Biológia szakok i

a transzkripció után az eukarióta pre-mRNS-eknek több feldolgozási lépésen kell átesniük, mielőtt lefordíthatnák őket. Az eukarióta (és prokarióta) tRNS-ek és rRNS-ek szintén feldolgozáson mennek keresztül, mielőtt a fehérjeszintézis gépezetében komponensként működnének.

mRNS feldolgozás

az eukarióta pre-mRNS kiterjedt feldolgozáson megy keresztül, mielőtt készen áll a fordításra. Az eukarióta mRNS érésének további lépései sokkal hosszabb felezési idejű molekulát hoznak létre, mint egy prokarióta mRNS. Az eukarióta mRNS-ek több órán át tartanak, míg a tipikus E. coli mRNS legfeljebb öt másodpercig tart.

a Pre-mRNS-eket először RNS-stabilizáló fehérjékkel vonják be; ezek védik a pre-mRNS-t a lebomlástól, miközben feldolgozzák és exportálják a magból. A pre-mRNS feldolgozás három legfontosabb lépése a stabilizáló és jelzőfaktorok hozzáadása a molekula 5′ és 3 ‘ végéhez, valamint a beavatkozó szekvenciák eltávolítása, amelyek nem határozzák meg a megfelelő aminosavakat. Ritka esetekben az mRNS-átirat átírása után “szerkeszthető”.

5′ Capping

míg a pre-mRNS még szintetizálódik, egy 7-metil-guanozin sapkát adunk a növekvő transzkriptum 5′ végéhez egy foszfátkötéssel. Ez a rész (funkcionális csoport) megvédi a kialakuló mRNS-t a lebomlástól. Ezenkívül a fehérjeszintézisben részt vevő tényezők felismerik a kupakot, hogy elősegítsék a riboszómák transzlációját.

3′ Poli-a farok

a megnyúlás befejezése után a pre-mRNS-t egy endonukleáz hasítja egy aauaaa konszenzusos szekvencia és egy GU-gazdag szekvencia között, így az AAUAAA szekvencia a pre-mRNS-en marad. A poli-a polimeráz nevű enzim ezután hozzáad egy körülbelül 200 a maradékból álló húrot, az úgynevezett poli-a farokot. Ez a módosítás tovább védi a pre-mRNS-t a lebomlástól, és jelzi a transzkriptumhoz szükséges sejtfaktorok exportját a citoplazmába.

Pre-mRNS Splicing

az eukarióta gének exonokból állnak, amelyek megfelelnek a fehérjét kódoló szekvenciáknak (az ex-on azt jelenti, hogy expresszálódnak), valamint az intronoknak nevezett beavatkozó szekvenciákból (az intron A beavatkozó szerepüket jelöli), amelyek részt vehetnek a génszabályozásban, de a feldolgozás során eltávolításra kerülnek a pre-mRNS-ből. Az mRNS Intron szekvenciái nem kódolják a funkcionális fehérjéket.

az intronok felfedezése meglepetést okozott az 1970-es évek kutatóinak, akik arra számítottak, hogy a pre-mRNS-ek további feldolgozás nélkül meghatározzák a fehérjeszekvenciákat, amint azt a prokariótákban megfigyelték. A magasabb eukarióták génjei gyakran tartalmaznak egy vagy több intront. Ezek a régiók megfelelhetnek a szabályozó szekvenciáknak; azonban a biológiai jelentősége annak, hogy sok Intron vagy nagyon hosszú Intron van egy génben, nem világos. Lehetséges, hogy az intronok lelassítják a génexpressziót, mert hosszabb ideig tart a pre-mRNS-ek átírása sok intronnal. Alternatív megoldásként az intronok nem funkcionális szekvenciamaradványok lehetnek, amelyek az ősi gének fúziójából maradtak fenn az evolúció során. Ezt támasztja alá az a tény, hogy a különálló exonok gyakran külön fehérje alegységeket vagy doméneket kódolnak. Az intronok szekvenciái nagyrészt mutálhatók anélkül, hogy végső soron befolyásolnák a fehérjeterméket.

a pre-mRNS összes intronját teljesen és pontosan el kell távolítani a fehérjeszintézis előtt. Ha a folyamat akár egyetlen nukleotiddal is hibás, az újra összekapcsolt exonok olvasási kerete eltolódna, és a kapott fehérje működésképtelen lenne. Az intronok eltávolításának és az exonok újracsatlakoztatásának folyamatát splicingnek nevezzük (1.ábra). Az intronokat eltávolítják és lebontják, amíg a pre-mRNS még a magban van. A Splicing egy szekvencia-specifikus mechanizmuson keresztül történik, amely biztosítja, hogy az intronok eltávolításra kerüljenek, és az exonok egyetlen nukleotid pontosságával és pontosságával újra összekapcsolódjanak. A pre-mRNS-ek splicingjét fehérjék és RNS molekulák komplexei végzik, amelyeket spliceoszómáknak neveznek.

