Кіріспе

Молекулалық генетикада үш праймдік аударылмаған аймақ (3′ UTR) — трансляция тоқтату кодонынан кейін бірден келетін мессенджерлік РНК (mRNA) бөлігі. 3′ UTR көбінесе ген экспрессиясына транскрипциядан кейін әсер ететін реттеуші аймақтарды қамтиды. Ген экспрессиясы кезінде mRNA молекуласы ДНҚ тізбегінен транскрипцияланады және кейін ақуызға аударылады. mRNA молекуласының бірнеше аймақтары ақуызға аударылмайды, оның ішінде 5' қақпақ, 5' аударылмаған аймақ, 3' аударылмаған аймақ және поли(A) құйрығы. 3′ аударылмаған аймақтағы реттеуші аймақтар полиаденилизацияға, трансляция тиімділігіне, локализацияға және mRNA тұрақтылығына әсер етуі мүмкін. 3′ UTR реттегіш ақуыздар мен микроРНК-лар (miRNA) үшін байланысу орындарын қамтиды. 3′ UTR ішіндегі белгілі бір орындарға байланысу арқылы miRNA әртүрлі mRNA гендерінің экспрессиясын төмендетуі мүмкін, яғни транскрипт трансляциясын тежеу арқылы немесе тікелей транскрипт деградациясына әкелу арқылы. 3′ UTR сондай-ақ репрессорлық ақуыздарға байланысатын және mRNA экспрессиясын тежейтін үнсіздендіруші аймақтарды қамтиды. Көптеген 3′ UTR АУ-ға бай элементтерді (ARE) қамтиды. Ақуыздар ARE-ге байланысып, транскрипттердің тұрақтылығына немесе ыдырау жылдамдығына жергілікті түрде әсер етеді немесе трансляция басталуына әсер етеді. Бұдан әрі, 3′ UTR бірнеше жүз аденин қалдықтарын қамтитын AAUAAA тізбегін қамтиды, ол mRNA транскриптінің соңына поли(A) құйрығын қосуды бағыттайды. Поли(A) байланысу ақуызы (PABP) осы құйрыққа байланысады, mRNA трансляциясын, тұрақтылығын және экспортталуын реттеуге көмектеседі. Мысалы, поли(A) құйрығымен байланысқан PABP транскрипттың 5' ұшымен байланысқан ақуыздармен өзара әрекеттеседі, бұл mRNA циркуляциясына әкеледі, ол трансляцияны ынталандырады. 3′ UTR сонымен қатар цитоскелетпен байланысуға, оны жасуша ядросына немесе одан тасымалдауға немесе басқа локализация түрлерін орындауға арналған ақуыздарды тартатын тізбектерді қамтуы мүмкін. 3′ UTR ішіндегі тізбектерден басқа, аймақтың физикалық ерекшеліктері, оның ішінде оның ұзындығы мен екінші құрылымы трансляцияны реттеуге ықпал етеді. Гендік реттеудің осы әртүрлі механизмдері дұрыс гендердің тиісті уақытта дұрыс жасушаларда экспрессияға түсуін қамтамасыз етеді.

Физикалық сипаттамалары

3′ UTR mRNA аймағы физикалық қасиеттерімен реттелетін көптеген реттеуші функцияларды қамтиды. Осындай қасиеттердің бірі – сүтқоректілер геномында айтарлықтай өзгеріске ұшырайтын 3′ UTR ұзындығы. МРНК транскриптінің бұл аймағы 60 нуклеотидтен шамамен 4000-қа дейін жетеді. Адамда 3′ UTR-дің орташа ұзындығы шамамен 800 нуклеотидті құрайды, ал 5′ UTR-дің орташа ұзындығы шамамен 200 нуклеотидті ғана құрайды. 3′ UTR ішіндегі тізбектер МРНК транскриптісін ыдыратуға немесе тұрақтандыруға қабілетті. Транскрипт тұрақтылығын бақылайтын өзгерістер геннің экспрессиясын транскрипция жылдамдығын өзгертпей, жылдам басқаруға мүмкіндік береді. 3′ UTR-дегі МРНК транскриптісін тұрақсыздатуға көмектесетін элементтердің бірі – AU-ға қаныққан элементтер (AREs). Бұл элементтердің мөлшері 50-ден 150 негіз жұбына дейін жетеді және көбінесе AUUUA пентануклеотидінің бірнеше көшірмелерін қамтиды. Алғашқы зерттеулер ARE-лер тізбегі бойынша өзгеруі мүмкін екенін және мотивтер саны мен орналасуы бойынша ерекшеленетін үш негізгі классқа бөлінетінін көрсетті. Адам транскрипттерінің 3′ UTR-лері басқа сүтқоректілердің 3′ UTR-лерінен орташа есеппен екі есе ұзын. Бұл тенденция адам гендерін реттеудегі жоғары деңгейдегі күрделілікті көрсетеді. Ұзындығынан басқа, 3′ аудармаланбаған аймақтың екінші құрылымы да реттеуші функцияларды атқарады. Ақуыз факторлары аймақтың әртүрлі екінші құрылымдарға жиналуына көмектеседі немесе оған кедергі келтіреді. Ең көп таралған құрылым – бұл түйіршік (stem-loop), ол РНК-мен байланысатын ақуыздар мен транскрипт экспрессиясына әсер ететін кодтамайтын РНК үшін негіз болып табылады.

