Wikipedia

R-petlja

R-petlja je trolančana struktura nukleinske kiseline, sastavljena od DNK:RNK hibrida i pridružene jednolančane DNK bez šablona. R-petlje se mogu formirati u različitim okolnostima i mogu ih tolerisati ili očistiti ćelijske komponente. Termin "R-petlja" je dat da odražava sličnost ovih struktura sa D-petljama; "R" u ovom slučaju predstavlja učešće RNK ostatka.

Shema faktora koji podstiču formiranje i stabilizaciju R-petlje

U laboratoriji, R-petlje se također mogu stvoriti hibridizacijama zrele iRNK sa dvolančanom DNK pod uslovima koji pogoduju formiranju hibrida DNK-RNK; u ovom slučaju, intronski regioni (koji su prerađeni iz iRNK) formiraju jednolančane DNK petlje, jer se ne mogu hibridizirati sa komplementarnom sekvencom u iRNK.

Historija

uredi
 
Ilustracija koja pokazuje kako hibrid DNK-iRNK formira R-petlje u regijama gdje su introni uklonjeni spajanjem egzona.

R-petlja je prvi put opisana 1976.[1] U nezavisnim laboratorijskim studijama R-petlje, Richard J. Roberts i Phillip A. Sharp pokazali su da protein koji kodira adenovirusni gen sadrži sekvence DNK koje su bile nije prisutan u zreloj iRNK.[2][3] Roberts i Sharp su 1993. dobili Nobelovu nagradu za samostalno otkrivanje introna. Nakon njihovog otkrića u adenovirusu, introni su pronađeni u brojnim eukariotskim genima, kao što je eukariotski ovalbuminski gen (prvo u laboratoriji O'Malley, a zatim potvrđeno kod drugih grupa),[4][5] heksonskom DNK,[2] i vanhromosomskim rRNK genima Tetrahymena thermophila.[6]

Sredinom 1980-ih, razvoj antitijela koje se specifično vezuje za strukturu R-petlje otvorio je vrata za imunofluorescencijske studije, kao i karakterizaciju formiranja R-petlje u cijelom genomu pomoću DRIP-seq.[7]

Mapiranje R-petlje

uredi

Mapiranje R-petlje je laboratorijska tehnika koja se koristi za razlikovanje introna od egzona u dvolančanoj DNK.[8] Ove R-petlje se vizualiziraju pomoću elektronske mikroskopije i otkrivaju intronske regije DNK, stvaranjem nevezanih petlji u tim regijama.[9]

R-petlje in vivo

uredi

Potencijal da R-petlje služe kao prajmeri za replikaciju je demonstriran u 1980.[10] U 1994. pokazano je da su R-petlje prisutne in vivo, analizom plazmida izolovanih iz E. coli mutanata koji nose mutacije u topoizomersazi.[11] Ovo otkriće endogene R-petlje, u sprezi sa brzim napretkom u tehnologijama genetičkog sekvenciranja, inspirisalo je procvat istraživanja R-petlje početkom 2000-ih koje se nastavlja do danas.

Regulacija formiranja R-petlje i rezolucije

uredi

RNaseH enzimi su primarni proteini odgovorni za otapanje R-petlji, djelujući tako da razgrađuju dio RNK. kako bi omogućili dva komplementarna lanca DNK da se udvostruče.[12] Istraživanja u protekloj deceniji identifikovala su više od 50 proteina za koje se čini da utiču na akumulaciju R-petlje, i dok se vjeruje da mnogi od njih doprinose sekvestriranju ili obrađivanju novotranskribovane RNK kako bi se spriječilo ponovno spajanje na šablonu, a ostaja da se utvrde mehanizmi R-petlje interakcija za mnoge od ovih proteina.[13]

Uloga R-petlji u genetičkoj regulaciji

uredi

Formiranje R-petlje je ključni korak u promjeni klase imunoglobulina, procesu koji omogućava aktiviranim B-ćelija mada moduliraju proizvodnju antitijela.[14] Čini se da također imaju ulogu u zaštiti nekih aktivnih promotora od metilacija.[15] Prisustvo R-petlji također može inhibirati transkripciju.[16] Osim toga, čini se da je formiranje R-petlje povezano s "otvorenim" hromatinom, karakterističnim za aktivno transkribovane regije.[17][18]

