Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 107
Текст из файла (страница 107)
Искусный механизм сопрягает все вышеназванные этазгы процессинга РНК с элонгацией транскрипции. Как было упомянуто ранее, ключевой гпаг в инициации транскрипции РНК-полимеразой 11 — фосфорилирование хвоста РНК полимеразы П, названного СТО (С концевой домен). Это фосфорилирование осуществляется постепенно, по мере того как РНК полимераза начинает транскрипцию и продвигается по ДНК. Оно не только помогает РНК-полимеразе П отделиться отдругих белков, находящихся в точке начала транскрипции, но также и позволяет новому набору белков связываться с хвостом РНК полимеразы, чтобы выполнить свои функции во время элонгации транскрипции и созревания РНК.
Как будет сказано далее, некоторые из таких белков процессинга, кажется, «перепрыгивают» с хвоста полимеразы на по являющуюся молекулу РНК, чтобы начать ее «обработку», как только она появится из РНК-полимеразы. Таким образом, мы можем рассматривать РНК полимеразу11, работающую в режиме элонгации, как фабрику РНК, которая и транскрибирует РНК-полимераэа факторы капироеания 1~тттг 6 сплаисинга ~(~ц ~ кап на бсконце ~( белки процессинга 3'-конца Рис.6.2Э. РНК-полимераэа й эукариот нак «фабрика РНК». Поскольку полимераза транскрибируетДНК в РНК, она несет на своем хвосте белки процессии га пре-мРНК, которые переносятся в надлежащее время на появляющуюся РНК.
Хвост, известный как СТП, содержит 52 тандемных повтора 7-аминокислотной последовательности (52 гептаповтора); в каждом из повторов есть два сернна. Белки, кэпирующие РН К, сначала связываются с хвостом РНК-пали меразы, когда она фосфорнлируется по серину 5 гептаповтора на поздней стадии процесса инициации транскрипции (см. Рис. 6дб). Эта стратегия гарантирует эффективность кэпирования 5сконца молекулы РНК, выходящей из РНК-полимеразы. По мере того как полимераза продолжает транскрибировать, ее хвост интенсивно фосфорилируется в позициях серина 2 киназой, связанной с пребывающей в режиме элонгации пол имеразой, и в конечном счете дефосфорил ируется в позициях серина 5.
Эти более поздние модификации привлекают к движущейся полимеразе белки, осуществляющие сплайсинг и процессинг Зсконца РНК, а размещаются онн так, чтобы воздействовать на новосинтезированную РНК— как только она появится из РНК-полимеразы Существует много ферментов процессинга РНК, и не все они «сопутствуют» полимеразе. При сплайсинге РНК, например, хвост несет только несколько важнейших компонентов; будучи перенесенными на молекулу РНК, они служат очагом зародышеобразования для остальных компонентов.
Когда РНК-полимераза П завершает транскрипцию гена, она освобождается от ДНК, растворимые фосфатавы удаляютт с ее хвоста фосфаты, и она может снова начать транскрипцию. Начать синтез РНК на промоторе может только дефосфорилированная форма РНК-полимеразы П. бЛ Л1. Первая модификация пре-мРНК эукариот — кэпирование РНК Как только РНК полимераза П произвела приблизительно 25 нуклеотидов РНК, 5' конец новой молекулы РНК модифицируется путем присоединения кэп структуры, которая представляет собой модифицированный нуклеотид гуанина (см. рис. 6.22, б).
Реакцию кэпирования выполняют три фермента, действующие последовательно один за другим: один (фосфатаза) удаляет фосфат с 5' конца новосинтезированной РНК, другой (гуанилтрансфераза) присоединяет к нему СМР через связь 5' — 5' вместо обычной 5' — 3' и третий (метилтрансфераза) присоединяет метильную группу к этому гуанозину (рис. 6.24). Поскольку все три фермента связаны с хвостом РНК полимеразы, фосфорили(юванным в позиции серипа 5 (модификация, осуществленная фактором ТГ(Н1 во время инициации транскрипции), то они готовы модифици)ювать 5' конец транскрипта. как только он появляется из полимеразы. 5' мстил кэп помечает 5' конец молекул мРН К эукариот, и этот ориентир помогает клетке отличать молекулы мРНК от молекул РНК других типов, находящихся в клетке.
Например, РНК транскрипты РНК полимераз! и 1П «не увенчаны» кэп структурами отчасти потому, что этим полимераэам недостает СТ1). В ядре кэп связан с белковым комплексом, называемым СВР (сар Ьйтс()гтй рго(еш; кэп связывающий комплекс), который, как мы обсудим в последукэ щих пунктах, обеспечивает должный процессинг 5сканец образующегося РНК-транскрипта и надлежащий экспорт РНК. 5'-метил-кэп играет 5' з~ у г " "Р Р " у нииР мРНК в цитозоле, о чем мы поговорим ближе к концу этой главы. бЛЛ2.
В ходе сплайсинга из недавно транскрибированной пре-мРНК удаляются последовательности интрОНОВ Как сообщалось в главе 4, кодирующие белок последовательности генов эукариот обычно прерываются вклинивающимися между ними не ! метилирование основания Рис. 6.24. Реакции, которые приводят к образованию кэпструктуры на 5сконце каждой молекулы РНК, синтезируемой РНК-полимеразой И. В своей окончательной форме кэп содержит новую 5'-5' связь между положительно заряженным остатком 7-метилб и 5сконцом РНК-транскрипта (см.
Рис. 6.22, б). Буква и обозначает любой из четырех рибонуклеотидов, хотя нуклеотид, с которого начинается цепь РНК, обычно представлен пурином (А или П) (Составлено на основании А. !. 5натх(п, ВюЕмауэ 7: 275-277, 19В7. С любезного разрешения (СБП Ргем.) Д + метипированив рибозы (только с некоторыми капами) 5 "-ЧК~Ф Ч ! снз '$;.:1'(уу14НКк(эгНИ,:-$$3 ДНК в РНК, и процессирует РНК, которую производит (рнс. 6.23).
