ответы био. 7. Процессинг первичных транскриптов мрнк
 Скачать 19.75 Kb.
|
|
7. Процессинг первичных транскриптов мРНК Процесс формирования зрелых молекул и(м)РНК из первичных транскриптов получил название процессинг первичных транскриптов. Процессинг пре-и(м)РНК – это совокупность биохимических реакций в результате которых происходит модификация пре-и(м)РНК с образованием зрелых молекул и(м)РНК: структурная (уменьшается молекулярная масса) и химическая. Процессинг пре-и(м)РНК можно рассматривать как компонент центральной догмы молекулярной биологии:
Процессинг матричной РНК у эукариот из пре-мРНК происходит в ядре и включает следующие этапы: - кэпирование 5`- концевой области; - процессинг 3` - концевой области; - удаление интронов и соединение экзонов (сплайсинг). А) кэпирование 5’ – конца, механизм, значение Сразу после транскрипции РНК-полимеразой II более 20 первых нуклеотидов происходит кэпирование первичного транскрипта путем присоединения к 5`-концу пре-и(м)РНК 7-метилгуанозина (метилированный остаток ГТФ). Метилгуанозин при этом связывается 5`-5`-фосфодиэфирной связью (а не 3`- 5`) с первым нуклеотидом пре-и(м)РНК (обратная ориентация). Это защищает транскрипт от разрушения его 5`-экзонуклеазой. Кэпирование имеет важное значение: - обеспечивает эффективную дальнейшую транскрипцию; - защищает транскрипт от деградации 5`-экзонуклеазами (благодаря 5`- 5` связи); - способствуют дальнейшему ходу процессинга: стимулирует 3`-полиаденилирование и сплайсинг; - требуется для экспорта и(м)РНК из ядра; - обеспечивает связывание и(м)РНК с рибосомой в цитоплазме. Б) сплайсинг – реакция, роль сплайсингосом Этот процесс сводится к удалению интронов и соединению экзонов. Сплайсинг обычно начинается после полиаденилирования транскрипта и, вероятно, достаточно строго контролируется. Размер интронов ядерной пре-и(м)РНК составляет от 100 п.н. до 10 тысяч п.н. Не имеют интронов гены мяРНК, гены белков гистонов и гены митохондрий млекопитающих. Реакции сплайсинга осуществляются в специальных структурах - сплайсосомах. Сплайсосома - это крупный мультимолекулярный комплекс, который содержит порядка 145 молекул белков и молекулы малых ядерных РНК (мяРНК). В сплайсинге принимают участие белки, обладающие ферментативной активностью, необходима АТФ. Для того, чтобы исключить ошибки при вырезании интронов, границы интронов и экзонов представлены конценсусными нуклеотидными последовательностями. На 5`-конце интрона пре-и(м)РНК всегда находится пара нуклеотидов ГУ, а на 3`-конце - пара АГ. С этими последовательностями связываются мяРНК, что обеспечивает точность вырезания интронов и соединение экзонов в ходе созревания пре-и(м)РНК. Если нарушается этот процесс, то это может вести к развитию мутаций. Число удаляемых интронов у эукариот варьирует от 1 до 50. В среднем показано, что пре-и(м)РНК длинной около 50000 п.н. превращается в результате сплайсинга в матричную РНК длиной около 1500 п.н. Таким образом, большая часть РНК, синтезированной РНК-полимеразой II, в ядре распадается. Только 5% первичных транскриптов попадает в цитоплазму в форме зрелых и(м)РНК. У прокариот молекулы мРНК процессингу не подвергаются. В) полиаденилирование 3’ – конца, значение Процессинг 3`- конца осуществляется путем расщепления и полиаденилирования (добавления полиА-«хвоста»). Полиаденилирование начинается после расщепления эндонуклеазами 3`-конца пре-и(м)РНК, где находится сигнал полиаденилирования – последовательность ААУААА. Специальная эндонуклеаза узнает эту последовательность и отрезает 10-30 нуклеотидов от пре-и(м)РНК. Затем фермент поли(А)-полимераза добавляет 100-200 адениловых нуклеотидов к 3`-концу транскрипта, формируется