Малая ядерная РНК ( мяРНК ) является класс малых РНК молекул , которые находятся в пределах сплайсинга крапинками и Cajal тел в ядре клетки в эукариотических клетках. Длина средней мяРНК составляет примерно 150 нуклеотидов. Они транскрибируются либо РНК-полимеразой II, либо РНК-полимеразой III . [1] Их основная функция заключается в процессинге пре- мессенджера РНК ( hnRNA ) в ядре. Также было показано, что они помогают в регуляции факторов транскрипции ( 7SK RNA) или РНК-полимеразы II (B2 РНК) и поддерживая теломеры .
snRNA всегда связана с набором специфических белков, и эти комплексы называют малыми ядерными рибонуклеопротеинами ( snurps , часто произносится как snurps). Каждая частица мяРНП состоит из компонента мяРНК и нескольких белков, специфичных для мяРНП (включая белки Sm , семейство ядерных белков). Большинство компоненты мяРНКа общего человека этих комплексов известны, соответственно, как: U1 spliceosomal РНК , U2 spliceosomal РНК , U4 spliceosomal РНК , U5 spliceosomal РНК и U6 spliceosomal РНК . Их номенклатура обусловлена высоким содержанием уридина .
мяРНК были обнаружены случайно во время эксперимента по гель-электрофорезу в 1966 году. [2] Неожиданный тип РНК был обнаружен в геле и исследован. Более поздний анализ показал, что эти РНК были с высоким содержанием уридилата и закрепились в ядре.
мяРНК и малые ядрышковые РНК (мяРНК) не одно и то же и не являются типом друг друга. Оба они разные и относятся к классу малых РНК. Это небольшие молекулы РНК, которые играют важную роль в биогенезе РНК и направляют химические модификации рибосомных РНК (рРНК) и других генов РНК (тРНК и мяРНК). Они расположены в ядрышек и органов Cajal из эукариотических клеток (основные сайты синтеза РНК), где они называются scaRNAs (небольшие кахаль тела специфические РНК).
Классы
snRNA часто делят на два класса на основании как общих характеристик последовательности, так и связанных белковых факторов, таких как РНК-связывающие белки LSm . [3]
Первый класс, известный как мяРНК Sm-класса , более широко изучен и состоит из U1, U2, U4, U4atac, U5, U7, U11 и U12. МяРНК класса Sm транскрибируются РНК-полимеразой II . Пре-мяРНК транскрибируются и получают в ядре обычный 5-первичный кэп 7-метилгуанозина . Затем они экспортируются в цитоплазму через ядерные поры для дальнейшей обработки. В цитоплазме мяРНК подвергается 3'-обрезке с образованием 3'-структуры стержень-петля, а также гиперметилированию 5'-кэпа с образованием триметилгуанозина. [4] 3'-стволовая структура необходима для распознавания путем выживания белка мотонейрона (SMN). [5] Этот комплекс собирает мяРНК в стабильные рибонуклеопротеины (РНП). Затем требуется модифицированная 5'-кэп для импорта snRNP обратно в ядро. Все эти богатые уридином мяРНК, за исключением U7, образуют ядро сплайсосомы . Сплайсинг, или удаление интронов , является основным аспектом посттранскрипционной модификации и происходит только в ядре эукариот. Было обнаружено, что мяРНК U7 участвует в процессинге пре-мРНК гистонов .
