Biologie pro Obory

Po transkripce, eukaryotických pre-mRNAs musí podstoupit několik kroků zpracování před tím, než mohou být přeloženy. Eukaryotické (a prokaryotické) tRNA a rRNA také procházejí zpracováním dříve, než mohou fungovat jako složky v zařízení pro syntézu proteinů.

zpracování mRNA

eukaryotická pre-mRNA prochází rozsáhlým zpracováním, než je připravena k překladu. Další kroky, které se podílejí na zrání eukaryotické mRNA, vytvářejí molekulu s mnohem delším poločasem než prokaryotická mRNA. Eukaryotické mRNA trvají několik hodin, zatímco typická mRNA E. coli netrvá déle než pět sekund.

Pre-mRNA jsou nejprve potaženy proteiny stabilizujícími RNA; ty chrání pre-mRNA před degradací, zatímco se zpracovává a vyváží z jádra. Tři nejdůležitější kroky zpracování před mRNA jsou přidání stabilizačních a signalizačních faktorů na 5′ a 3 ‚ koncích molekuly a odstranění zasahujících sekvencí, které nespecifikují vhodné aminokyseliny. Ve vzácných případech může být přepis mRNA po jeho přepisu“ upraven“.

5 ‚Capping

zatímco pre-mRNA je stále syntetizována, k 5′ konci rostoucího transkriptu se fosfátovou vazbou přidá uzávěr 7-methylguanosinu. Tato část (funkční skupina) chrání vznikající mRNA před degradací. Kromě toho, faktory, podílející se na syntéze bílkovin rozpoznat szp pomoci zahájit překlad ribozomy.

3′ Poly-A Tail

Jakmile prodloužení je kompletní, pre-mRNA je štěpen pomocí endonukleázy mezi AAUAAA konsensus sekvence a GU-bohaté sekvence, přičemž sekvence AAUAAA na pre-mRNA. Enzym zvaný poly-a polymeráza pak přidává řetězec přibližně 200 zbytků A, nazývaný poly-a ocas. Tato modifikace dále chrání pre-mRNA před degradací a signalizuje export buněčných faktorů, které transkript potřebuje do cytoplazmy.

Pre-mRNA Sestřihu

Eukaryotické geny jsou složeny z exonů, které odpovídají protein-kódujících sekvencí (ex-o znamená, že jsou vyjádřena), a zasahovat sekvencí, tzv. intronů (intron označuje jejich intervenující roli), které mohou být zapojeny do genové regulace, ale jsou odstraněny z pre-mRNA během zpracování. Intronové sekvence v mRNA nekódují funkční proteiny.

objev intronů přišlo jako překvapení výzkumníků v roce 1970, který očekává, že pre-mRNAs by určit proteinových sekvencí bez dalšího zpracování, jako měli pozorovány u prokaryot. Geny vyšších eukaryot velmi často obsahují jeden nebo více intronů. Tyto oblasti mohou odpovídat regulačním sekvencím; biologický význam mít mnoho intronů nebo mít velmi dlouhé introny v genu je nejasný. Je možné, že introny zpomalují genovou expresi, protože transkripce pre-mRNA se spoustou intronů trvá déle. Alternativně, introny mohou být nefunkční sekvenční zbytky, které zbyly z fúze starověkých genů v průběhu evoluce. To je podporováno skutečností, že oddělené exony často kódují samostatné proteinové podjednotky nebo domény. Z větší části mohou být sekvence intronů mutovány, aniž by to nakonec ovlivnilo proteinový produkt.

všechny introny pre-mRNA musí být před syntézou proteinů zcela a přesně odstraněny. Pokud by proces chyboval dokonce o jediný nukleotid, čtecí rámec znovu propojených exonů by se posunul a výsledný protein by byl nefunkční. Proces odstraňování intronů a opětovného připojení exonů se nazývá sestřih (Obrázek 1). Introny jsou odstraněny a degradovány, zatímco pre-mRNA je stále v jádru. Sestřih dochází sledem-specifický mechanismus, který zajišťuje, introny odstraněny a exons vrátil s přesností jednoho nukleotidu. Sestřih pre-mRNA se provádí komplexy proteinů a molekul RNA nazývaných spliceosomy.

