Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из Five Prime cap )
Перейти к навигации Перейти к поиску

В молекулярной биологии , то кэп ( 5 'крышки ) представляет собой специально изменен нуклеотид на 5' - конце некоторых первичных транскриптов , такие как мессенджер РНК - предшественника . Этот процесс, известный как кэппирование мРНК , строго регулируется и жизненно важен для создания стабильной и зрелой информационной РНК, способной подвергаться трансляции во время синтеза белка . Митохондриальная мРНК [1] и хлоропластная мРНК [2] не кэпированы.

Структура [ править ]

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

У эукариот 5'-кэп (кэп-0), обнаруженный на 5'-конце молекулы мРНК, состоит из гуанинового нуклеотида, связанного с мРНК через необычную 5'-5'- трифосфатную связь. Этот гуанозин является метилированным на 7 -м положения непосредственно после того, как укупорки в естественных условиях с помощью метилтрансферазы . [3] [4] [5] [6] Он упоминается как 7-метилгуанилатный кэп, сокращенно m 7 G.

У многоклеточных эукариот и некоторых вирусов [7] существуют дополнительные модификации, включая метилирование 2'-гидроксигрупп первых 2 сахаров рибозы на 5'-конце мРНК. cap-1 имеет метилированную 2'-гидроксигруппу на первом сахаре рибозы, в то время как cap-2 имеет метилированные 2'-гидроксигруппы на первых двух сахарах рибозы, показанных справа. 5'-кэп химически подобен 3'-концу молекулы РНК (5'-углеродный остаток кэп-рибозы связан, а 3'-конец не связан). Это обеспечивает значительную устойчивость к 5'- экзонуклеазам . [ необходима цитата ]

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

В бактерии , и , возможно , также и в высших организмах, некоторые РНК закрывают НАД + , НАДН или 3'-dephospho-коэнзима А . [9] [10]

Во всех организмах молекулы мРНК могут быть удалены в процессе, известном как удаление метки информационной РНК .

Процесс укупорки [ править ]

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

  1. Одна из концевых фосфатных групп удаляется РНК-трифосфатазой , оставляя бисфосфатную группу (т.е. 5 '(ppN) [pN] n );
  2. GTP добавляется к концевому бисфосфату с помощью мРНК гуанилилтрансферазы , теряя при этом пирофосфат из субстрата GTP. Это приводит к образованию 5'-5'-трифосфатной связи с образованием 5 '(Gp) (ppN) [pN] n ;
  3. 7-азот гуанина метилируется мРНК (гуанин- N 7 -) - метилтрансферазой , при этом S- аденозил- L- метионин деметилируется с образованием S- аденозил- L- гомоцистеина , что приводит к 5 '(m7Gp) (ppN) [pN] n (cap-0);
  4. Модификации, прилегающие к кэпу, обычно могут происходить с первым и вторым нуклеотидами, производя до 5 '(m7Gp) (ppN *) (pN *) [pN] n (cap-1 и cap-2); [7]
  5. Если ближайший к кэпу нуклеотид представляет собой метиладенозин 2'- O- рибозы (т.е. 5 '(m7Gp) (ppAm) [pN] n ), он может быть дополнительно метилирован по метильному положению N6 с образованием N 6 -метиладенозина , приводя к 5 '(m7Gp) (ppm6Am) [pN] n . [3]

Механизм кэппирования с помощью NAD + , NADH или 3'-дефосфокофермента A различен. Кепирование с помощью NAD + , NADH или 3'-дефосфокофермента A осуществляется посредством «ab initio механизма кепирования », в котором NAD + , NADH или 3'-дезфосфокофермент A служит «неканоническим инициирующим нуклеотидом. "(NCIN) для инициации транскрипции с помощью РНК - полимеразы , и , таким образом , непосредственно включается в РНК - продукта. [9] И бактериальная РНК-полимераза, и эукариотическая РНК-полимераза II способны выполнять этот «ab initio механизм кэппирования». [9]

Таргетинг [ править ]

