WikiDer > Пятизначная крышка

Five-prime cap

В молекулярная биология, то пятисторонняя кепка (Крышка 5 футов) является специально измененным нуклеотид на 5 ′ конец некоторых первичные стенограммы такие как предшественник матричной РНК. Этот процесс, известный как кэппинг мРНК, строго регулируется и жизненно важна для создания стабильных и зрелая информационная РНК в состоянии пройти перевод в течение синтез белка. Митохондриальный мРНК[1] и хлоропласт мРНК[2] не ограничены.

Структура

5 'конструкция крышки (cap-2).
Структура рибозы, показывающая положения 2 ', 3' и 5 'атомов углерода.

В эукариоты, 5'-кэп (кэп-0), обнаруженный на 5'-конце молекулы мРНК, состоит из гуанин нуклеотид, связанный с мРНК необычным 5 '-5' трифосфат связь. Эта гуанозин является метилированный на позиции 7 сразу после укупорки in vivo по метилтрансфераза.[3][4][5][6] Это упоминается как 7-метилгуанилат крышка, сокращенно м7Г.

У многоклеточных эукариот и некоторых вирусов[7] существуют дальнейшие модификации, включая метилирование 2 ' гидроксигруппы из первых 2 рибоза сахара на 5'-конце мРНК. cap-1 имеет метилированную 2'-гидроксигруппу на первом сахаре рибозы, тогда как cap-2 имеет метилированные 2'-гидроксигруппы на первых двух сахарах рибозы, показанных справа. Крышка 5 'химически похожа на 3 ′ конец молекулы РНК (5 'углерод рибозы шапочки связан, а 3' не связан). Это обеспечивает значительное сопротивление 5 ′ экзонуклеазы.[нужна цитата]

Малые ядерные РНК содержат уникальные 5'-заглавные буквы. МяРНК класса Sm обнаруживаются с 5'-триметилгуанозиновыми кэпами, тогда как мяРНК класса Lsm обнаруживаются с 5'-монометилфосфатными кэпами.[8]

В бактериии, возможно, также у высших организмов, некоторые РНК закрыты НАД+, НАДН, или 3'-дефосфо-кофермент А.[9][10]

Во всех организмах молекулы мРНК могут быть удалены с помощью процесса, известного как декапирование матричной РНК.

Процесс укупорки

Отправной точкой для кэпирования 7-метилгуанилатом является неизмененный 5'-конец молекулы РНК, который заканчивается трифосфатной группой. Это имеет последний нуклеотид, за которым следуют три фосфатные группы, присоединенные к 5'-углеродному.[3] Процесс кэппинга инициируется до завершения транскрипции, так как формирующаяся пре-мРНК синтезируется.

  1. Одна из концевых фосфатных групп удаляется РНК трифосфатаза, оставляя бисфосфатную группу (т.е. 5 '(ppN) [pN]п);
  2. GTP добавляется к терминальному бисфосфату путем мРНК гуанилилтрансфераза, теряя пирофосфат из субстрата GTP в процессе. Это приводит к образованию 5'-5'-трифосфатной связи с образованием 5 '(Gp) (ppN) [pN]п;
  3. 7-азот гуанина метилирован мРНК (гуанин-N7 -) - метилтрансфераза, с участием S-аденозил-L-метионин деметилируется для производства S-аденозил-L-гомоцистеин, что дает 5 ′ (m7Gp) (ppN) [pN]п (cap-0);
  4. Могут происходить модификации, примыкающие к кэпу, обычно первого и второго нуклеотидов, с образованием до 5 '(m7Gp) (ppN *) (pN *) [pN]п (кап-1 и кап-2);[7]
  5. Если ближайший к кэпу нуклеотид 2′-О-рибоза метила-аденозин (например, 5 ′ (m7Gp) (ppAm) [pN]п), он может быть дополнительно метилирован по метильному положению N6 с образованием N6-метиладенозин, что приводит к 5 ′ (m7Gp) (ppm6Am) [pN]п.[3]