Второй класс, известный как мяРНК Lsm-класса , состоит из U6 и U6atac. МяРНК класса Lsm транскрибируются РНК-полимеразой III и никогда не покидают ядро, в отличие от мяРНК класса Sm. SnRNA класса Lsm содержат 5'-γ-монометилфосфатный кэп [6] и 3'-стебель-петлю, оканчивающуюся отрезком уридинов, которые формируют сайт связывания для отдельного гетерогептамерного кольца белков Lsm. [7]
В сплайсосоме
Сплайсосомы катализируют сплайсинг , неотъемлемую стадию созревания матричной РНК-предшественницы эукариот. Ошибка сплайсинга даже в одном нуклеотиде может иметь разрушительные последствия для клетки, и для обеспечения выживания клетки необходим надежный, повторяемый метод обработки РНК. Сплайсосома - это большой комплекс белок-РНК, который состоит из пяти малых ядерных РНК (U1, U2, U4, U5 и U6) и более 150 белков. МнРНК вместе со связанными с ними белками образуют комплексы рибонуклеопротеидов (мяРНП), которые связываются со специфическими последовательностями на субстрате пре-мРНК . [8] Этот сложный процесс приводит к двум последовательным реакциям переэтерификации. Эти реакции будут производить свободный интрон лариата и лигировать два экзона с образованием зрелой мРНК. Есть два отдельных класса сплайсосом. Основной класс, который гораздо более распространен в эукариотических клетках, сращивает в основном интроны U2-типа. Первым этапом сплайсинга является связывание U1 snRNP и связанных с ним белков с 5'-концом сплайсинга hnRNA . Это создает коммитирующий комплекс, который будет ограничивать гнРНК на пути сплайсинга. [9] Затем U2 snRNP рекрутируется в сайт связывания сплайсосомы и образует комплекс A, после чего комплекс три-snRNP U5.U4 / U6 связывается с комплексом A с образованием структуры, известной как комплекс B. После перегруппировки комплекс C становится формируется, и сплайсосома активна для катализа. [10] В каталитически активных сплайсосомах мяРНК U2 и U6 сворачиваются с образованием консервативной структуры, называемой каталитическим триплексом. [11] Эта структура координирует два иона магния, которые образуют активный центр сплайсосомы. [12] [13] Это пример катализа РНК .
В дополнение к этому основному комплексу сплайсосом существует гораздо менее распространенная (~ 1%) минорная сплайсосома . В этот комплекс входят мяРНП U11, U12, U4atac, U6atac и U5. Эти snRNP являются функциональными аналогами snRNP, используемых в основной сплайсосоме. Минорные сплайсосомы сплайсируют интроны типа U12. Два типа интронов в основном различаются по сайтам сплайсинга: интроны типа U2 имеют сайты сплайсинга GT-AG 5 'и 3', тогда как интроны типа U12 имеют AT-AC на своих 5 'и 3' концах. Минорная сплайсосома выполняет свою функцию по пути, отличному от пути основной сплайсосомы.
U1 мяРНК
U1 snRNP является инициатором сплайсосомной активности в клетке за счет спаривания оснований с 5'-сайтом сплайсинга пре-мРНК. Экспериментальные данные показали, что в основной сплайсосоме мяРНП U1 присутствует в равной стехиометрии с мяРНП U2, U4, U5 и U6. Однако распространенность мяРНП U1 в клетках человека намного больше, чем у других мяРНП. [14] Благодаря нокдауну гена мяРНК U1 в клетках HeLa , исследования показали, что мяРНК U1 имеет большое значение для клеточной функции. Когда гены мяРНК U1 были нокаутированы, геномные микрочипы показали повышенное накопление несплицированной пре-мРНК. [15] Кроме того, было показано, что нокаут вызывает преждевременное расщепление и полиаденилирование в основном в интронах, расположенных рядом с началом транскрипта. Когда были отключены другие мяРНК на основе уридина, этот эффект не наблюдался. Таким образом, спаривание оснований мяРНК U1-пре-мРНК, как было показано, защищает пре-мРНК от полиаденилирования, а также от преждевременного расщепления. Эта особая защита может объяснить переизбыток мяРНК U1 в клетке.
snRNPs и болезни человека
Благодаря изучению малых ядерных рибонуклеопротеидов (snRNP) и малых ядрышковых (sno) RNPs мы смогли лучше понять многие важные заболевания.
Спинальная мышечная атрофия - мутации в гене выживания моторного нейрона-1 (SMN1) приводят к дегенерации спинномозговых мотонейронов и серьезному истощению мышц. Белок SMN собирает snRNP класса Sm, а также, вероятно, snoRNP и другие RNP. [16] Спинальная мышечная атрофия поражает до 1 из 6000 человек и является второй по значимости причиной нервно-мышечных заболеваний после мышечной дистрофии Дюшенна . [17]
Врожденный дискератоз. Мутации в собранных snRNP также являются причиной врожденного дискератоза, редкого синдрома, который проявляется аномальными изменениями кожи, ногтей и слизистой оболочки. Некоторые окончательные последствия этого заболевания включают отказ костного мозга, а также рак. Было показано, что этот синдром возникает из-за мутаций во многих генах, включая дискерин , теломеразную РНК и обратную транскриптазу теломеразы . [18]
Синдром Прадера-Вилли. Этот синдром встречается у 1 из 12 000 человек и проявляется сильным голодом, когнитивными и поведенческими проблемами, плохим мышечным тонусом и низким ростом. [19] Синдром был связан с делецией области отцовской хромосомы 15, которая не экспрессируется на материнской хромосоме. Эта область включает специфичную для мозга мяРНК, которая нацелена на мРНК рецептора серотонина -2С.