Для кэпирования с помощью 7-метилгуанилата комплекс кэпирующего фермента (CEC) связывается с РНК-полимеразой II до начала транскрипции. Как только 5'-конец нового транскрипта выходит из РНК-полимеразы II, ЦИК выполняет процесс кэппинга (такой механизм обеспечивает кэппирование, как при полиаденилировании ). [11] [12] [13] [14] Ферменты для кэппинга могут связываться только с РНК-полимеразой II , обеспечивая специфичность только к этим транскриптам, которые почти полностью представляют собой мРНК. [12] [14]

Кэпинг с помощью NAD + , NADH или 3'-дефосфокофермента A нацелен на последовательность промотора . [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, синтезированных с определенных промоторов. [9]

Функция [ править ]

Колпачок 5 'выполняет четыре основные функции:

  1. Регулирование ядерного экспорта; [15] [16]
  2. Предотвращение деградации экзонуклеазами ; [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 кэп-связывающим комплексом (CBC), который связывается исключительно с 7-метилгуанилат-кэпированной РНК. Затем CBC распознается комплексом ядерных пор и экспортируется. После того, как в цитоплазме после пионерского раунда перевода, CBC заменяется факторами перевода eIF4E и eIF4G из eIF4F комплекса. [6] Этот комплекс затем распознается другим механизмом инициации трансляции, включая рибосому. [21]

Кэппирование с помощью 7-метилгуанилата предотвращает 5'-деградацию 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 полужизни мРНК, что важно 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, который должен 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 P-тельца для временного хранения или удаления колпачков, детали которых все еще решаются. [22]

Механизм стимулирования 5'-проксимального удаления интрона не совсем понятен, но 7-метилгуанилатный кэп, по-видимому, замыкается и взаимодействует со сплайсосомой в процессе сплайсинга, способствуя вырезанию интрона.

См. Также [ править ]

  • Декаппинг матричной РНК
  • Фактор инициации эукариот 4F (eIF4F)
  • Экспрессия гена кэп-анализа

Ссылки [ править ]

