Wikipedia

Pet-prim kapa

U molekulskoj biologiji, pet-prim kapiranje (5′ kap) je posebno izmijenjeni nukleotid na 5′ kraju nekih primarnih transkripata kao što je prekursorska informacijska RNK. Ovaj proces, poznat kao iRNK zatvaranje, je visoko reguliran i vitalan u stvaranju stabilne i zrele informacijske RNK sposobne da se podvrgne translaciji tokom sinteza proteina. Mitohondrijska iRNK[1] i hloroplastne iRNK[2] nije kapirana.

Struktura

uredi
 
Struktura 5′ kapiranja (cap-2).
 
Struktura riboze koja pokazuje položaj 2′, 3′ i 5′ ugljika.

Kod eukariota, 5′ kapa (cap-0), koja se nalazi na 5′ kraju molekule iRNK, sastoji se od guaninskih nukleotida povezanih sa iRNK preko neobičnih 5′ do 5′ trifosfatnih veza. Ovaj guanin je metiliran na poziciji 7  neposredno nakon zatvaranja in vivo pomoću metiltransferaze.[3][4][5][6] Pominje se kao 7-metilgvanilatna kapa, skraćeno m7G.

Kod višećelijskih eukariota i nekih virusa,[7] a postoje dalje modifikacije, uključujući metilaciju 2′ hidroksi-grupa prva 2 riboza šećera na 5′ kraju iRNK. cap-1 ima metiliranu 2′-hidroksi grupu na prvom riboznom šećeru, dok cap-2 ima metilirane 2′-hidroksi grupe na prva dva šećera riboze, prikazana na desnoj strani. 5′ kapa je hemijski slična 3′ kraju molekule RNK (5′ ugljik ribozne kae je vezan, a 3′ nevezan). Ovo pruža značajnu otpornost na 5′ egzonukleaze.

Male jedarne RNK sadrže jedinstvene 5′-kape. Sm-klase snRNK nalaze se sa 5'-trimetilgvanozinskim kapama, dok su snRNK klase Lsm sa 5'-monometilfosfatnim kapama.[8]

U Bacteria, a potencijalno i u višim organizmima, neke RNK su zatvorene sa NAD+, NADH, ili 3′-defosfo-koenzimom A.[9][10]

U svim organizmima, molekule mRNA mogu biti dekapirane u procesu poznatom kao dekapiranje informacijske RNK.

Proces kapiranja

uredi

Polazna tačka za zatvaranje 7-metilgvanilatom je nepromijenjeni 5′ kraj molekule RNK, koji završava na trifosfatnoj grupi. Ona sadrži završni nukleotid praćen sa tri fosfatne grupe vezane za 5′ ugljik.[3] Proces zatvaranja započinje prije završetka transkripcije, dok se sintetizira nova pre-iRNK.

  1. Jednu od terminalnih fosfatnih grupa uklanja RNK-trifosfatazu, ostavljajući bisfosfatnu grupu (tj. 5′(ppN)[pN]n);
  2. GTP se dodaje terminalnom bisfosfatu pomoću iRNK-gvanililtransferaza, gubeći pirofosfat iz GTP supstrata u procesu. Ovo rezultira trifosfatnom vezom 5′–5′, proizvodeći 5′(Gp)(ppN)[pN]n;
  3. 7-dušik guanina je metiliran iRNK (guanin-N7-)-metiltransferaza, sa S-adenozil-L-metioninom se demetilira da bi se proizveo S-adenozil-L-homocistein, što rezultira 5′(m7Gp)(ppN)[pN]n (cap-0);
  4. Kapa-susjedne modifikacije se mogu pojaviti, normalno na prvom i drugom nukleotidu, proizvodeći do 5′(m7Gp)(ppN*)(pN*)[pN]n (cap-1 i cap- 2);[7]
  5. Ako je najbliži nukleotid susjedni kapiranju 2′-O-riboza metil-adenozin (tj. 5′(m7Gp)(ppAm)[pN]n), može se dalje metilirati na N6 metilnoj poziciji da formira N6-metiladenozin, što rezultira 5′(m7Gp)(ppm6Am)[pN]n.[3]

Mehanizam zatvaranja sa NAD+, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A je drugačiji. Zatvaranje sa NAD+, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A postiže se kroz ab initio mehanizam za zatvaranje, u kojem NAD+, NADH ili 3′-desfosfo-koenzim A služi kao "nekanonski inicijacijski nukleotid" (NCIN) za inicijaciju transkripcije pomoću RNK-polimeraza i na taj način se direktno ugrađuje u RNA proizvod.[9] I bakterijska RNK-polimeraza i eukariotska RNK-polimeraza II su u stanju da izvedu ovaj ab initio mehanizam zatvaranja.[9]