Зерттеу әдістері

Ғалымдар 3′-UTR-дің күрделі құрылымы мен функцияларын зерттеу үшін бірнеше әдістерді пайдаланады. Егер мРНҚ-дағы белгілі бір 3′-UTR тіндерде кездесетіні дәлелденсе де, 3′-UTR-дің толыққанды функционалдығын түсіну үшін локализация, функционалды жартылай өмір сүру мерзімі, трансляциялық тиімділік және транса әсер ететін элементтердің әсерін анықтау қажет. Көбінесе тізбек талдауы арқылы жүзеге асырылатын есептеу әдістері, адам 3′-UTR-нің шамамен 5-8%-ында ARE бар екенін, ал 60%-ында немесе одан да көп бөлігінде бір немесе бірнеше миРНҚ мақсаттарының кездесетінін көрсетті. Бағдарламалық жасақтама геномдағы әртүрлі 3′-UTR-лер арасындағы ұқсастықтарды табу үшін миллиондаған тізбектерді бірден тез салыстыра алады. РНК-мен байланысатын нақты ақуыздармен байланысты тізбектерді анықтау үшін тәжірибелік әдістер қолданылды; атап айтқанда, жаңа буын тізбектеу және байланыстыру техникалары транскрипт ішіндегі ақуыз байланысу орындарын анықтауға мүмкіндік берді. Мысалы, 3′-UTR-дің тоқтату кодонына, полиаденилдеу сигналына немесе екіншілік құрылымына әсер ететін сайтқа тән мутациялар, мутацияланған аймақтардың трансляциялық бұзылыстарға және ауруларға қалай әкелетінін көрсетуге болады. Осы транскрипт бойынша жүргізілетін зерттеулер 3′-UTR-дегі белгілі цис элементтері мен транс реттеуші факторларды түсінуге көмектесуі керек.

Ауру

3′ UTR мутациялары өте маңызды болуы мүмкін, себебі бір ғана өзгеріс көптеген гендердің өзгеруіне жауапты болуы мүмкін. Транскрипциялық тұрғыдан алғанда, мутация тек физикалық байланыстағы аллель мен гендерге ғана әсер етеді. Дегенмен, 3′ UTR байланыстырушы ақуыздары мРНҚ өңдеу және ядродан шығару процесінде де қатысқандықтан, мутация басқа да байланысы жоқ гендерге де әсер етуі мүмкін. Дистрофия миотоника протеинкиназасы (DMPK) генінің 3′ UTR-дегі тринуклеотидті (CTG) қайталанулардың артуы миотониялық дистрофияны тудырады. Фукутин ақуызының 3′ UTR-іне 3 килобазалық ретротранспозиялық тандемдік қайталану тізбектерінің енуі Фукуяма типіндегі туа біткен бұлшықет дистрофиясына себеп болады. 3′ UTR элементтері сондай-ақ адамның жіті миелоидты лейкемиясы, альфа-талассемиясы, нейробластомасы, кератинопатиясы, аниридиясы, IPEX синдромы және туа біткен жүрек ақауларымен байланысты. Белгілі UTR-мен байланысты аурулар әлі ашылмаған көптеген байланыстардың тек бір көрсеткіші ғана.

Болашақ дамуы

3′ UTR-лер қазіргі танымға қарамастан, әлі де жасырын қалған жайттарға толы. МРНК-лар көбінесе бірнеше үстіртен жабатын реттеу элементтерін қамтитындықтан, әрбір 3′ UTR элементінің анықталуы мен функциясын, тіпті осы жерлерге байланысатын реттегіш факторларды анықтау қиын. Бұған қоса, әрбір 3′ UTR-де көптеген баламалы АУ-ға бай элементтер және полиаденилдеу сигналдары кездеседі. Осы цис- және транс-әсер ететін элементтер, сондай-ақ миРНК-лар бір ғана МРНК ішінде бақылау мүмкіндіктерінің шексіз спектрін ұсынады. Алдағы зерттеулер терең секвенирлеуге негізделген рибосома профильдеуін кеңінен қолдану арқылы реттеудің одан да нәзік нюанстарын, жаңа реттеу элементтерін және AUBP-лерді ашатын болады.