Механизм укупорки НАД+, НАДН или 3'-дефосфо-кофермент А отличается. Укупорка с NAD+, НАДН или 3'-дефосфо-кофермент А достигается посредством «механизма кэппирования ab initio», в котором НАД+, НАДН или 3'-дезфосфокофермент А служит «неканоническим инициирующим нуклеотидом» (NCIN) для инициация транскрипции от РНК-полимераза и, таким образом, непосредственно включается в продукт РНК.[9] И бактериальная РНК-полимераза, и эукариотическая РНК-полимераза II способны реализовать этот «ab initio механизм улавливания».[9]

Таргетинг

Для укупорки 7-метилгуанилатом укупоривающий фермент комплекс (ЦИК) связывается с РНК-полимераза II до начала транскрипции. Как только 5'-конец нового транскрипта выходит из РНК-полимеразы II, ЦИК выполняет процесс кэппинга (такой механизм обеспечивает кэппинг, как и в случае с полиаденилирование).[11][12][13][14] Ферменты для укупорки могут связываться только с РНК-полимераза II, обеспечивая специфичность только к этим транскриптам, которые почти полностью представляют собой мРНК.[12][14]

Укупорка с NAD+, НАДН или 3'-дефосфокофермент А нацелен на промоутер последовательность.[9] Кэппирование с помощью NAD +, NADH или 3'-дефосфокофермента A происходит только на промоторах, которые имеют определенные последовательности в и непосредственно перед сайтом начала транскрипции, и поэтому происходит только для РНК, синтезируемых с определенных промоторов.[9]

Функция

Колпачок 5 'выполняет четыре основные функции:

  1. Регулирование ядерного экспорта;[15][16]
  2. Предотвращение деградации экзонуклеазы;[9][17][18][19]
  3. Продвижение перевода (см. рибосома и перевод);[3][4][5]
  4. Содействие удалению 5 'проксимального интрона.[20]

Ядерный экспорт РНК регулируется комплекс связывания крышки (CBC), который связывается исключительно с РНК, закрытой 7-метилгуанилатом. Затем CBC распознается ядерный поровый комплекс и экспортируется. Оказавшись в цитоплазме после первого раунда трансляции, CBC заменяется факторами трансляции. eIF4E и eIF4G из eIF4F сложный.[6] Затем этот комплекс распознается другим механизмом инициации трансляции, включая рибосому.[21]

Кэппирование с помощью 7-метилгуанилата предотвращает 5'-разложение двумя способами. Во-первых, предотвращается деградация мРНК 5'-экзонуклеазами (как упомянуто выше) за счет того, что она функционально выглядит как 3'-конец. Во-вторых, CBC и eIF4E / eIF4G блокируют доступ ферментов удаления колпачков к кэпу. Это увеличивает период полураспада мРНК, необходимая для эукариот, поскольку процессы экспорта и трансляции занимают значительное время.

Декэппинг мРНК с кэпом 7-метилгуанилата катализируется комплексом декапирования, состоящим по крайней мере из Dcp1 и Dcp2, которые должны конкурировать с eIF4E за связывание кэпа. Таким образом, кэп 7-метилгуанилата является маркером активно транслирующейся мРНК и используется клетками для регулирования периода полужизни мРНК в ответ на новые стимулы. Нежелательные мРНК отправляются в П-тела для временного хранения или снятия крышки, детали которой пока не решаются.[22]