R-petlje kao genetička oštećenja

uredi

Kada se formiraju neplanirane R-petlje, mogu uzrokovati štetu nizom različitih mehanizama.[19] Izložena jednolančana DNK može biti napadnuta endogenim mutagenima, uključujući enzime koji modifikuju DNK, kao što je aktivacijski izazvana citidin deaminaza, i može blokirati replikacijske viljuške da izazovu kolaps viljuške i naknadne prekide dvostrukih lanaca.[20] Također, R-petlje mogu izazvati neplaniranu replikaciju djelujući kao prajmeri.[10]

Akumulacija R-petlje je povezana sa brojnim bolestima, uključujući amiotrofnu lateralnu sklerozu tip 4 (ALS4), okulomotornu ataksiju, apraksija tip 2 (AOA2), Aicardi-Goutièresov sindrom, Angelmanov sindrom, Prader-Willijev sindrom i rak.

R-petlje, introni i oštećenje DNK

uredi

Introni su nekodirajuće regije unutar gena koje se transkribiraju zajedno sa kodirajućim regijama gena, ali su naknadno uklonjene iz primarnog transkripta RNK preradom RNK. Aktivno transkribovani regioni DNK često formiraju R-petlje koje su podložne oštećenju DNK. Introni smanjuju formiranje R-petlje i oštećenje DNK u visoko eksprimiranim genima kvasaca.[21] Analiza širom genoma pokazala je da geni koji sadrže introne pokazuju smanjene nivoe R-petlji i smanjeno oštećenje DNK u poređenju sa genima bez introna slične ekspresije i kod kvasca i kod ljudi.[21] Umetanje introna unutar R petlje skloni gen može također potisnuti formiranje R-petlje i rekombinaciju. Bonnet et al. (2017)[21] spekulišu da funkcija introna u održavanju genetičke stabilnosti može objasniti njihovo evolucijsko održavanje na određenim lokacijama, posebno u visoko eksprimiranim genima.