praktická otázka

Obrázek 1. Pre-mRNA sestřih zahrnuje přesné odstranění intronů z primárního RNA transkriptu. Proces sestřihu je katalyzován proteinovými komplexy nazývanými spliceosomy, které jsou složeny z proteinů a molekul RNA nazývaných snRNA. Spliceosomy rozpoznávají sekvence na 5 ‚a 3‘ konci intronu.

chyby v sestřihu se podílejí na rakovině a jiných lidských onemocněních. Jaké druhy mutací mohou vést k chybám spojování?

Zobrazit odpověď

Přemýšlejte o různých možných výsledcích, pokud dojde k chybám sestřihu. Mutace v sekvenci rozpoznávání spliceozomu na každém konci intronu nebo v proteinech a RNA, které tvoří spliceozom, mohou zhoršit sestřih. Mutace mohou také přidat nová místa pro rozpoznávání spliceosome. Sestřih chyby by mohlo vést k introny, které jsou zachovávány v sestříhané RNA, exons být vyříznut, nebo změny v umístění splice site.

Všimněte si, že více než 70 jednotlivých intronů může být přítomen, a každý musí podstoupit proces sestřihu—kromě 5′ capping a přidání poly-A tail—to jen, aby generovat jeden, překlad mRNA molekuly.

editace RNA v Trypanosomech

Obrázek 2. Trypanosoma brucei je příčinou spavé nemoci u lidí. MRNA tohoto patogenu musí být modifikovány přidáním nukleotidů, než může dojít k syntéze proteinů. (credit: změna práce Torsten Ochsenreiter)

Na trypanosomes jsou skupina prvoků, které zahrnují patogenu Trypanosoma brucei, který způsobuje spavou nemoc u lidí (Obrázek 2). Trypanosomy a prakticky všechny ostatní eukaryoty mají organely nazývané mitochondrie, které dodávají buňce chemickou energii. Mitochondrie jsou organely, které vyjadřují jejich vlastní DNA a jsou věřil být zbytky symbiotický vztah mezi eukaryota a zachvátil prokaryote. Mitochondriální DNA trypanosomes vykazují zajímavou výjimkou Centrální Dogma: jejich pre-mRNAs nemají správné informace, aby určit funkční protein. Obvykle je to proto, že mRNA chybí několik u nukleotidů. Buňka provádí další krok zpracování RNA zvaný editace RNA, aby to napravila.

jiné geny v mitochondriálním genomu kódují 40-až 80-nukleotidové vodicí RNA. Jedna nebo více z těchto molekul interaguje komplementárním párováním bází s některými nukleotidy v transkriptu pre-mRNA. Vodicí RNA má však více nukleotidů A než pre-mRNA má nukleotidy U, se kterými se mohou vázat. V těchto oblastech se vodicí RNA smyčky ven. 3 ‚ konce vodicích RNA mají dlouhý poly-u ocas, a tyto u báze jsou vloženy do oblastí pre-mRNA transkriptu, ve kterém jsou vodicí RNA smyčkované. Tento proces je zcela zprostředkován molekulami RNA. To znamená, že vodicí RNA-spíše než proteiny-slouží jako katalyzátory při editaci RNA.

RNA editace není jen fenomén trypanosomů. V mitochondriích některých rostlin jsou upravovány téměř všechny pre-mRNA. Editace RNA byla také identifikována u savců, jako jsou krysy, králíci a dokonce i lidé. Jaký by mohl být evoluční důvod pro tento další krok při zpracování před mRNA? Jednou z možností je, že mitochondrie, které jsou zbytky starověkých prokaryot, mají stejně starou metodu založenou na RNA pro regulaci genové exprese. Na podporu této hypotézy se úpravy provedené na pre-mRNA liší v závislosti na buněčných podmínkách. Ačkoli spekulativní, proces úpravy RNA může být zdržením od prapůvodního času, kdy molekuly RNA, místo proteinů, byly zodpovědné za katalyzující reakce.

Přispět!

zlepšit tuto stránkuučit se více