Posttranskripcijska modifikacija

Posttranskripcijske modifikacije ili kotranskripcijske modifikacije su skupovi bioloških procesa zajedničkih većini eukariotskih ćelija pomoću kojih se primarni transkript RNK hemijski mijenja nakon transkripcije iz gena kako bi se proizveo zrela, funkcionalna molekula RNK, koja tada može napustiti jedro i izvesti bilo koju od različitih tipova raznih funkcija u ćeliji.^[1] Postoje mnogi tipovi posttranskripcijskih modifikacija postignutih raznovrsnom klasom molekulskih mehanizama.

Jedan primjer je pretvaranje prekursornog transkripta informacijske RNK u zrelu iRNK koja se kasnije može prevesti) u protein. Ovaj proces uključuje tri glavna koraka koji značajno mijenjaju hemijsku strukturu molekula RNK: dodavanje 5' kapica, dodavanje 3' poliadeniliranog repa i prerada RNK. Takva obrada je od vitalnog značaja za ispravno prevođenje eukariotskih genoma jer početna prekursorska iRNK proizvedena transkripcijom često sadrži i egzone (kodirajuće sekvence) i introne (nekodirajuće sekvence); preradom se uklanjaju introni i izravno povezuju egzoni, dok kapa i rep olakšavaju transport iRNK do ribosoma i štite ga od molekulske degradacije.^[2]

Post-transkripcijske modifikacije mogu se pojaviti i tokom obrade drugih transkripata koji na kraju postaju transferna, ribosomska RNK ili bilo koja od drugih tipova RNK u ćeliji.

Prerada RNK

Prerada RNK kod eukariota

Prerada RNK kod proariota

Molekula pre-iRNK prolazi kroz tri glavne modifikacije. Ove modifikacije su 5' kapiranje, 3' poliadenilacija i prerada RNK, koje se dešavaju u ćelijskom jedru, prije nego što je iRNK prevedena.^[3]

5' prerada

Kapiranje

Kapiranje pre-iRNK uključuje dodavanje 7-metilguanozina (m⁷G) na 5 'kraj. Da bi se to postiglo, terminalni 5' fosfat se uklanja, što se vrši uz pomoć enzima fosfataza. Enzim gvanozil-transferaza zatim katalizira reakciju koja proizvodi difosfatni 5' kraj. Ovaj kraj difosfata zatim napada atom alfa fosfora molekule GTP, kako bi dodao gvaninski ostatak u 5'5' trifosfatnu vezu. Enzim (guanin-N⁷-)-metiltransferaza ("kapa MTaza") prenosi metilnu grupu iz S-adenozil metionina do guaninskog prstena.^[4] Ovaj tip poklopca, sa jedinom pozicijom (m⁷G) , naziva se struktura kape 0. Riboza susjednog nukleotida također se može metilirati kako bi se dobila kapa 1. Metilacija nukleotida nizvodno od molekula RNA proizvodi kape 2, strukture 3 i tako dalje. U tim slučajevima metilne grupe se dodaju grupama 2'OH šećera riboze. Poklopac/kapa štiti 5' kraj primarnog transkripta RNK od napada ribonukleaza koje imaju specifičnost za 3'5' fosfodiesterske veze.^[5]

Prerada 3'

