The enzyme guanosyl transferase then catalyses the reaction, which produces the diphosphate 5' end. The diphosphate 5' end then attacks the alpha phosphorus atom of a GTP molecule in order to add the guanine residue in a 5'5' triphosphate link. The enzyme (guanine N7 ) methyltransferase ("cap MTase") transfers a methyl group from S adenosyl methionine to the guanine ring. This type of cap, with just the (m7G) in position is called a cap 0 structure. The ribose of the adjacent nucleotide may also be methylated to give a cap 1. Methylation of nucleotides downstream of the RNA molecule produce cap 2, cap 3 structures and so on. In these cases the methyl groups are added to the 2' OH groups of the ribose sugar. The cap protects the 5' end of the primary RNA transcript from attack by ribonucleases that have specificity to the 3'5' phosphodiester bonds.
Клеавация және полиаденолирлеу
pre-mRNA молекуласының 3' ұшындағы өңдеу оның 3' ұшының бөлінуін және содан кейін шамамен 250 аденозин қалдықтарын қосып, поли(А) құйрығын қалыптастыруды қамтиды. Бөліну және аденолирлеу реакциялары негізінен полиаденолирлеу сигналының (5' AAUAAA 3') тізбегі pre-mRNA молекуласының 3' ұшына жақын орналасқан жағдайда жүзеге асады, оған әдетте (5' CA 3') тізбегі ілеседі және ол бөліну орны болып табылады. GU-ға бай тізбек әдетте pre-mRNA молекуласының төменгі ағысында да кездеседі. Жақында UGUA сияқты, бөліну орнынан жоғары орналасқан балама сигналдардың, AAUAAA сигналы болмаған жағдайда да бөлінуді және полиаденолирлеуді бақылай алатыны көрсетілді. Бұл екі сигналдың бір-біріне тәуелсіз болмайтынын және көбінесе бірге болатынын түсіну маңызды. РНК молекуласына бірнеше көпбөлімдік ақуыздар беріледі. РНК полимераза II-ден осы тізбекке тән байланыс ақуыздары, яғни бөліну және полиаденолирлеу ерекшелік факторы (CPSF), бөліну факторы I (CF I) және бөлінуді ынталандыру факторы (CStF) беріледі. Үш фактор тізбек элементтеріне байланысады. AAUAAA сигналы тікелей CPSF-ке байланысады. UGUA-ға тәуелді өңдеу орындары үшін көп ақуызды кешенге байланысуды Бөліну факторы I (CF I) жүзеге асырады. Нәтижесінде пайда болған ақуыз кешені қосымша бөліну факторлары мен полиаденолил полимераза (PAP) ферментін қамтиды. Бұл кешен РНК-ны полиаденолирлеу тізбегі мен (5' CA 3') тізбегімен белгіленген бөліну орнындағы GU-ға бай тізбек арасында бөледі. Поли(А) полимераза АТФ-ты прекурсор ретінде пайдалана отырып, РНК молекуласының жаңа 3' ұшына шамамен 200 аденозин бірлігін қосады. Поли(А) құйрығы синтезделген кезде ол поли(А) байланыс ақуызының бірнеше көшірмелеріне байланысады, бұл 3' ұшын рибонуклеазамен, соның ішінде CCR4 Not кешенімен ыдыраудан қорғайды. Көптеген РНК тігілулері pre-mRNA толық синтезделгеннен және 5' қақпағы қосылғаннан кейін жүрсе де, көптеген экзондары бар транскрипттер котранскрипциялық тігілуге ұшырауы мүмкін. Тігілу реакциясын протеиндер мен шағын ядролық РНК молекулаларынан құралған, pre-mRNA тізбегіндегі тігілу орындарын танитын үлкен ақуыз кешені, яғни сплицеосома катализдейді. Көптеген pre-mRNA, соның ішінде антиденелерді кодтайтын pre-mRNA, әртүрлі жетілген мРНК-ларды өндіру үшін бірнеше тәсілмен тігілуі мүмкін, олар әртүрлі ақуыз тізбектерін кодтайды. Бұл процеске балама тігілу деп аталады және ол шектеулі ДНК мөлшерінен көптеген әртүрлі ақуыздарды өндіруге мүмкіндік береді.
