Кіріспе
РНК молекулаларының класы. Кіші ядролық РНК (snRNA) – эукариоттық жасушалардың ядросындағы тігіс ұяшықтары мен Кажаль денелерінде кездесетін шағын РНК молекулаларының класы. snRNA-ның орташа ұзындығы шамамен 150 нуклеотидті құрайды. Олар РНК полимераза II немесе РНК полимераза III арқылы транскрипцияланады. Олардың негізгі функциясы – ядродағы алдын ала хабаршы РНК (hnRNA) өңдеу. Сонымен қатар, олар транскрипция факторларын (7SK РНК) немесе РНК полимераза II (B2 РНК) реттеуге, теломерлерді сақтауға көмектеседі. snRNA әрқашан белгілі бір белоктар жиынтығымен байланысты, ал осы кешендер кіші ядролық рибонуклеопротеиндер (snRNP, көбінесе "snurps" деп аталады) деп аталады. Әрбір snRNP бөлшегі snRNA компонентінен және бірнеше snRNP-ге тән белоктардан (соның ішінде Sm белоктары, ядролық белоктар отбасы) тұрады. Бұл кешендердің ең көп таралған адам snRNA компоненттері сәйкесінше: U1 спалицесомалық РНК, U2 спалицесомалық РНК, U4 спалицесомалық РНК, U5 спалицесомалық РНК және U6 спалицесомалық РНК. Олардың номенклатурасы жоғары уродиндік құрамымен байланысты. snRNA-лар 1966 жылы гельдік электрофорез эксперименті кезінде кездейсоқ түрде ашылған. Гельде күтілмеген РНК түрі табылып, зерттелді. Кейінгі талдаулар осы РНК-лардың уродилатқа бай екенін және ядрода қалыптасқанын көрсетті. snRNA және шағын нуклеолярлық РНК (snoRNA) бір-бірінен ерекшеленеді және екеуі де бір-бірінің субтипі емес. Екеуі де әртүрлі және кіші РНК класына жатады. Бұл РНК биогенезінде маңызды рөл атқаратын және рибосомалық РНК (rRNA) және басқа РНК гендерінің (tRNA және snRNA) химиялық модификацияларын бағыттайтын шағын РНК молекулалары. Олар нуклеола және эукариоттық жасушалардың Кажаль денелерінде (РНК синтезінің негізгі орындары) орналасқан, онда олар scaRNA (кіші Кажаль денелеріне тән РНК) деп аталады.
Small nuclear RNA (snRNA) is a class of small RNA molecules that are found within the splicing speckles and Cajal bodies of the cell nucleus in eukaryotic cells. The length of an average snRNA is approximately 150 nucleotides. They are transcribed by either RNA polymerase II or RNA polymerase III. Their primary function is in the processing of pre messenger RNA (hnRNA) in the nucleus. They have also been shown to aid in the regulation of transcription factors (7SK RNA) or RNA polymerase II (B2 RNA), and maintaining the telomeres. snRNA are always associated with a set of specific proteins, and the complexes are referred to as small nuclear ribonucleoproteins (snRNP, often pronounced "snurps"). Each snRNP particle is composed of a snRNA component and several snRNP specific proteins (including Sm proteins, a family of nuclear proteins). The most common human snRNA components of these complexes are known, respectively, as: U1 spliceosomal RNA, U2 spliceosomal RNA, U4 spliceosomal RNA, U5 spliceosomal RNA, and U6 spliceosomal RNA. Their nomenclature derives from their high uridine content. snRNAs were discovered by accident during a gel electrophoresis experiment in 1966. An unexpected type of RNA was found in the gel and investigated. Later analysis has shown that these RNA were high in uridylate and were established in the nucleus. snRNAs and small nucleolar RNAs (snoRNAs) are not the same and neither is a subtype of the other. Both are different and are a class under small RNAs. These are small RNA molecules that play an essential role in RNA biogenesis and guide chemical modifications of ribosomal RNAs (rRNAs) and other RNA genes (tRNA and snRNAs). They are located in the nucleolus and the Cajal bodies of eukaryotic cells (the major sites of RNA synthesis), where they are called scaRNAs (small Cajal body specific RNAs).