Razgradnja i poliadenilacija

Obrada pre-iRNA na 3' kraju molekule RNK uključuje cijepanje njenog 3' kraja, a zatim dodavanje oko 250 adeninskih ostataka, kako bi se formirao poli (A) rep. Reakcije cijepanja i adenilacije događaju se prvenstveno ako se signalne poliadenilacijske sekvence (5'-AAUAAA-3 ') nalaze blizu 3' kraja molekule pre-iRNK, nakon čega slijedi druga sekvenca, koja je obično (5'-CA-3') i mjesto je cijepanja. GU-bogata sekvenca je takođe obično prisutna nizvodno na molekuli pre-iRNK. U novije vrijeme pokazalo se da alternativne signalne sekvence, poput UGUA uzvodno od mjesta cijepanja, također mogu usmjeriti cijepanje i poliadenilaciju u odsustvu signala AAUAAA. Važno je shvatiti da ova dva signala nisu međusobno nezavisna i često koegzistiraju. Nakon sinteze elemenata sekvence, nekoliko više podjedinica proteina se prenosi u molekulu RNK. Prijenos ovih vezujućih proteina vezanih za sekvencu zvanu faktor specifičnosti cijepanja i poliadenilacije (CPSF), Faktor cijepanja I (CF I) i faktor stimulacije cijepanja (CStF) događa se putem RNK-polimeraze II. Tri faktora vezuju se za elemente niza. AAUAAA signal je direktno vezan CPSF -om. Za mjesta obrade ovisna o UGUA, vezanje multi proteinskog kompleksa vrši se pomoću faktora cijepanja I (CF I). Rezultirajući proteinski kompleks, koji sadrži dodatne faktore cijepanja i enzim poliadenilat-polimeraza (PAP). Ovaj kompleks cijepa RNK između sekvence poliadenilacije i sekvence bogate GU, na mjestu cijepanja označenom (5'-CA-3 ') sekvencama. Poli (A) polimeraza zatim dodaje oko 200 jedinica adenina na novi 3' kraj molekule RNK, koristeći ATP kao prekursor. Kako se rep poli (A) sintetizira, veže više kopija poli (A)-vezujućeg proteina, koji štiti 3'-kraj od probave ribonukleaznim enzimima, uključujući kompleks CCR4-Ne.^[5]

Prerada introna

Prerada RNK je proces kojim se intronska područja RNK koja ne kodiraju proteine, uklanjaju iz pre-iRNK, a preostali egzoni povezuju, kako bi ponovno formirali jednu kontinuiranu molekulu. Egzoni su dijelovi iRNK koji postaju "eksprimirani" ili prevedeni u protein. Oni su kodirajući dijelovi molekula iRNK.^[6] Although most RNA splicing occurs after the complete synthesis and end-capping of the pre-mRNA, transcripts with many exons can be spliced co-transcriptionally.^[7] Reakciju prerade katalizira veliki proteinski kompleks zvani splajsosom, sastavljen od proteina i molekula male jedarne RNK, koje prepoznaju mjesto prerade u sekvenci pre-iRNK. Mnoge pre-iRNK, uključujući one koje kodiraju antitijela, mogu se preraditi na više načina za proizvodnju različitih zrelih iRNK koje kodiraju različite proteinske sekvence. Ovaj proces je poznat kao alternativna prerada i omogućava proizvodnju velikog broja proteina iz ograničene količine DNK.

Prerada histonske iRNK

Histoni H2A, H2B, H3 i H4 tvore jezgru nukleosoma i zato se nazivaju jezgarni histoni. Prerada jezgarnih histona odvija se drugačije jer tipskoj histonskoj iRNK nedostaje nekoliko karakteristika drugih eukariotskih iRNK, poput poli (A) repa i introna. Stoga se takve iRNK ne podvrgavaju preradi i njihova 3' prerada vrši se neovisno o većini faktora cijepanja i poliadenilacije. Srčane histonske iRNK imaju posebnu strukturu matične petlje na 3-prim kraju, koju prepoznaje protein koji vezuje matičnu petlju i nizvodnu sekvencu, zvanu histonski nizvodni element (HDE), koji regrutuje U7 snRNK. Faktor specifičnosti cijepanja i poliadenilacije 73 reže iRNK između matične petlje i HDE.^[8]

Varijante histona, poput H2A.Z ili H3.3, međutim, imaju introne i obrađuju se kao normalne iRNK, uključujući preradu i poliadenilaciju.^[8]