Механизм промотирования 5'-проксимального интрона до конца не изучен, но кэп 7-метилгуанилата, по-видимому, замыкается и взаимодействует с сплайсосома в процессе сплайсинга, способствуя удалению интрона.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Temperley RJ, Wydro M, Lightowlers RN, Chrzanowska-Lightowlers ZM (июнь 2010 г.). «Человеческие митохондриальные мРНК - как члены всех семейств, похожие, но разные». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика. 1797 (6–7): 1081–1085. Дои:10.1016 / j.bbabio.2010.02.036. ЧВК 3003153. PMID 20211597.
  2. ^ Monde RA, Schuster G, Stern DB (7 июня 2000 г.). «Обработка и деградация мРНК хлоропластов». Биохимия. 82 (6–7): 573–582. Дои:10.1016 / S0300-9084 (00) 00606-4. PMID 10946108.
  3. ^ а б c d Шаткин А (декабрь 1976 г.). «Кэпирование мРНК эукариот». Ячейка. 9 (4): 645–653. Дои:10.1016/0092-8674(76)90128-8. PMID 1017010. S2CID 26743858.
  4. ^ а б Банерджи А.К. (июнь 1980 г.). «5'-концевая кэп-структура в рибонуклеиновых кислотах-мессенджерах эукариот». Микробиологические обзоры. 44 (2): 175–205. Дои:10.1128 / ммбр.44.2.175-205.1980. ЧВК 373176. PMID 6247631.
  5. ^ а б Зоненберг Н., Гинграс А.С. (апрель 1998 г.). «5'-кэп-связывающий белок мРНК eIF4E и контроль роста клеток». Текущее мнение в области клеточной биологии. 10 (2): 268–275. Дои:10.1016 / S0955-0674 (98) 80150-6. PMID 9561852.
  6. ^ а б Marcotrigiano J, Gingras AC, Sonenberg N, Burley SK (июнь 1997 г.). «Сокристаллическая структура 5'-кэп-связывающего белка матричной РНК (eIF4E), связанного с 7-метил-GDP». Ячейка. 89 (6): 951–961. Дои:10.1016 / S0092-8674 (00) 80280-9. PMID 9200613. S2CID 15200116.
  7. ^ а б Фехтер П., Браунли Г.Г. (май 2005 г.). «Распознавание кэп-структур мРНК вирусными и клеточными белками». Журнал общей вирусологии. 86 (Pt 5): 1239–1249. Дои:10.1099 / vir.0.80755-0. PMID 15831934. Архивировано из оригинал на 2013-06-07. Получено 2014-12-12.
  8. ^ Matera AG, Terns RM, Terns MP (март 2007 г.). «Некодирующие РНК: уроки малых ядерных и малых ядрышковых РНК». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология. 8 (3): 209–220. Дои:10.1038 / nrm2124. PMID 17318225. S2CID 30268055.
  9. ^ а б c d е ж Bird JG, Zhang Y, Tian Y, Panova N, Barvík I, Greene L, Liu M, Buckley B, Krásný L, Lee JK, Kaplan CD, Ebright RH, Nickels BE (июль 2016 г.). «Механизм 5'-кэпирования РНК с помощью НАД +, НАДН и десфосфо-КоА». Природа. 535 (7612): 444–447. Bibcode:2016Натура.535..444Б. Дои:10.1038 / природа18622. ЧВК 4961592. PMID 27383794.
  10. ^ Кахова Х., Винц М.Л., Хёфер К., Нюбель Г., Йешке А. (март 2015 г.). «NAD captureSeq указывает на NAD как на бактериальный колпачок для подмножества регуляторных РНК». Природа. 519 (7543): 374–377. Bibcode:2015Натура.519..374C. Дои:10.1038 / природа14020. PMID 25533955. S2CID 4446837.
  11. ^ Чо Э.Дж., Такаги Т., Мур С.Р., Буратовски С. (декабрь 1997 г.). «Кепирующий фермент мРНК рекрутируется в комплекс транскрипции путем фосфорилирования карбоксиконцевого домена РНК-полимеразы II». Гены и развитие. 11 (24): 3319–3326. Дои:10.1101 / gad.11.24.3319. ЧВК 316800. PMID 9407025.
