Д

Деградация РНК

Деградация РНК — в общем означает процесс разложения полимера рибонуклеиновой кислоты на составляющие мономеры, каковы рибонуклеотидфосфаты (NMPs), в более узком смысле — энзиматическое расщепления матричной РНК (мРНК) с участием специализированных белковых комплексов клетки, таких как екзосома, P-тельца и стрессовые гранулы. Согласно положениям центральной догмы молекулярной биологии, матричная РНК выполняет ключевую роль в процессе трансляции протеинов. Итак продолжительность пребывания определенной мРНК в цитоплазме определяет количество протеина, который из нее может быть наработан. Соответственно, с помощью комплексов, осуществляющих деградацию РНК, клетка имеет возможность контролировать уровень экспрессии белок-кодирующих генов. Такая регуляция называется прост-транскрипционные, поскольку происходит уже после синтеза ДНК-зависимой РНК-полимеразы определенной матричной РНК. Следует отметить, что каждая мРНК характеризуется определенным временем жизни (полураспада) в цитоплазме. Кроме регулирования уровней продуцирования различных белков, системы деградации РНК также осуществляют контроль качества вновь мРНК путем утилизации тех мРНК, которые не прошли процессинг (в частности, не могут быть правильно сплайсовани), имеют нежелательные вторичные структуры или неправильно связываются с РНК-связывающими протеинами. Вместе с тем в клетке существуют специальные системы распознавания и обезвреживания чужих РНК, которые работают по принципу РНК интерференции.

Основные пути деградации Матричный РНК

Каждая зрелая матричная РНК, которая прошла процессинг, имеет 5 'метилгуанозиновий кэп и 3'-полиаденозиновий хвост. Эти структуры связываются со специальными белками: первая — с эукариотических фактором инициации трансляции eIF4E, вторая — с поли (А) -связывающих протеином PABP. Дополнительно к упомянутым факторов с мРНК могут взаимодействовать другие РНК-связывающие белки, которые распознают последовательности на 3'и 5'-нетранслируемые регионах. Следует отметить, что РНК в клетке никогда не находится в свободном от белков состоянии, а взамен существует только в форме рибонуклеопротеинив. В купе указанные структуры и белковые факторы защищают мРНК от преждевременной деградации рибонуклеазы, а также помогают взаимодействовать с рибосомой и способствуют трансляции.

Таким образом, для прохождения процесса деградации, каждая мРНК должна быть лишена защитных структур на 5'и 3'-концах.

Соответственно, существует три основных пути деградации РНК:

  • удаление поли (А) -хвоста с последующим расщеплением в направлении 3 '-> 5',
  • удаление 5'-метилгуанозинового Кепу (декепинг) с последующим расщеплением в направлении 5 '-> 3'
  • ендонуклеазне расщепления с последующей деградацией при участии экзонуклеаза по вновь свободных 5 'и 3' концах.

Каждый из этих механизмов обеспечивается своим набором ферментов, однако указанные пути не являются взаимоисключающими и часто идут параллельно или последовательно.

Деаденилювання

Основным путем деградации РНК в эукариот является удаление поли (А) -хвоста — деаденилювання. По укорочение поли (А) трактах отвечает белковый комплекс CCR4-NOT или поли (А) специфическая рибонуклеаза PARN. Причем, CCR4-NOT выполняет деаденилювання только при условии отсутствия поли (А) -связывающих протеинов на хвосте, тогда как PARN — только в случае наличия свободного 5'-метилгуанозинового Кепу, не связанному с eIF4E. Оба условия обычно выполняются для мРНК, только завеншила трансляцию. Следует отметить, что деаденилювання — обратный процесс. Существуют также цитоплазматические поли (А) полимеразы, которые способны удлинять поли (А) -хвист, что позволяет мРНК вернуться к трансляции.

В дальнейшем деаденильована РНК может быть расщеплена двумя путями: с 3 'конца или с 5'-конца. Первый предполагает распад РНК в направлении 3 '-> 5' с участием комплекса экзонуклеаза под названием екзосома. Во время 3 '-> 5' деградации РНК в екзосоми 5'-метилгуанозиновий кэп отсоединяется специальным кэп-скавенжером DcpS. Отсутствие поли (А) -хвоста также может служить сигналом для энзимов, которые напрямую осуществляют декепинг (Dcp1 и Dcp2), что определяет второй путь распада деаденильованои РНК. В таком случае сначала происходит распознавание деаденильованои РНК комплексом семи протеинов Lsm1-7, который ассоциируется с свободном от поли (А) 3 'концом РНК. В дальнейшем Lsm1-7 привлекает Dcp1 и Dcp2, осуществляющих удаления кэп-структуры, а затем идет расщепление РНК в направлении 5 '-> 3' с участием экзонуклеаза XRN1.

Вспомогательные пути деградации матричной РНК

Декепинг, независимый от деаденилювання

В дрожжей также известный механизм расщепления РНК, который по сути представляет собой декепинг, но при этом не зависит от деаденилювання. Зато привлечения декепинг-энзимов происходит не с помощью Lsm1-7 комплекса, а с участием белков, которые распознают шпилькоподибну структуру на 3 'нетранслируемые регионе мРНК. Такой механизм описан для немногих мРНК Saccharomyces cerevisiae, пока известно не менее двух транскрипты, регулируемые подобным образом, это — RPS28B и EDC1. Интересен тот факт, что продукты обоих этих генов сами непосредственно участвуют в процессе декепингу, что не зависит от деаденилювання. Это может указывать на авторегуляции вспомогательных путей деградации мРНК.

Расщепление эндонуклеазы

Ендонуклеолитичний распад мРНК является самым быстрым и самым эффективным путем деградации, поскольку продуктом только одного каталитического акта эндонуклеазы есть сразу два свободных конца — 3 "и 5" -, которые могут в дальнейшем расщепляться екзосомою и XRN1 экзонуклеаза соответственно. Однако клетка прибегает к нему в основном в исключительных случаях, как, например, резкая перестройка метаболизма во время дифференцировки или стресса.

Так например эндонуклеаза PMR1 отвечает за расщепление мРНК альбумина в ответ на стимуляцию эстрогеновых рецепторов в ооцитах Xenopus laevis. В структуре PMR1 имеющиеся домены связывания с полисомы, поэтому считалось, что она способна расщеплять мРНК во время трансляции. Но впоследствии выяснилось, что упомянутая эндонуклеаза также задействована в формировании стрессовых гранул — специальных компартментив в цитоплазме, где происходит задержка, сортировки и дифференциальная деградация определенных мРНК во время стресса.

Другая эндонуклеаза MRP, которая обычно задействована в обработке рибосомальных и митохондриальных РНК, также участвует в деградации мРНК CLB2, кодирующего циклин Б-типа, в конце митоза. MRP разрезает CLB2 на участке 5'-нетранслируемые региона, лишая ее таким образом Кепу и вызывая дальнейшее расщепление с помощью экзонуклеаза XRN1. Рецессивные мутации в гене эндонуклеазы MRP описаны у больных гипоплазия хряща и волос (cartilage-hair hypoplasia). Вместе с тем у пациентов наблюдается повышенный уровень экспрессии циклина CLB2. Итак нарушения пролиферации определенных типов клеток происходит из-за продукцию протеина CLB2, вызванной отсутствием нормальной деградации соответствующей мРНК в связи с дефектом MRP эндонуклеазы.

Видео по теме

Изображения по теме

  • Деградация РНК
  • Деградация РНК
  • Деградация РНК
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Проверьте также
Закрыть
Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть