Введение
Класс малых молекул РНК В молекулярной биологии малые нуклеолярные РНК (snoRNA) - это класс малых молекул РНК, которые в первую очередь направляют химические модификации других РНК, в основном рибосомальных РНК, трансферных РНК и малых ядерных РНК. Существует два основных класса snoRNA, C/D-бокс snoRNAs, которые связаны с метилированием, и H/ACA-бокс snoRNAs, которые связаны с псевдоуридилизацией. SnoRNA обычно называют РНК-гидами, но их не следует путать с РНК-гидами, которые направляют редактирование РНК в трипаносомах, или РНК-гидами (gRNA), используемыми Cas9 для редактирования генов CRISPR.
In molecular biology, small nucleolar RNAs (snoRNAs) are a class of small RNA molecules that primarily guide chemical modifications of other RNAs, mainly ribosomal RNAs, transfer RNAs and small nuclear RNAs. There are two main classes of snoRNA, the C/D box snoRNAs, which are associated with methylation, and the H/ACA box snoRNAs, which are associated with pseudouridylation. SnoRNAs are commonly referred to as guide RNAs but should not be confused with the guide RNAs that direct RNA editing in trypanosomes or the guide RNAs (gRNAs) used by Cas9 for CRISPR gene editing.
модификации, управляемые snoRNA
После транскрипции зарождающиеся молекулы рРНК (называемые пре-рРНК) проходят серию этапов обработки, чтобы сгенерировать зрелую молекулу рРНК. Перед расщеплением экзо- и эндонуклеазами пре-рРНК подвергается сложной схеме нуклеозидных модификаций. К ним относятся метилирования и псевдоуридиляции, управляемые сноРНК. Метилирование - это присоединение или замещение метильной группы к различным субстратам. РРНК человека содержит приблизительно 115 модификаций метильных групп. Большинство из них являются 2′O метилированиями рибозы (где метильная группа присоединена к группе рибозы). Псевдоуридиляция - это преобразование (изомеризация) нуклеозида уридина в другую изомерную форму псевдоуридина (Ψ). Эта модификация состоит из 180-градусного вращения уридиновой основы вокруг ее гликозильной связи с рибозой РНК-спинного мозга. После этого вращения азотная основа добавляет углеродный атом к гликозильной связи вместо обычного атома азота. Полезное свойство этой модификации заключается в наличии дополнительного донора водородной связи на базе. В то время как уридин создает две водородные связи с базовой парой Ватсона Крика, аденоином, псевдоуридин способен создавать три водородные связи. Когда псевдоуридин соединен с аденином, он также может создать еще одну водородную связь, что позволяет сложности структуры зрелой рРНК. Свободная донорская водородная связь часто образует связь с базой, которая находится вдали от себя, создавая третичное строение, которое должна иметь рРНК, чтобы быть функциональной. Зрелые человеческие рРНК содержат приблизительно 95 модификаций Ψ. Для проведения модификации каждая сноРНК связывается по меньшей мере с четырьмя основными белками в комплексе РНК/белковых белков, называемом маленькой нуклеолярной частицей рибонуклеопротеина (snoRNP). Белки, связанные с каждой РНК, зависят от типа молекулы snoRNA (см. семейства гидов snoRNA ниже). Молекула snoRNA содержит антисенсовый элемент (расстояние 1020 нуклеотидов), которые являются базовыми дополняющими последовательность, окружающую базу (нуклеотид), предназначенную для модификации в молекуле пре-РНК. Это позволяет snoRNP распознавать и связываться с целевой РНК. После того, как snoRNP связывается с целевым участком, связанные белки находятся в правильном физическом месте, чтобы каталитизировать химическую модификацию целевой основы.
семейства гидов snoRNA
Два различных типа модификации рРНК (метилирование и псевдуоридиляция) направляются двумя различными семьями сноРРНК. Эти семейства snoRNA называются антисенсовыми C/D-боксами и H/ACA-боксами snoRNA на основе наличия сохраненных мотивов последовательности в snoRNA. Есть исключения, но как правило, члены ящика C/D направляют метилирование, а члены H/ACA направляют псевдоуридилирование. Члены каждой семьи могут различаться по биогенезу, структуре и функции, но каждая семья классифицируется по следующим обобщенным характеристикам. Подробнее см. в обзоре. SnoRNA классифицируются под малыми ядерными РНК в MeSH. HGNC в сотрудничестве с snoRNABase и экспертами в этой области одобрили уникальные названия для человеческих генов, кодирующих snoRNA.