Ciljanje

uredi

Za zatvaranje sa 7-metilgvanilatom, kapirajući enzimski kompleks (CEC) se vezuje za RNK-polimerazu II prije početka transkripcije. Čim 5′ kraj novog transkripta izađe iz RNK-polimeraze II, CEC provodi proces zatvaranja (ovakav mehanizam osigurava zatvaranje, kao kod poliadenilacija).[11][12][13][14] The enzymes for capping can only bind to RNA polymerase II, ensuring specificity to only these transcripts, which are almost entirely mRNA.[12][14]

Kapiranje sa NAD+, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A cilja promotorsku sekvencu.[9] Kapiraranje sa NAD+, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A javlja se samo na promotorima koji imaju određene sekvence na i neposredno uzvodno od mjesta početka transkripcije i stoga se javlja samo za RNK sintetizirane iz određenih promotora.[9]

Funkcija

uredi

Kapa 5′ kraja ima četiri glavne funkcije:

  1. Regulacija jedarnog eksporta;[15][16]
  2. Prevencija razgradnje egzonukleazama;[9][17][18][19]
  3. Promocija translacije (vidi ribosom i translacija);[3][4][5]
  4. Promocija ekscizije 5′ proksimalnog introna.[20]

Jedarni eksport RNK je reguliran kompleksom kapnog vezivanja (CBC), koji se vezuje isključivo za 7-metilgvanilatom kapiranu RNK. CBC tada prepoznaje i eksportuje kompleks jedarnih pora. Jednom u citoplazmi nakon pionirske runde translacije, CBC je zamijenjen translacijskim faktorima eIF4E i eIF4G kompleksa eIF4F.[6] Ovaj kompleks zatim prepoznaju drugi mehanizmi za iniciranje translacije uključujući ribosom.[21]

Kapiranje sa 7-metilgvanilatom sprečava razgradnju 5′ na dva načina. Prvo, degradacija iRNK putem 5′ egzonukleaza je spriječena (kao što je gore spomenuto) funkcionalnim izgledom 3′ kraja. Drugo, CBC i eIF4E/eIF4G blokiraju pristup dekapirajućim enzima u kapici. Ovo povećava poluživot iRNK, što je bitno kod eukariota, jer procesi eksporta i translacije traju značajno vrijeme.

Dekapiranje iRNK kapirane 7-metilgvanilatom katalizira kompleks dekapiranja koji se sastoji od najmanje Dcp1 i Dcp2, koji se moraju nadmetati sa eIF4E, da bi vezali kapu. Stoga je kapa od 7-metilgvanilata marker iRNK koja aktivno translatira i ćelije ga koriste za regulaciju poluživota iRNK kao odgovor na nove podražaje. Nepoželjne iRNK se šalju P-tijelo na privremeno skladištenje ili dekapiranje, čiji se detalji još uvijek rješavaju.[22]

Mehanizam promocije ekscizije 5′ proksimalnog introna nije dobro shvaćen, ali čini se da se kapica 7-metilgvanilata vrti okolo i stupa u interakciju sa splajsosomom u procesu spajanja, promovišući eksciziju introna.