Сыныптар
snRNA жиі екі сыныпқа бөлінеді: ортақ тізбек ерекшеліктерімен және РНК-мен байланысатын LSm ақуыздары сияқты байланысты ақуыз факторларымен негізделген. Бірінші сынып, Sm класты snRNA деп белгілі, көбірек зерттелген және U1, U2, U4, U4atac, U5, U7, U11 және U12-ден тұрады. Sm класты snRNA РНК полимераза II арқылы транскрипцияланады. Пре-snRNA транскрипцияланып, ядрода әдеттегі 7 метилгуанозин 5’ шапкасын алады. Олар одан әрі өңдеу үшін ядролық тесіктер арқылы цитоплазмаға экспортталады. Цитоплазмада snRNA 3’ тікелей қиылып, 3’ тік цикл құрылымын қалыптастырады, сондай-ақ 5’ шапкасы гиперметилденіп триметилгуанозинге айналады. 3’ тік құрылым моторлық нейронның (SMN) ақуызымен тану үшін қажет. Бұл кешен snRNA-ны тұрақты рибонуклеопротеиндерге (RNP) құрайды. Өзгертілген 5’ шапкасы snRNP-ны ядроға қайта импорттау үшін қажет. U7-ні қоспағанда, барлық осы уридинге бай snRNA сплайцеосоманың негізін құрайды. Сплиссинг, немесе интрондардың алынуы, транскрипциядан кейінгі модификацияның маңызды аспектісі болып табылады және тек эукариоттардың ядросында ғана жүзеге асады. U7 snRNA гистон алды-mRNA өңдеуде қатысатыны анықталды. Екінші сынып, Lsm класты snRNA деп аталады, U6 және U6atac-тан тұрады. Lsm класты snRNA РНК полимераза III арқылы транскрипцияланады және Sm класты snRNA-дан айырмашылығы, ядродан ешқашан шықпайды. Lsm класты snRNA 5’ γ монометилфосфат шапкасын және 3’ тік циклды қамтиды, ол Lsm ақуыздарының ерекше гетерогептамерикалық сақинасының байланысу орнын құрайтын уридиндер тізбегімен аяқталады.
Сплицеосомадағы
Сплицеосомалар эукариоттық алдынғы мессенджер РНК пісіп жетілуінің маңызды қадамы болып табылатын сплицингті катализдейді. Тіпті бір нуклеотидтің ғана дұрыс біріктірілмеуі жасуша үшін қатаң салдарға әкелуі мүмкін, сондықтан жасушаның тірі қалуын қамтамасыз ету үшін РНК өңдеудің сенімді және қайталанатын әдісі қажет. Сплицеосома – бұл бес кішкентай ядролық РНК-дан (U1, U2, U4, U5 және U6) және 150-ден астам ақуыздан тұратын ірі ақуыз-РНК кешені. snРНК-лар, олармен байланысты ақуыздарымен бірге, пре-мРНК субстратындағы белгілі бір тізбектерге байланысатын рибонуклеопротеин кешендерін (snRNP) құрайды. Бұл күрделі процесс екі тізбектік трансестерификация реакциясына әкеледі. Бұл реакциялар нәтижесінде бос лариат интроны түзіледі және екі экзон біріктіріліп, піскен мРНК құралады. Сплицеосомалардың екі бөлек класы бар. Эукариоттық жасушаларда кең таралған негізгі класс негізінен U2 типіндегі интронтарды біріктіреді. Сплицингтің бастапқы қадамы – U1 snRNP және оның байланысты ақуыздарының 5’ сплицингтік ұшын hnРНК-ға байланыстыру. Бұл hnРНК-ны сплицинг жолына бағыттайтын байланыс кешенін құрайды. Содан кейін U2 snRNP сплицеосоманың байланысу орнына тартылып, А кешенін, одан кейін U5 кешенін құрайды. U4/U6 үштік snRNP кешені А кешенімен байланысып, В кешені деп аталатын құрылымды жасайды. Қайта құрылымдалудан кейін С кешені пайда болады және сплицеосома катализ үшін белсенді болады. Каталитикалық белсенді сплицеосомада U2 және U6 snРНК-лары каталитикалық триплекс деп аталатын сақталған құрылымды құру үшін бүктеледі. Бұл құрылым сплицеосоманың белсенді орнын құрайтын екі магний ионын үйлестіреді. Бұл РНК катализінің мысалы. Осы негізгі сплицеосома кешенінен басқа, әлдеқайда сирек (~1%) кездесетін кіші сплицеосома да бар. Бұл кешен U11, U12, U4atac, U6atac және U5 snRNP-ларынан тұрады. Бұл snRNP-лар негізгі сплицеосомада қолданылатын snRNP-лардың функционалдық аналогтары болып табылады. Кіші сплицеосома U12 типіндегі интронтарды біріктіреді. Екі типтегі интронның басты айырмашылығы – олардың сплицингтік орындарында: U2 типіндегі интронның 5’ және 3’ сплицингтік орындарында GT AG тізбегі болса, U12 типіндегі интронның 5’ және 3’ ұштарында AT AC тізбегі болады. Кіші сплицеосома өзінің қызметін негізгі сплицеосомадан өзгеше жолмен атқарады.
