Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 153
Текст из файла (страница 153)
Это свойство является особенно важным в больших, сильно поляризованных клетках, например нейронах, где конусы роста должны реагировать на сигналы, не ожидая ответа от отдаленного ядра. Локализация РНК встречается у многих организмов, включая одноклеточные грибы, растения и животных, и, вероятно, является обычным механизмом, используемым клетками, чтобы сконцентрировать интенсивный синтез белков в определенных местах. Открыто несколько различных механизмов локализации мРНК (рис.
7.104), но для них всех необходимо наличие специальных сигналов в самой мРНК. Эти сигналы обычно сосредоточены в 3'-нет ранслируемой области ( (7ТРт; ип Ггаиз! а сед тед(оп) — области РНК, которая тянется от стоп-кодона, терминирующего синтез белка, до начала поли-А хвоста (рис. 7.105). Такая локализация мРНК обычно сопряжена с механизмами контроля трансляции, чтобы гарантировать, что мРНК останется неактивной, пока не попадет на свое место. Яйцо дрозофилы представляет особенно яркий пример локализации РНК.
Локализация мРНК, кодирующей регуляторный белок Ь1соЫ, происходит путем прикрепления ее к цитоскелету на переднем конце развивающегося яйца. Когда оплодотворение запускает трансляцию этой мРНК, то создается градиент концентрации белка Ь1соЫ, играющего ключевую роль в направлении развития передней части эмбриона (показано на рис. 7.53 и более подробно обсуждается в главе 22). Многие мРНК в соматических клетках локализуются похожим способом. Например, в фибробластах млекопитающих мРНК, кодирующая актин, посредством сигнала в 3'-()Тй располагается в богатом актиновыми филаментами кортексе клетки. В главе б упоминалось, что молекулы мРНК, выходя из ядра, несут многочисленные метки в виде модификаций РНК (5'-кэп и 3'-поли-А хвост) и связанных белков (например, комплексов соединения экзонов), отмечающих успешное завершение различных этапов процессинга пре-мРНК.
Только что было описано, что 3'-()ТВ мРНК можно рассматривать как «почтовый индексгч направляющий мРНК в различные места в клетке. Ниже мы также увидим, что мРНК несут информацию, устанавливающую их среднюю продолжительность жизни в цито- направленный транспорт беспорядочная общая деградация по цитоскелату диффузия и захват вместе с локальной защитой путем захаата Рис.
7.104. Три механизма локализации мРНК. Готовые к распределению мРНК покидают ядро через ядерные поры (ааерху) Некоторые локализуемые мРНК (слеза) пугешестаукн к месту своего назначения посредством ассоциации с цитоскелетными моторами. Как описано а главе 16, эти моторы используют энергию гидролиза АТР для однонапрааленного даижения вдаль филаментоа а цитоскелете (красные). В конечном пункте назначения якорные белки (черные) удерживают мРНК на месте. Другие мРНК беспорядочно диффундируют а цитозоле и просто захватываются и, следоаательно, концентрируются а местах своей локализации (по центру).
Некоторые из этих мРНК (слрааа] а цитозоле разрушаются, если только они не связались посредством случайной диффузии с локализованным белковым комплексом, который удерживает и защищает мРНК от деградации (черные). Для каждого из этих механизмов требуется наличие специфических сигналов на мРНК, которые обычно располагаются а ЗсОТК (см. Рис. 7.105). Во многих случаях локализации мРНК дополнительные механизмы блокируют трансляцию мРН К до тех пор, пока она не будет соотаетстаующим образом локализована а клетке.
(Адаптироаано из Н О. црзЬ~гт апс) С. А. 5пт!ьегт, Сигг. Оргл. белес. Оек 10: 478-488, 2000. С разрешения Е!зеыег.) золе и эффективность, с которой с них транслируется белок. В широком смысле нетранслируемые области эукариотических мРНК напоминают контролирующие области генов при транскрипции: их нуклеотидная последовательность содержит информацию, определяющую «способ применения» РНК, и белки интерпретируют эту информацию, связываясь специфически с этими последовательностями. Таким образом, помимо сведений об аминокислотной последовательности белков, молекулы РНК насыщены многими дополнительными видами информации. После того как мРНК синтезировалась, одним из самых распространенных способов регуляции уровня образования ее белкового продукта является контроль 7;б:.
ПГЗСтт(збагё(рат)Н(ИОННЫЕ Срадеуу)Е)вй)суэйди";,'У$3 20 мхм в главе 22). Считается, что локализация итична для нормального развития мухи. Рис. 7.105. Опыт, показывающий значение зчцТЙ для локализации мРНК в определеннык областях цитоплазмы. Для этого опыта были подготовлены две разные флуоресцент. но меченые молекулы РНК путем проведения транскрипции ДНК гл итго в присутствии флуоресцентно меченых производных 0ТР Одна РНК (меченная красным флуорохромом) содержит кодирующую область белка На]гу (волосатости) дрозофилы вместе со смежной Зч0ТЙ (см.