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ Thomas M, White RL, Davis RW (juli 1976). "Hybridization of RNA to double-stranded DNA: formation of R-loops". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73 (7): 2294–8. Bibcode:1976PNAS...73.2294T. doi:10.1073/pnas.73.7.2294. PMC 430535. PMID 781674.
  2. ^ a b Berget SM, Moore C, Sharp PA (august 1977). "Spliced segments at the 5' terminus of adenovirus 2 late mRNA". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 74 (8): 3171–5. Bibcode:1977PNAS...74.3171B. doi:10.1073/pnas.74.8.3171. PMC 431482. PMID 269380.
  3. ^ Chow LT, Gelinas RE, Broker TR, Roberts RJ (septembar 1977). "An amazing sequence arrangement at the 5' ends of adenovirus 2 messenger RNA". Cell. 12 (1): 1–8. doi:10.1016/0092-8674(77)90180-5. PMID 902310. S2CID 2099968.
  4. ^ Lai EC, Woo SL, Dugaiczyk A, Catterall JF, O'Malley BW (maj 1978). "The ovalbumin gene: structural sequences in native chicken DNA are not contiguous". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 75 (5): 2205–9. Bibcode:1978PNAS...75.2205L. doi:10.1073/pnas.75.5.2205. PMC 392520. PMID 276861.
  5. ^ O'Hare K, Breathnach R, Benoist C, Chambon P (septembar 1979). "No more than seven interruptions in the ovalbumin gene: comparison of genomic and double-stranded cDNA sequences". Nucleic Acids Research. 7 (2): 321–34. doi:10.1093/nar/7.2.321. PMC 328020. PMID 493147.
  6. ^ Cech TR, Rio DC (oktobar 1979). "Localization of transcribed regions on extrachromosomal ribosomal RNA genes of Tetrahymena thermophila by R-loop mapping". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 76 (10): 5051–5. Bibcode:1979PNAS...76.5051C. doi:10.1073/pnas.76.10.5051. PMC 413077. PMID 291921.
  7. ^ Boguslawski SJ, Smith DE, Michalak MA, Mickelson KE, Yehle CO, Patterson WL, Carrico RJ (maj 1986). "Characterization of monoclonal antibody to DNA.RNA and its application to immunodetection of hybrids". Journal of Immunological Methods. 89 (1): 123–30. doi:10.1016/0022-1759(86)90040-2. PMID 2422282.
  8. ^ Woolford JL, Rosbash M (juni 1979). "The use of R-looping for structural gene identification and mRNA purification". Nucleic Acids Research. 6 (7): 2483–97. doi:10.1093/nar/6.7.2483. PMC 327867. PMID 379820.
  9. ^ King RC, Stansfield WD, Mulligan PK (2007). A Dictionary of Genetics. Oxford University Press 7.
  10. ^ a b Itoh T, Tomizawa J (maj 1980). "Formation of an RNA primer for initiation of replication of ColE1 DNA by ribonuclease H". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 77 (5): 2450–4. Bibcode:1980PNAS...77.2450I. doi:10.1073/pnas.77.5.2450. PMC 349417. PMID 6156450.
  11. ^ Drolet M, Bi X, Liu LF (januar 1994). "Hypernegative supercoiling of the DNA template during transcription elongation in vitro". The Journal of Biological Chemistry. 269 (3): 2068–74. doi:10.1016/S0021-9258(17)42136-3. PMID 8294458.
  12. ^ cerritelli sm, crouch rj (mart 2009). "ribonuclease H: the enzymes in eukaryotes". The FEBS Journal. 276 (6): 1494–505. doi:10.1111/j.1742-4658.2009.06908.x. PMC 2746905. PMID 19228196. Greška u vankuverskom stilu: name u nazivu 1 (pomoć)
  13. ^ Chan YA, Aristizabal MJ, Lu PY, Luo Z, Hamza A, Kobor MS, Stirling PC, Hieter P (april 2014). "Genome-wide profiling of yeast DNA:RNA hybrid prone sites with DRIP-chip". PLOS Genetics. 10 (4): e1004288. doi:10.1371/journal.pgen.1004288. PMC 3990523. PMID 24743342.
  14. ^ Roy D, Yu K, Lieber MR (januar 2008). "Mechanism of R-loop formation at immunoglobulin class switch sequences". Molecular and Cellular Biology. 28 (1): 50–60. doi:10.1128/mcb.01251-07. PMC 2223306. PMID 17954560.
  15. ^ Ginno PA, Lott PL, Christensen HC, Korf I, Chédin F (mart 2012). "R-loop formation is a distinctive characteristic of unmethylated human CpG island promoters". Molecular Cell. 45 (6): 814–25. doi:10.1016/j.molcel.2012.01.017. PMC 3319272. PMID 22387027.
  16. ^ D'Souza AD, Belotserkovskii BP, Hanawalt PC (februar 2018). "A novel mode for transcription inhibition mediated by PNA-induced R-loops with a model in vitro system". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Regulatory Mechanisms. 1861 (2): 158–166. doi:10.1016/j.bbagrm.2017.12.008. PMC 5820110. PMID 29357316.
  17. ^ Castellano-Pozo M, Santos-Pereira JM, Rondón AG, Barroso S, Andújar E, Pérez-Alegre M, García-Muse T, Aguilera A (novembar 2013). "R loops are linked to histone H3 S10 phosphorylation and chromatin condensation". Molecular Cell. 52 (4): 583–90. doi:10.1016/j.molcel.2013.10.006. PMID 24211264.
  18. ^ Costantino L, Koshland D (juni 2015). "The Yin and Yang of R-loop biology". Current Opinion in Cell Biology. 34: 39–45. doi:10.1016/j.ceb.2015.04.008. PMC 4522345. PMID 25938907.
  19. ^ Belotserkovskii BP, Tornaletti S, D'Souza AD, Hanawalt PC (novembar 2018). "R-loop generation during transcription: Formation, processing and cellular outcomes". DNA Repair. 71: 69–81. doi:10.1016/j.dnarep.2018.08.009. PMC 6340742. PMID 30190235.
  20. ^ Sollier J, Cimprich KA (septembar 2015). "Breaking bad: R-loops and genome integrity". Trends in Cell Biology. 25 (9): 514–22. doi:10.1016/j.tcb.2015.05.003. PMC 4554970. PMID 26045257.
  21. ^ a b c Bonnet A, Grosso AR, Elkaoutari A, Coleno E, Presle A, Sridhara SC, Janbon G, Géli V, de Almeida SF, Palancade B (august 2017). "Introns Protect Eukaryotic Genomes from Transcription-Associated Genetic Instability". Molecular Cell. 67 (4): 608–621.e6. doi:10.1016/j.molcel.2017.07.002. PMID 28757210.
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=R-petlja&oldid=3481574"