  12. ^ а б Fabrega C, Shen V, Shuman S, Lima CD (июнь 2003 г.). «Структура кэпирующего фермента мРНК, связанного с фосфорилированным карбокси-концевым доменом РНК-полимеразы II». Молекулярная клетка. 11 (6): 1549–1561. Дои:10.1016 / S1097-2765 (03) 00187-4. PMID 12820968.
  13. ^ Хо С.К., Леман К., Шуман С. (декабрь 1999 г.). «Существенный поверхностный мотив (WAQKW) дрожжевой РНК-трифосфатазы опосредует образование ферментного комплекса, блокирующего мРНК, с РНК-гуанилилтрансферазой». Исследования нуклеиновых кислот. 27 (24): 4671–4678. Дои:10.1093 / nar / 27.24.4671. ЧВК 148765. PMID 10572165.
  14. ^ а б Хиросе Y, Мэнли JL (июнь 2000 г.). «РНК-полимераза II и интеграция ядерных событий». Гены и развитие. 14 (12): 1415–1429. Дои:10.1101 / gad.14.12.1415 (неактивно 01.09.2020). PMID 10859161. Получено 23 ноября 2014.CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на сентябрь 2020 г. (ссылка на сайт)
  15. ^ Visa N, Izaurralde E, Ferreira J, Daneholt B., Mattaj I.W. (апрель 1996 г.). «Комплекс, связывающий ядерный кэп, котранскрипционно связывает пре-мРНК кольца Балбиани и сопровождает частицу рибонуклеопротеина во время ядерного экспорта». Журнал клеточной биологии. 133 (1): 5–14. Дои:10.1083 / jcb.133.1.5. ЧВК 2120770. PMID 8601613.
  16. ^ Льюис Дж. Д., Изаурральде Э. (июль 1997 г.). «Роль структуры кэпа в процессинге РНК и ядерном экспорте». Европейский журнал биохимии. 247 (2): 461–469. Дои:10.1111 / j.1432-1033.1997.00461.x. PMID 9266685.
  17. ^ Евдокимова В., Рузанов П., Иматака Х, Рот Б., Свиткин Ю., Овчинников Л.П., Зоненберг Н. (октябрь 2001 г.). «Главный мРНК-ассоциированный белок YB-1 является мощным 5'-кэп-зависимым стабилизатором мРНК». Журнал EMBO. 20 (19): 5491–5502. Дои:10.1093 / emboj / 20.19.5491. ЧВК 125650. PMID 11574481.
  18. ^ Гао М., Фриц Д.Т., Форд ЛП, Вилуш Дж. (Март 2000 г.). «Взаимодействие между поли (A) -специфической рибонуклеазой и 5'-кэпом влияет на скорость деаденилирования мРНК in vitro». Молекулярная клетка. 5 (3): 479–488. Дои:10.1016 / S1097-2765 (00) 80442-6. ЧВК 2811581. PMID 10882133.
  19. ^ Буркард К. Т., Батлер Дж. С. (январь 2000 г.). «Ядерная 3'– 5'-экзонуклеаза, участвующая в деградации мРНК, взаимодействует с поли (A) полимеразой и белком hnRNA Npl3p». Молекулярная и клеточная биология. 20 (2): 604–616. Дои:10.1128 / MCB.20.2.604-616.2000. ЧВК 85144. PMID 10611239.
  20. ^ Конарска М.М., Пэджетт Р.А., Шарп П.А. (октябрь 1984 г.). «Распознавание кэп-структуры при сплайсинге in vitro предшественников мРНК». Ячейка. 38 (3): 731–736. Дои:10.1016 / 0092-8674 (84) 90268-Х. PMID 6567484. S2CID 10721149.
  21. ^ Капп Л.Д., Лорш-младший (2004). «Молекулярная механика эукариотической трансляции». Ежегодный обзор биохимии. 73 (1): 657–704. Дои:10.1146 / annurev.biochem.73.030403.080419. PMID 15189156.
  22. ^ Паркер Р., Шет У. (март 2007 г.). «P-тельца и контроль трансляции и деградации мРНК». Молекулярная клетка. 25 (5): 635–646. Дои:10.1016 / j.molcel.2007.02.011. PMID 17349952.

внешние ссылки

  • «Крышки РНК». PubMed Медицинская предметная рубрика (MeSH). Национальные институты здоровья.