Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Обработка РНК внутри биологической клетки
RNA processing within a biological cell
Транскрипционная или котранскрипционная модификация – это набор биологических процессов, общих для большинства эукариотических клеток, посредством которых первичный транскрипт РНК химически изменяется после транскрипции из гена для получения зрелой, функциональной молекулы РНК, которая затем может покинуть ядро и выполнять различные функции в клетке. Существует множество типов посттранскрипционных модификаций, достигаемых с помощью разнообразных молекулярных механизмов. Одним из примеров является преобразование прекурсоров мРНК в зрелые мРНК, которые впоследствии могут быть транслированы в белки. Этот процесс включает три основных этапа, значительно модифицирующих химическую структуру молекулы РНК: добавление 5'-кэпа, добавление 3'-полиаденилового хвоста и сплайсинг РНК. Такая обработка жизненно важна для правильной трансляции геномов эукариот, поскольку первоначальная пре-мРНК, полученная в результате транскрипции, часто содержит как экзоны (кодирующие последовательности), так и интроны (некодирующие последовательности); сплайсинг удаляет интроны и непосредственно соединяет экзоны, в то время как кэп и хвост облегчают транспорт мРНК к рибосоме и защищают ее от молекулярной деградации. Посттранскрипционные модификации также могут происходить при обработке других транскриптов, которые в конечном итоге становятся тРНК, рРНК или любыми другими типами РНК, используемыми клеткой.
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.
Защита
Закрытие пре-мРНК включает в себя добавление 7-метилгуанозина (m7G) к 5'-концу. Для этого требуется удаление терминального 5'-фосфата, которое осуществляется с помощью фермента РНК-трифосфатазы. Затем фермент гуанозилтрансфераза катализирует реакцию, в результате которой образуется 5'-дифосфатный конец. 5'-дифосфатный конец затем атакует альфа-фосфорный атом молекулы GTP, чтобы добавить остаток гуанина через 5'-5'-трифосфатную связь. Фермент (гуанин-N7)-метилтрансфераза ("cap MTase") переносит метильную группу из S-аденозилметионина на гуаниновое кольцо. Этот тип "крышки", содержащий только (m7G), называется структурой "крышка 0". Рибоза соседнего нуклеотида также может быть метилирована, образуя "крышку 1". Метилирование нуклеотидов, расположенных дальше по цепи РНК, приводит к образованию структур "крышка 2", "крышка 3" и так далее. В этих случаях метильные группы добавляются к 2'-OH группам рибозного сахара. "Крышка" защищает 5'-конец первичной РНК-транскрипта от атаки рибонуклеаз, обладающих специфичностью к 3'-5'-фосфодиэстерным связям.
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 и полиаденолирование
Пре-мРНК-обработка на 3'-конце молекулы РНК включает в себя расщепление ее 3'-конца и последующее добавление примерно 250 адениновых остатков для формирования поли(A)-хвоста. Реакции расщепления и аденилирования происходят преимущественно при наличии последовательности полиаденоильного сигнала (5' AAUAAA 3'), расположенной вблизи 3'-конца молекулы пре-мРНК, за которой следует другая последовательность, обычно (5' CA 3'), являющаяся местом расщепления. Последовательность, богатая GU, также обычно присутствует ниже по течению на молекуле пре-мРНК. Недавно было показано, что альтернативные сигнальные последовательности, такие как UGUA, расположенные выше по течению от места расщепления, также могут направлять расщепление и полиаденолирование в отсутствие сигнала AAUAAA. Важно понимать, что эти два сигнала не являются взаимоисключающими и часто сосуществуют. После синтеза элементов последовательности несколько мультисубъединичных белков переносятся на молекулу РНК. Перенос этих белков, специфичных к последовательности – фактора специфичности расщепления и полиаденоилирования (CPSF), фактора расщепления I (CF I) и фактора стимуляции расщепления (CStF) – происходит от РНК-полимеразы II. Три фактора связываются с элементами последовательности. Сигнал AAUAAA напрямую связывается с CPSF. Для участков обработки, зависящих от UGUA, связывание мультибелкового комплекса осуществляется фактором расщепления I (CF I). Образующийся белковый комплекс содержит дополнительные факторы расщепления и фермент полиаденилатполимеразу (PAP). Этот комплекс расщепляет РНК между полиаденоильной последовательностью и последовательностью, богатой GU, в месте расщепления, обозначенном последовательностями (5' CA 3'). Поли(A)-полимераза затем добавляет около 200 адениновых единиц к новому 3'-концу молекулы РНК, используя АТФ в качестве предшественника. По мере синтеза поли(A)-хвоста к нему связываются множественные копии поли(A)-связывающего белка, который защищает 3'-конец от деградации рибонуклеазами, включая комплекс CCR4 Not. Хотя большинство сплайсинга РНК происходит после завершения синтеза и кэпирования пре-мРНК, транскрипты с большим количеством экзонов могут сплайсироваться ко-транскрипционно. Реакция сплайсинга катализируется крупным белковым комплексом, называемым сплайсосомой, собранным из белков и малых ядерных РНК, которые распознают сайты сплайсинга в последовательности пре-мРНК. Многие пре-мРНК, включая кодирующие антитела, могут сплайсироваться различными способами, образуя различные зрелые мРНК, кодирующие различные белковые последовательности. Этот процесс известен как альтернативный сплайсинг и позволяет производить большое разнообразие белков из ограниченного количества ДНК.
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.
Обработка гистоновой мРНК
Гистоны H2A, H2B, H3 и H4 формируют ядро нуклеосомы и поэтому называются основными гистонами. Обработка основных гистонов происходит иначе, поскольку типичная гистонная мРНК лишена ряда характеристик, свойственных другим эукариотическим мРНК, таких как поли(A)-хвост и интроны. В связи с этим такие мРНК не подвергаются сплайсингу, а их 3'-обработка осуществляется независимо от большинства факторов расщепления и полиаденилирования. мРНК основных гистонов имеет особую шпилечную структуру на 3'-конце, которая распознается белком, связывающим шпильку, и расположенным ниже по течению элементом, называемым элементом ниже по течению гистона (HDE), который рекрутирует U7 snРНК. Фактор специфичности расщепления и полиаденилирования 73 разрезает мРНК между шпилечной структурой и HDE.
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
В то же время, варианты гистонов, такие как H2A.Z или H3.3, содержат интроны и обрабатываются как обычные мРНК, включая сплайсинг и полиаденилирование.
Histone variants, such as H2A. Z or H3.3, however, have introns and are processed as normal mRNAs including splicing and polyadenylation.