The pre mRNA processing at the 3' end of the RNA molecule involves cleavage of its 3' end and then the addition of about 250 adenine residues to form a poly(A) tail. The cleavage and adenylation reactions occur primarily if a polyadenylation signal sequence (5' AAUAAA 3') is located near the 3' end of the pre mRNA molecule, which is followed by another sequence, which is usually (5' CA 3') and is the site of cleavage. A GU rich sequence is also usually present further downstream on the pre mRNA molecule. More recently, it has been demonstrated that alternate signal sequences such as UGUA upstream off the cleavage site can also direct cleavage and polyadenylation in the absence of the AAUAAA signal. It is important to understand that these two signals are not mutually independent and often coexist. After the synthesis of the sequence elements, several multi subunit proteins are transferred to the RNA molecule. The transfer of these sequence specific binding proteins cleavage and polyadenylation specificity factor (CPSF), Cleavage Factor I (CF I) and cleavage stimulation factor (CStF) occurs from RNA Polymerase II. The three factors bind to the sequence elements. The AAUAAA signal is directly bound by CPSF. For UGUA dependent processing sites, binding of the multi protein complex is done by Cleavage Factor I (CF I). The resultant protein complex formed contains additional cleavage factors and the enzyme Polyadenylate Polymerase (PAP). This complex cleaves the RNA between the polyadenylation sequence and the GU rich sequence at the cleavage site marked by the (5' CA 3') sequences. Poly(A) polymerase then adds about 200 adenine units to the new 3' end of the RNA molecule using ATP as a precursor. As the poly(A) tail is synthesized, it binds multiple copies of poly(A) binding protein, which protects the 3'end from ribonuclease digestion by enzymes including the CCR4 Not complex. Although most RNA splicing occurs after the complete synthesis and end capping of the pre mRNA, transcripts with many exons can be spliced co transcriptionally. The splicing reaction is catalyzed by a large protein complex called the spliceosome assembled from proteins and small nuclear RNA molecules that recognize splice sites in the pre mRNA sequence. Many pre mRNAs, including those encoding antibodies, can be spliced in multiple ways to produce different mature mRNAs that encode different protein sequences. This process is known as alternative splicing, and allows production of a large variety of proteins from a limited amount of DNA.
Гистон мРНК өңдеуі
H2A, H2B, H3 және H4 гистондары нуклеосоманың негізін құрайды, сондықтан олар негізгі гистондар деп аталады. Негізгі гистондардың өңделуі ерекше жолмен жүзеге асырылады, себебі әдеттегі гистон мРНК-сында басқа эукариоттық мРНК-ларға тән поли(А) құйрығы және интрон сияқты белгілер жоқ. Сондықтан, мұндай мРНК-лар тіліміне (сплайсингке) ұшырамайды және олардың 3' ұшының өңделуі көптеген жарылу және полиаденилирлеу факторларына тәуелсіз болады. Негізгі гистон мРНК-сының 3' ұшында ерекше сабақ-ілмек құрылымы бар, ол сабақ-ілмек байланыстырушы ақуыз және U7 snРНК-ны тартатын гистон ағыннан кейінгі элементі (HDE) деп аталатын төменгі ағын тізбегімен танылады. 73-ші жарылу және полиаденилирлеу ерекшелік факторы мРНК-ны сабақ-ілмек пен HDE арасында кесіп тастайды.
Histones H2A, H2B, H3 and H4 form the core of a nucleosome and thus are called core histones. Processing of core histones is done differently because typical histone mRNA lacks several features of other eukaryotic mRNAs, such as poly(A) tail and introns. Thus, such mRNAs do not undergo splicing and their 3' processing is done independent of most cleavage and polyadenylation factors. Core histone mRNAs have a special stem loop structure at 3 prime end that is recognized by a stem–loop binding protein and a downstream sequence, called histone downstream element (HDE) that recruits U7 snRNA. Cleavage and polyadenylation specificity factor 73 cuts mRNA between stem loop and HDE
Дегенмен, H2A.Z немесе H3.3 сияқты гистон түрлерінде интрон бар және олар қалыпты мРНК-лар сияқты, тілімі (сплайсинг) және полиаденилирлеуді қоса, өңделеді.
Histone variants, such as H2A. Z or H3.3, however, have introns and are processed as normal mRNAs including splicing and polyadenylation.