  1. ^ Temperley RJ, Wydro M, Lightowlers RN, Chrzanowska-Lightowlers ZM (июнь 2010). «Человеческие митохондриальные мРНК - как члены всех семейств, похожие, но разные» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 1797 (6–7): 1081–1085. DOI : 10.1016 / j.bbabio.2010.02.036 . PMC  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. DOI : 10.1016 / S0300-9084 (00) 00606-4 . PMID 10946108 . 
  3. ^ a b c d Шаткин, А (декабрь 1976 г.). «Кэпирование мРНК эукариот». Cell . 9 (4): 645–653. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (76) 90128-8 . PMID 1017010 . S2CID 26743858 .  
  4. ^ a b Банерджи АК (июнь 1980 г.). «5'-концевая структура кэпа в рибонуклеиновых кислотах эукариотических мессенджеров» . Микробиологические обзоры . 44 (2): 175–205. DOI : 10.1128 / mmbr.44.2.175-205.1980 . PMC 373176 . PMID 6247631 .  
  5. ^ a b Зоненберг N, Gingras AC (апрель 1998 г.). «5'-кэп-связывающий белок мРНК eIF4E и контроль роста клеток». Текущее мнение в клеточной биологии . 10 (2): 268–275. DOI : 10.1016 / S0955-0674 (98) 80150-6 . PMID 9561852 . 
  6. ^ a b 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». Cell . 89 (6): 951–961. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80280-9 . PMID 9200613 . S2CID 15200116 .  
  7. ↑ a b Fechter P, Brownlee GG (май 2005 г.). «Распознавание кэп-структур мРНК вирусными и клеточными белками» . Журнал общей вирусологии . 86 (Pt 5): 1239–1249. DOI : 10.1099 / vir.0.80755-0 . PMID 15831934 . 
  8. ^ Матера AG, крачки RM, крачки MP (март 2007). «Некодирующие РНК: уроки малых ядерных и малых ядрышковых РНК». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 8 (3): 209–220. DOI : 10.1038 / nrm2124 . PMID 17318225 . S2CID 30268055 .  
  9. ^ a b c d e f 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 НАД +, НАДН и десфосфо-КоА» . Природа . 535 (7612): 444–447. Bibcode : 2016Natur.535..444B . DOI : 10.1038 / nature18622 . PMC 4961592 . PMID 27383794 .  
  10. ^ Cahová H, Winz ML, Höfer K, Nübel G, Jäschke A (март 2015). «NAD captureSeq указывает на NAD как на бактериальный колпачок для подмножества регуляторных РНК». Природа . 519 (7543): 374–377. Bibcode : 2015Natur.519..374C . DOI : 10,1038 / природа14020 . PMID 25533955 . S2CID 4446837 .  
  11. ^ Чо Е.Ю., Такаги Т, Мур CR, Buratowski S (декабрь 1997). «Кепирующий фермент мРНК привлекается к комплексу транскрипции путем фосфорилирования карбоксиконцевого домена РНК-полимеразы II» . Гены и развитие . 11 (24): 3319–3326. DOI : 10,1101 / gad.11.24.3319 . PMC 316800 . PMID 9407025 .  
  12. ^ a b 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. DOI : 10.1016 / S1097-2765 (03) 00187-4 . PMID 12820968 . 
  13. ^ Ho CK, Леман K, Шуман S (декабрь 1999). «Существенный поверхностный мотив (WAQKW) дрожжевой РНК-трифосфатазы опосредует образование ферментного комплекса, блокирующего мРНК, с РНК-гуанилилтрансферазой» . Исследования нуклеиновых кислот . 27 (24): 4671–4678. DOI : 10.1093 / NAR / 27.24.4671 . PMC 148765 . PMID 10572165 .  
  14. ^ a b Hirose Y, Manley JL (июнь 2000 г.). «РНК-полимераза II и интеграция ядерных событий» . Гены и развитие . 14 (12): 1415–1429. doi : 10.1101 / gad.14.12.1415 (неактивный 2021-01-11). PMID 10859161 . Проверено 23 ноября 2014 года . CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )
  15. ^ Visa N, Izaurralde Е, Феррейра Дж, Daneholt В, Mattaj ИВ (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. DOI : 10,1083 / jcb.133.1.5 . PMC 2120770 . PMID 8601613 .  
  16. ^ Льюис JD, Izaurralde E (июль 1997). «Роль структуры кэпа в процессинге РНК и ядерном экспорте». Европейский журнал биохимии . 247 (2): 461–469. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1997.00461.x . PMID 9266685 . 
  17. ^ Евдокимова В, Рузанов Р, Imataka Н, Raught В, Svitkin Y, Овчинников Л.П., Sonenberg N (октябрь 2001 г.). «Главный мРНК-ассоциированный белок YB-1 является мощным 5'-кэп-зависимым стабилизатором мРНК» . Журнал EMBO . 20 (19): 5491–5502. DOI : 10.1093 / emboj / 20.19.5491 . PMC 125650 . PMID 11574481 .  
  18. Перейти ↑ Gao M, Fritz DT, Ford LP, Wilusz J (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. DOI : 10.1016 / S1097-2765 (00) 80442-6 . PMC 2811581 . PMID 10882133 .  
  19. ^ Burkard KT, Батлер JS (январь 2000). «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. DOI : 10.1128 / MCB.20.2.604-616.2000 . PMC 85144 . PMID 10611239 .  
  20. ^ Konarska М.М., Паджетт Р.А., Sharp PA (октябрь 1984). «Распознавание кэп-структуры при сплайсинге in vitro предшественников мРНК». Cell . 38 (3): 731–736. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (84) 90268-X . PMID 6567484 . S2CID 10721149 .  
  21. Перейти ↑ Kapp LD, Lorsch JR (2004). «Молекулярная механика эукариотической трансляции». Ежегодный обзор биохимии . 73 (1): 657–704. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.73.030403.080419 . PMID 15189156 . 
  22. ↑ Parker R, Sheth U (март 2007 г.). «P-тельца и контроль трансляции и деградации мРНК». Молекулярная клетка . 25 (5): 635–646. DOI : 10.1016 / j.molcel.2007.02.011 . PMID 17349952 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • «Шапки РНК» . PubMed Medical Subject Heading (MeSH) . Национальные институты здоровья.