gyakorlati kérdés

1.ábra. Az mRNS előtti splicing magában foglalja az intronok pontos eltávolítását az elsődleges RNS transzkriptumból. A splicing folyamatot a spliceoszómáknak nevezett fehérje komplexek katalizálják, amelyek snrns-eknek nevezett fehérjékből és RNS-molekulákból állnak. A spliceoszómák felismerik az intron 5′ és 3′ végén található szekvenciákat.

az illesztési hibák rákokban és más emberi betegségekben is szerepet játszanak. Milyen mutációk vezethetnek splicing hibákhoz?

válasz megjelenítése

Gondolj különböző lehetséges eredményekre, ha splicing hibák fordulnak elő. Az intron mindkét végén található spliceoszóma felismerési szekvenciában, illetve a spliceoszómát alkotó fehérjékben és RNS-ekben bekövetkező mutációk ronthatják a splicinget. A mutációk új spliceosome felismerési helyeket is felvehetnek. Az illesztési hibák oda vezethetnek, hogy az intronok megmaradnak az összekapcsolt RNS-ben, az exonok kivágódnak, vagy megváltoznak az illesztési hely helye.

vegye figyelembe, hogy több mint 70 egyedi Intron lehet jelen, és mindegyiknek át kell esnie a splicing folyamaton—az 5′ capping és a poly-a farok hozzáadása mellett—csak egyetlen, transzlálható mRNS molekula létrehozásához.

RNS Szerkesztés trypanoszómák

2.ábra. A Trypanosoma brucei az alvási betegség kórokozója az emberekben. Ennek a kórokozónak az mRNS-jét nukleotidok hozzáadásával módosítani kell, mielőtt a fehérjeszintézis bekövetkezhet. (hitel: Torsten Ochsenreiter munkájának módosítása)

a tripanoszómák a protozoonok egy csoportja, amely magában foglalja a Trypanosoma brucei kórokozót, amely emberben alvási betegséget okoz (2.ábra). A tripanoszómáknak és gyakorlatilag az összes többi eukariótának vannak mitokondriumoknak nevezett organellái, amelyek kémiai energiával látják el a sejtet. A mitokondriumok olyan organellák, amelyek saját DNS-t fejeznek ki, és úgy gondolják, hogy egy eukarióta és egy elnyelt prokarióta közötti szimbiotikus kapcsolat maradványai. A tripanoszómák mitokondriális DNS-e érdekes kivételt mutat a központi Dogma alól: pre-mRNS-ek nem rendelkeznek megfelelő információkkal a funkcionális fehérje meghatározásához. Általában ez azért van, mert az mRNS-ből több U nukleotid hiányzik. A sejt ennek orvoslására egy további RNS-feldolgozási lépést hajt végre, az úgynevezett RNS-szerkesztést.

a mitokondriális genom más génjei 40-80 nukleotid vezető RNS – eket kódolnak. Ezen molekulák közül egy vagy több kölcsönhatásba lép a komplementer bázis párosításával a pre-mRNS transzkriptum néhány nukleotidjával. A vezető RNS-nek azonban több a nukleotidja van, mint a pre-mRNS-nek U nukleotidjai. Ezekben a régiókban a vezető RNS kifordul. A vezető RNS-ek 3′ végei hosszú poly-U farokkal rendelkeznek, és ezek az U bázisok a pre-mRNS transzkriptum azon régióiba vannak beillesztve, ahol a vezető RNS-ek hurkolva vannak. Ezt a folyamatot teljes egészében az RNS molekulák közvetítik. Vagyis a vezető RNS-ek-a fehérjék helyett-katalizátorként szolgálnak az RNS szerkesztésében.

az RNS-Szerkesztés nem csak a tripanoszómák jelensége. Egyes növények mitokondriumaiban szinte az összes pre-mRNS szerkesztésre kerül. Az RNS szerkesztését emlősökben, például patkányokban, nyulakban, sőt emberekben is azonosították. Mi lehet az evolúciós oka ennek a további lépésnek az mRNS előtti feldolgozásban? Az egyik lehetőség az, hogy a mitokondriumok, mivel az ősi prokarióták maradványai, ugyanolyan ősi RNS-alapú módszerrel rendelkeznek a génexpresszió szabályozására. Ennek a hipotézisnek az alátámasztására a pre-mRNS-ekre végzett szerkesztések a sejtviszonyoktól függően különböznek. Bár spekulatív, az RNS-szerkesztés folyamata visszatartás lehet egy ősidőtől, amikor a fehérjék helyett az RNS-molekulák voltak felelősek a reakciók katalizálásáért.

Hozzájárulás!

az oldal Javításatovábbi információk