Također pogledajte

Reference

^ Kiss T (juli 2001). "Small nucleolar RNA-guided post-transcriptional modification of cellular RNAs". The EMBO Journal. 20 (14): 3617–22. doi:10.1093/emboj/20.14.3617. PMC 125535. PMID 11447102.
^ Berg, Tymoczko i Stryer 2007, str. 836
^ Berg, Tymoczko i Stryer 2007, str. 841
^ Yamada-Okabe T, Mio T, Kashima Y, Matsui M, Arisawa M, Yamada-Okabe H (novembar 1999). "The Candida albicans gene for mRNA 5-cap methyltransferase: identification of additional residues essential for catalysis". Microbiology. 145 ( Pt 11) (11): 3023–33. doi:10.1099/00221287-145-11-3023. PMID 10589710. Arhivirano s originala, 12. 7. 2012.
^ ^a ^b Hames i Hooper 2006, str. 221
^ Biology. Mgraw hill education. 2014. str. 241–242. ISBN 978-981-4581-85-1.
^ Lodish HF, Berk A, Kaiser C, Krieger M, Scott MP, Bretscher A, Ploegh H, Matsudaira PT (2007). "Chapter 8: Post-transcriptional Gene Control". Molecular Cell .Biology. San Francisco: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-7601-7.
^ ^a ^b Marzluff WF, Wagner EJ, Duronio RJ (novembar 2008). "Metabolism and regulation of canonical histone mRNAs: life without a poly(A) tail". Nature Reviews. Genetics. 9 (11): 843–54. doi:10.1038/nrg2438. PMC 2715827. PMID 18927579.

Dopunska literatura

Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2007). Biochemistry (6 izd.). New York: WH Freeman & Co. ISBN 978-0-7167-6766-4.
Hames D, Hooper N (2006). Instant Notes Biochemistry. Annales de Biologie Clinique. 58 (3 izd.). Leeds: Taylor and Francis. str. 767. ISBN 978-0-415-36778-3. PMID 11098183.
Sun WJ, Li JH, Liu S, Wu J, Zhou H, Qu LH, Yang JH (januar 2016). "RMBase: a resource for decoding the landscape of RNA modifications from high-throughput sequencing data". Nucleic Acids Research. 44 (D1): D259-65. doi:10.1093/nar/gkv1036. PMC 4702777. PMID 26464443.
Machnicka MA, Milanowska K, Osman Oglou O, Purta E, Kurkowska M, Olchowik A, Januszewski W, Kalinowski S, Dunin-Horkawicz S, Rother KM, Helm M, Bujnicki JM, Grosjean H (januar 2013). "MODOMICS: a database of RNA modification pathways--2013 update". Nucleic Acids Research. 41 (Database issue): D262-7. doi:10.1093/nar/gks1007. PMC 3531130. PMID 23118484.
Cantara WA, Crain PF, Rozenski J, McCloskey JA, Harris KA, Zhang X, Vendeix FA, Fabris D, Agris PF (januar 2011). "The RNA Modification Database, RNAMDB: 2011 update". Nucleic Acids Research. 39 (Database issue): D195-201. doi:10.1093/nar/gkq1028. PMC 3013656. PMID 21071406.

Vanjski linkovi

Post-Transcriptional RNA Modification na US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)

[1] Kiss T (juli 2001). "Small nucleolar RNA-guided post-transcriptional modification of cellular RNAs". The EMBO Journal. 20 (14): 3617–22. doi:10.1093/emboj/20.14.3617. PMC 125535. PMID 11447102.

[Stryer836-2] Berg, Tymoczko i Stryer 2007, str. 836

[Stryer841-3] Berg, Tymoczko i Stryer 2007, str. 841

[4] Yamada-Okabe T, Mio T, Kashima Y, Matsui M, Arisawa M, Yamada-Okabe H (novembar 1999). "The Candida albicans gene for mRNA 5-cap methyltransferase: identification of additional residues essential for catalysis". Microbiology. 145 ( Pt 11) (11): 3023–33. doi:10.1099/00221287-145-11-3023. PMID 10589710. Arhivirano s originala, 12. 7. 2012.

[CITEREFBiochemistry1-5] Hames i Hooper 2006, str. 221

[6] Biology. Mgraw hill education. 2014. str. 241–242. ISBN 978-981-4581-85-1.

[Lodish_2007-7] Lodish HF, Berk A, Kaiser C, Krieger M, Scott MP, Bretscher A, Ploegh H, Matsudaira PT (2007). "Chapter 8: Post-transcriptional Gene Control". Molecular Cell .Biology. San Francisco: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-7601-7.

[His_mRNA-8] Marzluff WF, Wagner EJ, Duronio RJ (novembar 2008). "Metabolism and regulation of canonical histone mRNAs: life without a poly(A) tail". Nature Reviews. Genetics. 9 (11): 843–54. doi:10.1038/nrg2438. PMC 2715827. PMID 18927579.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]