С/Д коробка
СноРНК коробки C/D содержат два коротких сохраненных мотива последовательности, C (RUGAUGA) и D (CUGA), расположенных вблизи 5'- и 3'-концов сноРНК соответственно. Короткие области (~ 5 нуклеотидов), расположенные вверх по течению от коробки C и вниз по течению от коробки D, обычно являются базовыми комплементарными и образуют структуру стволовой коробки, которая приближает мотивы коробки C и D. Эта структура стволовой коробки, как было показано, имеет важное значение для правильного синтеза сноРНК и нуклеолярной локализации. Многие коробки C/D snoRNA также содержат дополнительную, менее хорошо сохранившуюся копию мотивов C и D (называемых C' и D'), расположенную в центральной части молекулы snoRNA. Сохраненная область 1021 нуклеотидов вверх по течению от ящика D является дополнительной к метилирующему месту целевой РНК и позволяет snoRNA образовывать дуплекс РНК с РНК. Нуклеотид, подлежащий модификации в целевой РНК, обычно находится в 5-м положении вверх по течению от D-коробки (или D'-коробки). СноРНК коробки C/D ассоциируются с четырьмя эволюционно сохранившимися и важными белками - фибрилларином (Nop1p), NOP56, NOP58 и SNU13 (15,5 кД белка у эукариот; его археологический гомолог - L7Ae), которые составляют ядро C/D box snoRNP. В области шнурков содержатся внутренние выпуклости, известные как петли распознавания, в которых расположены антисмысловые направляющие последовательности (базы, дополняющие целевую последовательность). Эти направляющие последовательности по существу обозначают местоположение уридина на целевой РНК, которая будет модифицирована. Эта последовательность распознавания является двусторонней (создается из двух разных рук области петли) и образует сложные псевдоузлы с целевой РНК. H/ACA-коробка snoRNA ассоциируется с четырьмя эволюционно сохранившимися и важными белками - дискерин (Cbf5p), GAR1, NHP2 и NOP10 - которые составляют ядро H/ACA-коробки snoRNP. Как и трипаносомы, Entamoeba histolytica имеет смешанную популяцию одноколесных, а также двойных коробчатых сноРНК H/ACA. Было сообщено, что произошла обработка двойной шпильки H/ACA коробки сноРНК в одиночные шпильки сноРНК, однако, в отличие от трипаносомов, он имеет регулярный мотив ACA на 3′ хвоста. [19] РНК-компонент человеческой теломеразы (hTERC) содержит домен H/ACA для пре-ФНП формирования и нуклеолярной локализации самого РНП теломеразы. H/ACA snoRNP был замешан в редком генетическом заболевании врожденный дискератоз (DKC) из-за его аффилированности с человеческой теломеразой. Мутации в белковом компоненте H/ACA snoRNP приводят к снижению физиологических уровней TERC. Это было сильно связано с патологией, лежащей в основе DKC, которая, по-видимому, в первую очередь является заболеванием плохого поддержания теломеров.
The RNA component of human telomerase (hTERC) contains an H/ACA domain for pre RNP formation and nucleolar localization of the telomerase RNP itself. The H/ACA snoRNP has been implicated in the rare genetic disease dyskeratosis congenita (DKC) due to its affiliation with human telomerase. Mutations in the protein component of the H/ACA snoRNP result in a reduction in physiological TERC levels. This has been strongly correlated with the pathology behind DKC, which seems to be primarily a disease of poor telomere maintenance.
Геномная организация
SnoРНК расположены в геноме по-разному. Большинство генов вертебратов сноРНК кодируются в интронах генов, кодирующих белки, участвующие в синтезе или трансляции рибосомы, и синтезируются РНК-полимеразой II. Также показано, что SnoRNA расположены в межгенных областях, ORF-х белкококодирующих генов и UTR-х. SnoRNA также могут быть транскрибированы из собственных промоторов РНК-полимеразой II или III.
Отпечатки локусов
В геноме человека есть по крайней мере два примера, когда коробки C/D snoRNA встречаются в тандеме в импринтированных локусах. Эти два локуса (14q32 на хромосоме 14 и 15q11q13 на хромосоме 15) были широко охарактеризованы, и в обеих областях было обнаружено множество сноРНК, расположенных внутри интронов в кластерах близкородственных копий. В 15q11q13 были идентифицированы пять различных snoRNA (SNORD64, SNORD107, SNORD108, SNORD109 (две копии), SNORD116 (29 копий) и SNORD115 (48 копий). Потеря 29 копий SNORD116 (HBII 85) из этого региона была определена как причина синдрома Прадера Вилли, в то время как увеличение копий SNORD115 было связано с аутизмом. Регион 14q32 содержит повторения двух сноРНК SNORD113 (9 копий) и SNORD114 (31 копий) в интронах тканевого специфического транскрипта ncRNA (MEG8). Доказано, что домен 14q32 имеет общие геномные особенности с отпечатанными 15q11 q13 локусами, и предполагается возможная роль тандемных повторений C/D-боксных сноРНК в эволюции или механизме отпечатанных локусов.
Другие функции
snoRNA могут функционировать как миРНК. Было показано, что человеческая ACA45 является добросовестной сноРНК, которая может быть обработана в 21-нуклеотидную зрелую миРНК семейством РНК- III эндорибонуклеазы. Этот продукт сноРНК ранее был идентифицирован как mmu miR 1839 и был продемонстрирован независимо от других миРНК, генерирующих эндорибонуклеазу дрошу. Биоинформационный анализ показал, что предполагаемые фрагменты, подобные миРНК, полученные из сноРНК, встречаются в разных организмах. Недавно было обнаружено, что snoRNA могут иметь функции, не связанные с rRNA. Одной из таких функций является регулирование альтернативного сплайсинга транскрипта гена, которое выполняется сноРНК HBII 52, также известной как SNORD115. В июле 2023 года Lin et al. В исследовании, проведенном в рамках исследования N6M, было показано, что snoRNA могут направлять другие модификации РНК, в частности N6 метиладенозин, однако это подлежит дальнейшему исследованию.