Тела обработки мРНК: структура, функции и роль в регуляции генов.
P-bodies
P-тела в клетках: структура, функции и роль в метаболизме мРНК. Деградация, регуляция трансляции и защита мРНК – ключевые процессы. Биомолекулярные конденсиаты.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Биомолекулярные конденсаты мРНК и РНК-связывающих белков, обнаруженные в эукариотических клетках.
Biomolecular condensates of mRNA and RNA binding proteins found in eukaryotic cells
В клеточной биологии P-тела, или тела процессинга, представляют собой отчетливые фокусы, формирующиеся в цитоплазме эукариотической клетки посредством фазового разделения и состоящие из множества ферментов, участвующих в обороте мРНК. P-тела являются высококонсервативными структурами и наблюдаются в соматических клетках, происходящих от позвоночных и беспозвоночных, растений и дрожжей. На сегодняшний день показано, что P-тела играют фундаментальную роль в общем распаде мРНК, распаде мРНК, опосредованном нонсенс-кодоном, распаде мРНК, опосредованном аденилато-уридилатовыми элементами, и индуцированном микроРНК (миРНК) подавлении мРНК. Не вся мРНК, попадающая в P-тела, подвергается деградации, поскольку было показано, что некоторая мРНК может покидать P-тела и возобновлять трансляцию. Очистка и секвенирование мРНК из очищенных тел процессинга показали, что эта мРНК в значительной степени трансляционно подавлена выше по течению от инициации трансляции и защищена от 5'-распада мРНК. Более поздние исследования поставили это под сомнение, предполагая, что P-тела хранят мРНК до тех пор, пока она не потребуется для трансляции. В нейронах P-тела перемещаются моторными белками в ответ на стимуляцию, что, вероятно, связано с локальной трансляцией в дендритах.
In cellular biology, P bodies, or processing bodies, are distinct foci formed by phase separation within the cytoplasm of a eukaryotic cell consisting of many enzymes involved in mRNA turnover. P bodies are highly conserved structures and have been observed in somatic cells originating from vertebrates and invertebrates, plants and yeast. To date, P bodies have been demonstrated to play fundamental roles in general mRNA decay, nonsense mediated mRNA decay, adenylate uridylate rich element mediated mRNA decay, and microRNA (miRNA) induced mRNA silencing. Not all mRNAs which enter P bodies are degraded, as it has been demonstrated that some mRNAs can exit P bodies and re initiate translation. Purification and sequencing of the mRNA from purified processing bodies showed that these mRNAs are largely translationally repressed upstream of translation initiation and are protected from 5' mRNA decay. Later work called this into question suggesting P bodies store mRNA until needed for translation. In neurons, P bodies are moved by motor proteins in response to stimulation. This is likely tied to local translation in dendrites.
История
P-тела впервые были описаны в научной литературе Башкировым и соавторами в 1997 году, где они обозначили "мелкие гранулы, дискретные, выраженные очаги" как цитоплазматическую локализацию мышиной экзорибонуклеазы mXrn1p. Лишь в 2002 году была представлена информация о природе и значимости этих цитоплазматических очагов, когда исследователи показали, что в этих очагах локализуется множество белков, участвующих в деградации мРНК. Их важность была признана после получения экспериментальных данных, указывающих на P-тела как на места деградации мРНК в клетке. Подтверждением этому служит то, что GW182 и Ago2, оба связанные с РНК-интерференцией, обнаруживаются исключительно в мультивезикулярных телах или телах GW и не локализуются в P-телах. Важно также отметить, что P-тела не эквивалентны стрессовым гранулам и содержат в основном неперекрывающиеся белковые комплексы.
P bodies were first described in the scientific literature by Bashkirov et al. in 1997, in which they describe "small granules discrete, prominent foci" as the cytoplasmic location of the mouse exoribonuclease mXrn1p. It wasn’t until 2002 that a glimpse into the nature and importance of these cytoplasmic foci was published., when researchers demonstrated that multiple proteins involved with mRNA degradation localize to the foci. Their importance was recognized after experimental evidence was obtained pointing to P bodies as the sites of mRNA degradation in the cell. The evidence being that GW182 and Ago2, both associated with miRNA gene silencing, are found exclusively in multivesicular bodies or GW bodies and are not localized to P bodies. Also of note, P bodies are not equivalent to stress granules and they contain largely non overlapping proteins.
Ассоциации с микроРНК
Репрессия, опосредованная микроРНК, осуществляется двумя путями: либо за счет репрессии трансляции, либо стимуляции деградации мРНК. микроРНК рекрутируют комплекс RISC к мРНК, к которой они комплементарны. Связь с P-телами обусловлена тем, что многие, если не большинство, белков, необходимых для подавления экспрессии генов микроРНК, локализованы в P-телах, как описано Кулкарни и др. (2010). Эти белки включают, помимо прочего, каркасный белок GW182, Argonaute (Ago), декапирующие ферменты и РНК-геликазами. Современные данные указывают на то, что P-тела служат каркасными центрами для функционирования микроРНК, особенно учитывая, что подавление экспрессии GW182 нарушает формирование P-тел. Однако остается много нерешенных вопросов относительно P-тел и их связи с активностью микроРНК. В частности, неизвестно, существует ли контекстная специфичность (в состоянии стресса или при нормальных условиях) механизма действия P-тел. Основываясь на данных о том, что P-тела иногда являются местом деградации мРНК, а иногда мРНК может покидать P-тела и возобновлять трансляцию, остается открытым вопрос о том, что контролирует этот переход. Еще один неясный аспект, требующий изучения, заключается в том, активно ли функционируют белки, локализующиеся в P-телах, в процессе подавления экспрессии генов микроРНК, или же они находятся в резерве.
microRNA mediated repression occurs in two ways, either by translational repression or stimulating mRNA decay. miRNA recruit the RISC complex to the mRNA to which they are bound. The link to P bodies comes by the fact that many, if not most, of the proteins necessary for miRNA gene silencing are localized to P bodies, as reviewed by Kulkarni et al. (2010). These proteins include, but are not limited to, the scaffold protein GW182, Argonaute (Ago), decapping enzymes and RNA helicases. The current evidence points toward P bodies as being scaffolding centers of miRNA function, especially due to the evidence that a knock down of GW182 disrupts P body formation. However, there remain many unanswered questions about P bodies and their relationship to miRNA activity. Specifically, it is unknown whether there is a context dependent (stress state versus normal) specificity to the P body's mechanism of action. Based on the evidence that P bodies sometimes are the site of mRNA decay and sometimes the mRNA can exit the P bodies and re initiate translation, the question remains of what controls this switch. Another ambiguous point to be addressed is whether the proteins that localize to P bodies are actively functioning in the miRNA gene silencing process or whether they are merely on standby.