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ Temperley RJ, Wydro M, Lightowlers RN, Chrzanowska-Lightowlers ZM (juni 2010). "Human mitochondrial mRNAs—like members of all families, similar but different". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 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. 6. 2000). "Processing and degradation of chloroplast mRNA". Biochimie. 82 (6–7): 573–582. doi:10.1016/S0300-9084(00)00606-4. PMID 10946108.
  3. ^ a b c d Shatkin, A (decembar 1976). "Capping of eucaryotic mRNAs". Cell. 9 (4): 645–653. doi:10.1016/0092-8674(76)90128-8. PMID 1017010. S2CID 26743858.
  4. ^ a b Banerjee AK (juni 1980). "5′-terminal cap structure in eucaryotic messenger ribonucleic acids". Microbiological Reviews. 44 (2): 175–205. doi:10.1128/mmbr.44.2.175-205.1980. PMC 373176. PMID 6247631.
  5. ^ a b Sonenberg N, Gingras AC (april 1998). "The mRNA 5′ cap-binding protein eIF4E and control of cell growth". Current Opinion in Cell Biology. 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 (juni 1997). "Cocrystal structure of the messenger RNA 5′ cap-binding protein (eIF4E) bound to 7-methyl-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 (maj 2005). "Recognition of mRNA cap structures by viral and cellular proteins". The Journal of General Virology. 86 (Pt 5): 1239–1249. doi:10.1099/vir.0.80755-0. PMID 15831934.
  8. ^ Matera AG, Terns RM, Terns MP (mart 2007). "Non-coding RNAs: lessons from the small nuclear and small nucleolar RNAs". Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 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 (juli 2016). "The mechanism of RNA 5′ capping with NAD+, NADH and desphospho-CoA". Nature. 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 (mart 2015). "NAD captureSeq indicates NAD as a bacterial cap for a subset of regulatory RNAs". Nature. 519 (7543): 374–377. Bibcode:2015Natur.519..374C. doi:10.1038/nature14020. PMID 25533955. S2CID 4446837.
  11. ^ Cho EJ, Takagi T, Moore CR, Buratowski S (decembar 1997). "mRNA capping enzyme is recruited to the transcription complex by phosphorylation of the RNA polymerase II carboxy-terminal domain". Genes & Development. 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 (juni 2003). "Structure of an mRNA capping enzyme bound to the phosphorylated carboxy-terminal domain of RNA polymerase II". Molecular Cell. 11 (6): 1549–1561. doi:10.1016/S1097-2765(03)00187-4. PMID 12820968.
  13. ^ Ho CK, Lehman K, Shuman S (decembar 1999). "An essential surface motif (WAQKW) of yeast RNA triphosphatase mediates formation of the mRNA capping enzyme complex with RNA guanylyltransferase". Nucleic Acids Research. 27 (24): 4671–4678. doi:10.1093/nar/27.24.4671. PMC 148765. PMID 10572165.
  14. ^ a b Hirose Y, Manley JL (juni 2000). "RNA polymerase II and the integration of nuclear events". Genes & Development. 14 (12): 1415–1429. doi:10.1101/gad.14.12.1415. PMID 10859161. S2CID 43589702. Pristupljeno 23. 11. 2014.
  15. ^ Visa N, Izaurralde E, Ferreira J, Daneholt B, Mattaj IW (april 1996). "A nuclear cap-binding complex binds Balbiani ring pre-mRNA cotranscriptionally and accompanies the ribonucleoprotein particle during nuclear export". The Journal of Cell Biology. 133 (1): 5–14. doi:10.1083/jcb.133.1.5. PMC 2120770. PMID 8601613.
  16. ^ Lewis JD, Izaurralde E (juli 1997). "The role of the cap structure in RNA processing and nuclear export". European Journal of Biochemistry. 247 (2): 461–469. doi:10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x. PMID 9266685.
  17. ^ Evdokimova V, Ruzanov P, Imataka H, Raught B, Svitkin Y, Ovchinnikov LP, Sonenberg N (oktobar 2001). "The major mRNA-associated protein YB-1 is a potent 5′ cap-dependent mRNA stabilizer". The EMBO Journal. 20 (19): 5491–5502. doi:10.1093/emboj/20.19.5491. PMC 125650. PMID 11574481.
  18. ^ Gao M, Fritz DT, Ford LP, Wilusz J (mart 2000). "Interaction between a poly(A)-specific ribonuclease and the 5′ cap influences mRNA deadenylation rates in vitro". Molecular Cell. 5 (3): 479–488. doi:10.1016/S1097-2765(00)80442-6. PMC 2811581. PMID 10882133.
  19. ^ Burkard KT, Butler JS (januar 2000). "A nuclear 3′–5′ exonuclease involved in mRNA degradation interacts with Poly(A) polymerase and the hnRNA protein Npl3p". Molecular and Cellular Biology. 20 (2): 604–616. doi:10.1128/MCB.20.2.604-616.2000. PMC 85144. PMID 10611239.
  20. ^ Konarska MM, Padgett RA, Sharp PA (oktobar 1984). "Recognition of cap structure in splicing in vitro of mRNA precursors". Cell. 38 (3): 731–736. doi:10.1016/0092-8674(84)90268-X. PMID 6567484. S2CID 10721149.
  21. ^ Kapp LD, Lorsch JR (2004). "The molecular mechanics of eukaryotic translation". Annual Review of Biochemistry. 73 (1): 657–704. doi:10.1146/annurev.biochem.73.030403.080419. PMID 15189156.
  22. ^ Parker R, Sheth U (mart 2007). "P bodies and the control of mRNA translation and degradation". Molecular Cell. 25 (5): 635–646. doi:10.1016/j.molcel.2007.02.011. PMID 17349952.

Vanjski linkovi

uredi
  • "RNA Caps". PubMed Medical Subject Heading (MeSH). National Institutes of Health.
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Pet-prim_kapa&oldid=3483860"