полиА-«хвост». Такой механизм модификации 3`-конца характерен для большинства и(м)РНК. Исключением является процессинг и(м)РНК белков гистонов. В пре-и(м)РНК гистонов в 3`-концевом участке отсутствует сайт ААУААА, поэтому полиаденилирования 3`-конца не происходит и процессинг ограничивается только расщеплением 3`-конца пре-и(м)РНК. Полиаденилирование также играет важную роль: - обеспечивает стабильность и(м)РНК; - способствует выходу мРНК из ядра в цитоплазму. Необходимо отметить, что транскрипты РНК-полимеразы I и III не кэпируются и не полиаденилируются. 8. Альтернативный сплайсинг мРНК, его биологическая роль Это форма сплайсинга, при которой соединение экзонов в процессе созревания мРНК происходит в разных комбинациях, но порядок расположения экзонов не нарушается. В результате альтернативного сплайсинга из одной молекулы пре-и(м)РНК образуются разные молекулы зрелых и(м)РНК, которые содержат разные наборы экзонов и кодируют синтез разных вариантов (изоформ) белков, что определяется специфичностью клетки (ткани). При этом число вариантов зрелых молекул и(м)РНК, образующихся из одного первичного транскрипта, может быть достаточно большим, приближаясь к величине 2n, где n-число экзонов данного гена. Альтернативный сплайсинг - один из основных механизмов порождения белкового разнообразия у высших организмов. Как известно, при наличии в геноме человека около 24 тысяч генов, кодирующих белки, в клетках разных тканей синтезируется более 500 тысяч разных белков и основным механизмом формирования белкового разнообразия является альтернативный сплайсинг. Согласно современным данным более 70% первичных транскриптов генов человека подвергается альтернативному сплайсингу. Альтернативный сплайсинг может проходить разными способами, в частности: - использование разных промоторов при синтезе и(м)РНК на одной матрице ДНК (альтернативный выбор промотра); - альтернативный выбор участка полиаденилирования; - альтернативный выбор экзонов. Пример альтернативного сплайсинга при альтернативном выборе промотора (рис. 1): Схема фрагмента гена, содержащего 2 промотора, 4 экзона и 3 интрона (внутренний промотор Р2 находится в одном из интронов):
Выбор промотора P1: фрагмент мРНК после сплайсинга, вместе с интронами 1 и 2 вырезается экзон 2:
Выбор промотора P2: фрагмент мРНК после сплайсинга. Экзон 1 не входит в первичный транскрипт:
Рис.1. Схема механизма сплайсинга при альтернативном выборе промотора: P1 - промотор 1; P2- промотор 2; направление транскрипции - →. Выбор промотора зависит от наличия специфических факторов транскрипции, характерных для данного типа клеток. 9. Процессинг первичных транскриптов рРНК и тРНК Процессинг рРНК и тРНК у прокариот и эукариот в основном заключается в разрезании и удалении лишних фрагментов с концов молекул. Гены рРНК у эукариот представлены тандемно повторяющимися блоками генов: 5`-18SрРНК-5,8SрРНК-28SрРНК-3`. В результате процессинга первичного транскрипта рРНК происходит нарезание трех зрелых молекул рРНК: 18SрРНК; 5,8SрРНК; 28SрРНК. Некоторые эукариоты (например, инфузории) содержат интрон в предшественнике 28SрРНК. В этом случае процессинг включает стадию сплайсинга - удаление интрона и соединение фрагментов рРНК, в результате образуется 26SрРНК. Процессинг тРНК эукариот в целом аналогичен процессингу тРНК у прокариот. Он сводится к вырезанию из первичных транскриптов тРНК и подрезанию. Важное отличие процессинга тРНК эукариот - наличие в молекуле пре-тРНК короткого интрона, который вырезается с участием специфической эндонуклеазы. Этот вариант сплайсинга происходит в ядре, но отличается от стандартного вырезания интронов, характерных для пре-и(м)РНК. |