Медуллобластома - мяРНК U1 мутирует в подмножестве этих опухолей головного мозга и приводит к измененному сплайсингу РНК . [20] Мутации преимущественно встречаются в опухолях взрослых и связаны с плохим прогнозом.
Посттранскрипционная модификация
У эукариот мяРНК содержат значительное количество модификаций 2'-O-метилирования и псевдоуридилирования . [21] Эти модификации связаны с активностью мяРНК, которая канонически модифицирует преждевременные рРНК, но наблюдалась при модификации других клеточных РНК-мишеней, таких как мяРНК. Наконец, олигоаденилирование (короткий поли (А) хвосты) может определять судьбу мяРНК (которые обычно не имеют поли (А) хвостов) и тем самым индуцировать распад их РНК . [22] Этот механизм, регулирующий количество мяРНК, в свою очередь связан с широко распространенным изменением альтернативного сплайсинга РНК.
Смотрите также
- МикроРНК
Рекомендации
- ^ Генри RW, Mittal V, Ma B, Kobayashi R, Hernandez N (1998). «SNAP19 опосредует сборку функционального кор-промоторного комплекса (SNAPc), разделяемого РНК-полимеразами II и III» . Гены и развитие . 12 (17): 2664–2672. DOI : 10.1101 / gad.12.17.2664 . PMC 317148 . PMID 9732265 .
- ^ Хаджиолов А.А., Венков П.В., Цанев Р.Г. (ноябрь 1966 г.). «Фракционирование рибонуклеиновых кислот центрифугированием в градиенте плотности и электрофорезом в агаровом геле: сравнение». Аналитическая биохимия . 17 (2): 263–267. DOI : 10.1016 / 0003-2697 (66) 90204-1 . PMID 5339429 .
- ^ 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. DOI : 10.1038 / nrm2124 . PMID 17318225 . S2CID 30268055 .
- ^ Хамм Дж., Дарзинкевич Э., Тахара С.М., Маттай И.В. (август 1990 г.). «Триметилгуанозиновая кэп-структура U1 мяРНК является компонентом двустороннего ядерного сигнала нацеливания». Cell . 62 (3): 569–577. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (90) 90021-6 . PMID 2143105 . S2CID 41380601 .
- ^ Селенко П., Спранджерс Р., Стир Г., Бюлер Д., Фишер Ю., Саттлер М. (январь 2001 г.). «Структура tudor домена SMN и ее взаимодействие с белками Sm». Структурная биология природы . 8 (1): 27–31. DOI : 10.1038 / 83014 . PMID 11135666 . S2CID 27071310 .
- ^ Сингх Р., Редди Р. (ноябрь 1989 г.). «Гамма-монометилфосфат: структура кэпа в сплайсосомной малой ядерной РНК U6» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 86 (21): 8280–8283. Bibcode : 1989PNAS ... 86.8280S . DOI : 10.1073 / pnas.86.21.8280 . PMC 298264 . PMID 2813391 .
- ^ Поцелуй Т (декабрь 2004 г.). «Биогенез малых ядерных РНП» . Журнал клеточной науки . 117 (Pt 25): 5949–5951. DOI : 10,1242 / jcs.01487 . PMID 15564372 .
- ^ Will CL, Lührmann R (июль 2011 г.). «Структура и функция сплайсосом» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (7): а003707. DOI : 10.1101 / cshperspect.a003707 . PMC 3119917 . PMID 21441581 .
- ^ Легрен П., Серафин Б., Росбаш М. (сентябрь 1988 г.). «Ранняя приверженность дрожжевой пре-мРНК к пути сплайсосомы» . Молекулярная и клеточная биология . 8 (9): 3755–3760. DOI : 10,1128 / MCB.8.9.3755 . PMC 365433 . PMID 3065622 .
- ^ Burge CB, Tuschl T, Sharp PA (1999). «Сплайсинг предшественников мРНК сплайсосомами» . Мир РНК . Монографии CSH. 37 (2-е изд.). С. 525–560. doi : 10.1101 / 0.525-560 (неактивен 14 января 2021 г.) . Проверено 13 апреля 2017 года .CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )
- ^ Fica SM, Mefford MA, Piccirilli JA, Staley JP (май 2014 г.). «Доказательства наличия интроноподобного каталитического триплекса группы II в сплайсосоме» . Структурная и молекулярная биология природы . 21 (5): 464–471. DOI : 10.1038 / nsmb.2815 . PMC 4257784 . PMID 24747940 .