Полностью вытянутый СТ() почти в 10 раз длиннее, чем остальная часть РНК-полимеразы, и, по сути, он служит привязью, удерживающей поблизости «свору» разношерстных белков, пока они не будут пущены в дело. Такая стратегия — увеличения скорости последовательных реакций — часто наблюдается в клетке (см. Рис. 4.69 и 16.38). а) интрон О! 1 3 ! О ):«Э вырезанная последовательность ннтрона имеет форму о он ЛВССО ! 1 О= Р— О 1 ! 1 О ) о интрона ! 1 о- 1 з 3: ΠΠ— Р— О О 1 ! )! О=Р— О О о он О О Реф « О= Р— ОО - О, )зя! О ОН 1 О=Р— О! о он О-1 !з О= Р— О- 1 ! 1 1 з 1 3'-конец последовательности интрона НО,Л . Зсзкзон 5' ч "~-' 3 ОН ОН 3' Рис.6.26. Реакция сплайсинга пре-мРНК.
а) На первом этапе определенный аденин в последовательности интрона !обозначенный красным) впупает в реакцию с Бссайтом сплайсинга и разрывает сакарофосфатный остов РНК в этой точке. Обрезанный Бсконец интрона теперь ковалентно связан с нуклеотидом аден ином. как показано подробно на виде б, и тем самым образует петлю в молекуле РНК. После этого образовавшийся свободный ЗСОН конец последовательности экзона реагирует с началом следующей последовательности зкзона, в силу чего зги два зкзона соединяются друг с другом, а последовательность интрона высвобождается в форме лассо.
Эти две последовательности зкзонов, таким образом, объединяется в непрерывную кодирующую последовательное«ъ; высвобожденная последовательность интрона в конечном счете подвергается деградэции. и в то же время достаточно гибким для того, чтобы «справиться» с огромным раз нообразием иптронов, встречающихся в типичной эукариотической клетке. Может показаться, что удалять большое число интронов в ходе сплайсинга Р11К расточительно.
В попытке объяснить, почему это происходит, ученые обратили внимание па то, что взаимное расположение интронов и экзонов, по всей видимости, способствовало появлению новых и полезных белков в ходе.эволюции. Так, благодаря присутствию многочисленных иптронов в Д)1К при генетической рекомбинации удается легко сочетать экзоны разных генов (см. разд. 3.1.8), что значительно упрощает эволюционный путь генов новых белков — за счет комбини рования частей ранее существовавших генов. Описанное в главе 3 наблюдение, что многие белки в ныне существующих клетках напоминают мозаику, составленную из общего набора белковых до,ченов, подтверждает !эту мысль.
последовательности, необходимые дпя удаления интрона АС'61)ПА60 — — Уг)НАС - -- -УУУУУУУУЙСА6 Π— — РН) трайслрипта Р К-трансхрипта ИНТРОН УДАЛЕН 5' 3' честь : "'-.тдг6~6=-'-' '-' мрнк экэон 1 экэон 2 Рис. 5.28. Консенсусные последователыюсти нуклеотидов в молекуле РНК, которые сигнализируют «начало» и «конец» большинства интронов в гегюме человека. Только три показанных блока последовательностей нуклеотидов необходимы для удаления последовательности интрона; остальная часть интронэ может быть занята любыми нуклеотидами. Здесь А, 6, Ц и С вЂ” стандартные нуклеотиды РНК; К обозначает пури ны (А или 6); а У отмечает пиримидины (С или Ц).
Выделенный красным А образует точку разветвления «лассо», образующегося в ходе сплайсинга. Только 66 в начале интрона и А6 в его конце суть инвариантные нуклеотиды консенсусных последовагельносюй сплайсинга. Остальные позиции (даже точку разветвления А) могут занимать несколько разных нуклеотидов, хотя предпочтение все же отдается указанным здесь. Расстояние между этими тремя консенсусными последовательностями сплайси ига на РНК изменяетгл в широких пределах; однако расстояние между точкой ветвления и Зсграницей сплайсинга обычно намного короче, чем расстояние между 5сграницей сплайсинга и точкой разветвления.
чем 100000 нуклеотидов, н выбор точных границ каждого интрона представляет собой сложную задачу даже при исиолыованитг мощных компьютеров. Возможность альтернативного сплайсинга создает дополнительные проблемы для предсказания белковых последовательностей исключительно по последователыгости генома. Эта трудность — один из главных барьеров на пути к идентификации всех генов в полной последовательности генома и это одна из главных причин, ограничивающих наши знания о числе генов в геноме человека. В отличие от тех этапов «производства» и РН К, которые мы обсудили, основные операции сплайсинга РПК выполняют молекулы РНК, а не белки.
Специализиро ванные молекулы РНК узнают нуклеотидные последовательности, которые опреде ляют, где должен произойти сплайсинг, а также участвуют в химических процессах сплайсинга. Такие молекулы РНК относительно коротки (менее 200 нуклеотидов каждая), н в основной форме сплайсинга пре мРНК участвует пять из них (()1, ()2, Н4, 1)5 и Нб). И.твестггые под названием малых ядерных РНК, зпРНК (зптаП пнс1еаг КЛАВ), они связаны в комплексы по крайней мере с семью белковыми субъединицами каждая и образуют зпРНП (малые ядерные рибонуклеопротсиды). Такие зпРНП формируют ядро сплайсосомы — огромного ансамбля молекул РНК и белков, который выполняет сплайсинг пре мРНК в клетке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