рис. 6.22). Другая РНК (меченная зеленым флуорохрамом] содержит кодирующую область белка На1гу без зс0ТЙ. Две РНК смешали и ввели в эмбрион дрозофилы на стадии развития, при которой множество ядер находится в общей цитаплазме (см. Рис. 753). Когда спустя 10 минут визуализировали флуоресцентные РНК, полная Рнк белка нану(краснея] располагалась на передней стороне ядер (голубые), а локализации тра искри пта без зс0ТЙ (зеленый), не произошло. Белок На1гу является одним из многих регуляторных белков, определяющих позиционную информацию в развивающемся эмбрионе дрозофилы (описано его мрнк (в этом опыте показано, что она зависит от зсптй] кр (С любезного разрешения 51гпоп ВЫ1ос1г и Оаед НЬ-Ноготткг.) этапа, инициирующего трансляцию.
Детали инициации трансляции у эукариот и у бактерий разнятся (как видно из главы б), но они используют несколько оди иаковых основных механизмов регуляции. В мРНК бактерий консервативный участок из шести нуклеотидов, последо вательность Шайна — Далыарно, всегда находится на несколько нуклеотидов впереди инициирующего кодона А])С. Эта последовательность спаривается с 1бЯ РНК малой субчастицы рибосомы, правильно располагая инициирующий кодон А])С в рибосоме. Поскольку такое взаимодействие вносит значительный вклад в эффективность инициации, то оно предоставляет бактериальной клетке простой способ регулирования синтез белка при помощи механизмов контроля трансляции (1гапз!а6опа! соп1го)).
Такие механизмы, осуществляемые белками или молекулами РНК, в основном, включают в себя или раскрытие, или блокирование последова тельности Шайна — Дальгарно срггс. 7.106). Эукариотические мРНК не содержат последовательности Шайна — Дальгарно. Вместо этого, как описано в главе б, выбор кодона А~1сз как сайта начала транс крипции во многом определяется его близостью к кэп структуре на 5' конце мо лекулы мРНК вЂ” участке, где малая рибосомная субчастица связывается с мРНК иначинает поиск инициирующего кодона АГС. Несмотря на существенные различия в инициаг1ии трансляции, эукариоты используют сходные стратегии для регуляции трансляции.
Ншгример, репрессоры трансляции связываются с 5' концом мРНК и тем самым ингибируют инициацию трансляции. Другие репрессоры распознают нуклеотидные последовательности в 3'-НТК специфических молекул мРНК и сни жают интенсивность инициации трансляции, препятствуя коммуникации между ;:-,с стоп 'ч:Т' ооон (УкйЮЧЕН синге»круз»ля белок у-,! ПОВЫШЕННАЯ ТЕМПЕРАТУРА стоп б) ,. белок-рвлрессор трансляции В) белок нв синез~руьттм АПО т , АОО -3'(Вклн г ен Н н юлм» малая мОлекула Э~ СТОП в, АПО »аме» "' в)' а) м с йс овв Рйи стоп .з- Рис. ТДОб. Механизмы контроля трангляции. Хотя приведенные примеры относятся к клеткам бактерий, но многие из этих принципов действуют и у эукариот. а) Сайт-специфические РНК-связывающие белки подавляют трансляцию специфических мРНК, блокируя доступ рибосомы к последовательности Шейна — Дальгарно (оранжевая).
Например, некоторые рибасомные белки подавляют трансляцию своей собственной РНК. Такой механизм начинает действовать только тогда, ногда рибосомные белки образуются в избытке, превышающем количество рибосомной РНК, и, следовательно, не включаютсл в состав рибосом. Также этот механизм позволяет поддержи вать в плетке правильно сбалансированные количества различных компонентов, необходимых для образования рибосом. В таких случаях регуляторнаяая последовательность РНК на мРНК часто совпадает с последовательностью РНК, узнаваемой белком в процессе сборки ри босом, б) к Термодамик» РНК позволяет провести эффективную инициацию трансляции только при повышенных температурах — когда плавится структура »стебель-петля».
Подобный пример встречается у человеческого патогена Ггзгепа топосугодепез, транслвцил вирулентных генов которого усиливается при 37 С вЂ” температуре организма-хозяина. в) Связывание низкомолекулярного соединения с рибопереключателем вызывает структурную перестройку РНК, что приводит к изоляции последовательности Шайи а — Дальгарно (оранжевая) и блокированию инициации трансляции. У многих бактерий ь-аде нозилметион ин действует таким же образом — чтобы предотвратить образование синтезирующих его ферментов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