- ^ Fica SM, Tuttle N, Novak T., Li NS, Lu J, Koodathingal P, Dai Q, Staley JP, Piccirilli JA (ноябрь 2013 г.). «РНК катализирует сплайсинг ядерной пре-мРНК» . Природа . 503 (7475): 229–234. Bibcode : 2013Natur.503..229F . DOI : 10,1038 / природа12734 . PMC 4666680 . PMID 24196718 .
- ^ Steitz TA, Steitz JA (июль 1993 г.). «Общий двухметаллический ионный механизм для каталитической РНК» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (14): 6498–6502. Bibcode : 1993PNAS ... 90.6498S . DOI : 10.1073 / pnas.90.14.6498 . PMC 46959 . PMID 8341661 .
- ^ Baserga SJ, Steitz JA (1993). «Разнообразный мир малых рибонуклеопротеидов» . Мир РНК . Монографии CSH. 24 . С. 359–381. doi : 10.1101 / 0.359-381 (неактивен 14 января 2021 г.) . Проверено 13 апреля 2017 года .CS1 maint: DOI неактивен с января 2021 г. ( ссылка )
- ^ Кайда Д., Берг М.Г., Юнис И., Касим М., Сингх Л.Н., Ван Л., Дрейфус Г. (декабрь 2010 г.). «U1 snRNP защищает пре-мРНК от преждевременного расщепления и полиаденилирования» . Природа . 468 (7324): 664–668. Bibcode : 2010Natur.468..664K . DOI : 10,1038 / природа09479 . PMC 2996489 . PMID 20881964 .
- ^ Матера А.Г., Шпаргель КБ (июнь 2006 г.). «Прокачка РНК: ядерный бодибилдинг вдоль трубопровода RNP». Текущее мнение в клеточной биологии . 18 (3): 317–324. DOI : 10.1016 / j.ceb.2006.03.005 . PMID 16632338 .
- ^ (Sarnat HB. Спинальные мышечные атрофии. In: Kliegman RM, Behrman RE, Jenson HB, Stanton BF. Учебник по педиатрии Нельсона. 19-е изд. Филадельфия, Пенсильвания: Elsevier; 2011: глава 604.2.)
- ^ Wattendorf DJ, Muenke M (сентябрь 2005 г.). «Синдром Прадера-Вилли». Американский семейный врач . 72 (5): 827–830. PMID 16156341 .
- ^ (Cooke DW, Divall SA, Radovick S. Нормальный и аномальный рост. В: Melmed S, ed. Williams Учебник эндокринологии. 12-е изд. Филадельфия: Saunders Elsevier; 2011: глава 24.)
- ^ Suzuki H, Kumar SA, Shuai S, Diaz-Navarro A, Gutierrez-Fernandez A, De Antonellis P, Cavalli FM, Juraschka K, Farooq H, Shibahara I, Vladoiu MC (ноябрь 2019 г.). «Рецидивирующие некодирующие мутации мяРНК U1 приводят к криптическому сплайсингу в медуллобластоме SHH» . Природа . 574 (7780): 707–711. Bibcode : 2019Natur.574..707S . DOI : 10.1038 / s41586-019-1650-0 . ISSN 1476-4687 . PMC 7141958 . PMID 31664194 .
- ^ Адачи Х., Ю. Ю. Т. (ноябрь 2014 г.). «Понимание механизмов и функций псевдоуридилирования сплайсосомной мяРНК» . Всемирный журнал биологической химии . 5 (4): 398–408. DOI : 10,4331 / wjbc.v5.i4.398 . PMC 4243145 . PMID 25426264 .
- ^ Каргаполова Ю., Левин М., Лакнер К., Данквардт С. (июнь 2017 г.). «sCLIP - интегрированная платформа для изучения РНК-белковых взаимодействий в биомедицинских исследованиях: идентификация CSTF2tau в альтернативном процессинге малых ядерных РНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (10): 6074–6086. DOI : 10.1093 / NAR / gkx152 . PMC 5449641 . PMID 28334977 .
Внешние ссылки
- Малая + ядерная + РНК в предметных рубриках медицинской тематики Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
- Small + Nucleolar + RNA в Национальных медицинских предметных рубриках США (MeSH)