6.5: Редагування РНК

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5802

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Іноді дослідження стикаються з геном з послідовністю нуклеотидів, яка не відповідає точно тій, що в його продукті РНК:

РНК месенджера (мРНК)
рибосомальна РНК (рРНК)
передача РНК (тРНК)
МікроРНК (мiРНК)

Якщо продукт - мРНК, деякі кодони у відкритому кадрі зчитування (ORF) гена вказують різні амінокислоти від тих, що знаходяться в білку, перекладеному з мРНК гена.

Причина - редагування РНК: зміна послідовності нуклеотидів в РНК

після того, як він був транскрибований з ДНК, але
перед тим, як він буде переведений на білок

Редагування РНК відбувається двома різними механізмами:

Редагування заміщення: хімічна альтерація окремих нуклеотидів (еквівалент точкових мутацій).
Ці зміни каталізуються ферментами, які розпізнають певну цільову послідовність нуклеотидів (подібно до рестрикційних ферментів):
- цітидинові дезамінази, які перетворюють С в РНК в урацил (U);
- аденозиндеамінази, які перетворюють A в інозин (I), що рибосома перекладається як G. Таким чином, CAG кодон (для Gln) може бути перетворений на кодон CGG (для Arg).

Редагування вставки/видалення: введення або видалення нуклеотидів у РНК.
Ці зміни опосередковані направляючими молекулами РНК, які
- базова пара якнайкраще, що вони можуть з РНК, яку потрібно редагувати та
- служать шаблоном для додавання (або видалення) нуклеотидів в мішені

Редагування підміни

Ген APOB людини

Люди мають єдиний локус, який кодує ген APOB.

Він містить 29 екзонів (розділених 28 інтронами).
Екзони містять загалом 4564 кодонів.
Кодон 2153 - САА, який є кодоном для амінокислоти глютамина (Gln).
Ген експресується в клітині як печінки, так і кишечника.
В обох місцях транскрипція виробляє попередньо месенджерну РНК, яка повинна бути зрощена для отримання мРНК для перекладу на білок.
У печінці. Тут процес відбувається, як правило, виробляє аполіпопротеїн B-100 - білок, що містить 4,563 амінокислоти - який необхідний для транспортування холестерину та інших ліпідів у крові.
У кишечнику
- У клітині кишечника відбувається додатковий етап попередньої обробки МРНК: хімічна модифікація нуклеотиду С в Codon 2153 (CAA) в U.
- Це редагування РНК змінює кодон з одного кодування амінокислоти глютамина (Gln) на STOP кодон (UAA)
- Модифікація каталізується ферментом цитидиндеамінази, який
  - розпізнає послідовність РНК в цьому місці молекули і
  - каталізує дезамінацію С, таким чином, утворюючи U.
- Трансляція мРНК припиняється на codon #2153, утворюючи аполіпопротеїн B-48 — білок, що містить 2152 амінокислоти, що сприяє всмоктуванню дієтичних ліпідів з вмісту кишечника.

ДНК також можна редагувати. В-клітини експресують ще одну цітидиндеаміназу (називається активація- це індукована д екзаміназа або СНІД), яка є важливою як для рекомбінації класових перемикачів (CSR), так і для соматичної гіпермутації (SHM) генів антитіл. Люди з інвалідизуючими мутаціями в гені для цього ферменту виробляють тільки антитіла IgM. Однак тут фермент діє на ДНК, а не на РНК. При спробі відновити утворену невідповідність (DC•dG перетворений на dU•dG), нормальний апарат для ремонту ДНК клітини виробляє КСВ або SHM, як того вимагає ситуація. (Цей процес також відповідає за випадкову аберрантну транслокацію сегментів генів важкого ланцюга в протоонкоген. Результатом є В-клітинний рак — лімфома або лейкемія.)

Інші приклади редагування підміни

Деякі мРНК, ТРНК та РРНК як у мітохондріях, так і в хлоропластах рослин;
мРНК, що кодують субодиниці деяких рецепторів нейромедіаторів у мозку ссавців, наприклад,
- АМПА-рецептор для Glu
- рецептор серотоніну
a тРНК в мітохондріях качкодзьоба качкодзьоба

Редагування вставки/видалення

Ген в мітохондріях Trypanosoma brucei

Кілька генів, закодованих в мітохондріальній ДНК цього виду (причина сонної хвороби у людини), кодують стенограми, які повинні бути відредаговані, щоб зробити молекули мРНК, які будуть переведені на білок.

Редагування вимагає особливого класу молекул РНК, званих напрямною РНК (gRNA).

Ці маленькі молекули мають послідовності, які доповнюють область навколо сайту, який потрібно редагувати. Керівництво РНК бази пар - як можна краще - з цією областю. Зверніть увагу, що крім звичайного пурин-піримідинового спарювання C-G і A-U також може відбуватися спаровування основи G-U.

Через відсутність точної комплементарності послідовності виникають або опуклості

в керівництві РНК, де, як правило, є A s, які не знайдені в стенограмі для редагування (як показано тут) або
в стенограмі, що підлягає редагуванню.

Випуклості усуваються шляхом розрізання хребта коротшої молекули та вставки комплементарних основ.

У першому випадку (показано тут) це створює вставки (тут U s)
У другому випадку (не показано) це призводить до видалення.

Зауважте, що в наведеному тут прикладі введення 4 нуклеотидів створило зрушення кадру так, що амінокислоти, закодовані нижче за течією (після Val) у відредагованій РНК, повністю відрізняються від тих, які вказані самим геном.

Інші приклади редагування вставки/видалення

Редагування вставки/видалення також було виявлено з

Транскрипти мРНК, рРНК та тРНК в мітохондріях слизової цвілі Physarum polycephalum
в стенограмах вірусу кору

Чому редагування РНК?

Гарне запитання. Деякі можливості:

Таким чином, редагування РНК, здається, залишається тут. Насправді дефекти редагування РНК пов'язані з деякими видами раку людини, а також з бічним аміотрофічним склерозом (БАС — «хвороба Лу Геріга»).