U1 snRNA
U1 snRNP клеткадағы шағылысу белсенділігін алдын ала mRNA-ның 5' шағылысу орнымен базалық жұптасу арқылы бастайды. Басты шағылысу кешеніндегі тәжірибелік деректер U1 snRNP-нің U2, U4, U5 және U6 snRNP-мен теңдей стехиометрияда болатынын көрсетті. Дегенмен, адам жасушаларында U1 snRNP-нің мөлшері басқа snRNP-лерге қарағанда әлдеқайда көп. HeLa жасушаларында U1 snRNA генін жою арқылы жүргізілген зерттеулер U1 snRNA-ның жасушалық функция үшін маңызды екенін көрсетті. U1 snRNA гендері жойылғанда геномдық микромассивтерде шағылыспаған алдын ала mRNA-ның жиналуы артты. Сонымен қатар, бұл жою транскрипт басында орналасқан интрондарда ертерек кесілуге және полиаденилизацияға әкелді. Басқа уридинге негіделген snRNA-лар жойылғанда мұндай әсер байқалған жоқ. Осылайша, U1 snRNA–алдын ала mRNA базалық жұптасуы алдын ала mRNA-ны полиаденилизациядан, сондай-ақ ертерек кесілуден қорғайды. Бұл ерекше қорғаныс жасушадағы U1 snRNA-ның артық мөлшерін түсіндіруі мүмкін.
snRNP және адам аурулары
Кіші ядролық рибонуклеопротеиндер (snRNP) мен кіші ядролық (sno) RNP-ді зерттеу арқылы біз көптеген маңызды ауруларды жақсырақ түсіне алдық. Жұлындық бұлшық ет атрофиясы – Тіршілікке қажет моторлық нейрон 1 (SMN1) геніндегі мутациялар жұлындық моторлық нейрондардың дегенерациясына және қанағаттандырмас бұлшық ет әлсіреуіне әкеледі. SMN ақуызы Sm класты snRNP-ларды, және ықтимал snoRNP-ларды және басқа RNP-ларды құрайды. Жұлындық бұлшық ет атрофиясы 6000 адамның 1-іне әсер етеді және Дюшеннің бұлшық ет дистрофиясынан кейін екінші ең көп кездесетін нейромышық ауруы болып табылады. Дискератоз конгениталы – snRNP-лардың құрамындағы мутациялар да дискератоз конгениталының себебі болып табылады, бұл сирек синдром, ол теріде, тырнақтарда және шырышты қабықтағы қалыптан тыс өзгерістермен көрінеді. Бұл аурудың кейбір соңғы салдары сүйек миының жеткіліксіздігі және қатерлі ісіктерді қамтиды. Бұл синдромның бірнеше гендердегі мутациялардан туындайтыны көрсетілген, оның ішінде дискерин, теломераза РНК және теломеразаның кері транскриптазасы. Прадер-Вилли синдромы – Бұл синдром 12 000 адамның 1-інде кездеседі және шектен тыс аштық, танымдық және мінез-құлық проблемалары, нашар бұлшықет тонусы және бойдың кішкентай болуы сипатталады. Синдром аталық 15-ші хромосоманың бір бөлігінің жойылуымен байланысты, ол аналық хромосомада экспрессияланбайды. Бұл аймақта серотонин 2C рецепторының мРНК-сына бағытталған миға тән snRNA бар. Медуллобластома – U1 snRNA осы ми ісіктерінің бір тобында мутацияланады және РНК тігілуінің өзгеруіне әкеледі. Мутациялар көбінесе ересектердегі ісіктерде кездеседі және нашар прогнозбен байланысты.
Транскрипциядан кейінгі модификация
Эукариоттарда snРНҚ-да 2′O метилдеу модификациялары және псевдоуридиляциялар көп мөлшерде кездеседі. Бұл модификациялар snoРНҚ белсенділігімен байланысты, олар әдетте жас rRNA-ларды өзгертеді, бірақ басқа жасушалық РНҚ нысаналарын, мысалы, snРНҚ-ты өзгертетіні де байқалған. Соңында, олигоаденилдеу (қысқа поли(А) тізбегі қосу) snРНҚ-ның (әдетте поли(А) тізбегі жоқ) тағдырын анықтай алады және осылайша олардың РНҚ ыдырауын тудырады. snРНҚ мөлшерін реттейтін бұл механизм, өз кезегінде, РНҚ-ның балама тігілуінің кең тараған өзгеруімен байланысты.