Главные моменты процессинга. Новосинтезированные рнк еще неактивны

Именно данная стадия отличает реализацию имеющейся генетической информации у таких клеток, как эукариоты и прокариоты.

Интерпретация данного понятия

В переводе с английского данный термин означает «обработка, переработка». Процессинг - это процесс образования зрелых молекул рибонуклеиновой кислоты из пре-РНК. Иначе говоря, это совокупность реакций, которые приводят к трансформации первичных продуктов транскрипции (пре-РНК разных типов) в уже функционирующие молекулы.

Что касается процессинга р- и тРНК, он чаще всего сводится к отсечению с концов молекул лишних фрагментов. Если говорить об иРНК, то здесь можно отметить, что у эукариот данный процесс протекает многоступенчато.

Итак, после того, как мы уже узнали, что процессинг - это превращение первичного транскрипта в зрелую молекулу РНК, стоит перейти к рассмотрению его особенностей.

Основные особенности рассматриваемого понятия

Сюда можно отнести следующие:

• модификацию как концов молекулы, так и РНК, по ходу которой к ним присоединяются специфические последовательности нуклеотидов, показывающие место начала (конца) трансляции;
• сплайсинг - отсечение неинформативных последовательностей рибонуклеиновой кислоты, которые соответствуют интронам ДНК.

Что касается прокариот, их иРНК не подвержена процессингу. Она имеет способность работать сразу по окончании синтеза.

Где протекает рассматриваемый процесс?

У любого организма процессинг РНК протекает в ядре. Он осуществляется посредством особых ферментов (их группой) для каждого отдельно взятого типа молекул. Также процессингу могут быть подвержены такие продукты трансляции, как полипептиды, которые непосредственно считаны с иРНК. Данным изменениям подвергаются так называемые молекулы-предшественники большинства белков - коллагена, иммуноглобулинов, пищеварительных ферментов, некоторых гормонов, после чего начинается реальное их функционирование в организме.

Мы уже узнали, что процессинг - это процесс образования зрелых РНК из пре-РНК. Теперь стоит углубиться в природу самой рибонуклеиновой кислоты.

РНК: химическая природа

Это представляющая собой сополимер пиримидиновых и пуриновых рибонуклеитидов, которые соединены друг с другом, точно так же, как и в ДНК, 3’ - 5’-фосфодиэфирными мостиками.

Несмотря на то что эти 2 вида молекул схожи, они отличаются по нескольким признакам.

Отличительные признаки РНК и ДНК

Во-первых, у рибонуклеиновой кислоты присутствует углеродный остаток, к которому примыкают пиримидиновые и пуриновые основания, фосфатные группы, - рибоза, у ДНК же - 2’-дезоксирибоза.

Во-вторых, отличаются и пиримидиновые компоненты. Сходными составляющими выступают нуклеотиды аденина, цитозина, гуанина. В РНК вместо тимина присутствует урацил.

В-третьих, РНК имеет 1-цепочечную структуру, а ДНК - 2-цепочечная молекула. Но в цепи рибонуклеиновой кислоты присутствуют участки с противоположной полярностью (комплементарной последовательностью), благодаря которым ее единичная цепь способна сворачиваться и образовывать «шпильки» - структуры, наделенные 2-спиральными характеристиками (как показано на рисунке выше).

В-четвертых, ввиду того, что РНК - одиночная цепь, которая комплементарна лишь 1-ой из цепей ДНК, гуанин не обязательно должен присутствовать в ней в таком же содержании, как и цитозин, а аденин - как урацил.

В-пятых, РНК можно гидролизовать щелочью до 2’, 3’-циклических диэфиров мононуклеотидов. Роль промежуточного продукта в гидролизе играет 2’, 3’, 5-триэфир, неспособный к образованию в ходе аналогичного процесса для ДНК ввиду отсутствия у нее 2’-гидроксильных групп. По сравнению с ДНК щелочная лабильность рибонуклеиновой кислоты выступает полезным свойством и для диагностических целей, и для аналитических.

Данная последовательность комплементарна генной цепочки (кодирующей), с которой происходит «считывание» РНК. Из-за данного свойства молекула рибонуклеиновой кислоты может специфически связываться с кодирующей цепью, однако не способна этого делать с некодирующей ДНК-цепью. Последовательность РНК, кроме замены T на U, аналогична той, которая относится к некодирующей цепи гена.

Типы РНК

Практически все они вовлечены в такой процесс, как Известны следующие типы РНК:

1. Матричные (мРНК). Это молекулы цитоплазматической рибонуклеиновой кислоты, которые выполняют функции матриц синтеза белка.
2. Рибосомная (рРНК). Это молекула цитоплазматической РНК, выполняющая роль таких структурных компонентов, как рибосомы (органелл, участвующий в белковом синтезе).
3. Транспортные (тРНК) . Это молекулы которые принимают участие в переводе (трансляции) информации мРНК в последовательность аминокислот уже в белках.

Существенная часть РНК в виде 1-ых транскриптов, которые образуются в в том числе клетки млекопитающих, подвержена в ядре процессу деградации, и не играет в цитоплазме информационной или структурной роли.

В человеческих клетках (культивируемых) найден класс малых ядерных рибонуклеиновых кислот, непосредственно не участвующих в белковом синтезе, однако оказывающих воздействие на процессинг РНК, а также общую клеточную «архитектуру». Их размеры варьируют, они содержат 90 - 300 нуклеотидов.

Рибонуклеиновая кислота - основной генетический материал у ряда вирусов растений, животных. Некоторые вирусы, содержащие РНК, никогда не проходят такую стадию, как РНК в ДНК. Но все же для многих вирусов животных, к примеру для ретровирусов, характерен обратный перевод их РНК-генома, направляемый РНК-зависимой обратной транскриптазой (ДНК-полимеразой) с формированием 2-спиральной ДНК-копии. В большинстве случаев появляющийся 2-спиральный ДНК-транскрипт внедряется в геном, в дальнейшем обеспечивая экспрессию вирусных генов и наработку новейших копий РНК-геномов (также вирусных).

Посттранскрипционные модификации рибонуклеиновой кислоты

Ее молекулы, синтезирующиеся с РНК-полимеразами, всегда функционально неактивны, выступают предшественниками, а именно пре-РНК. Они трансформируются в уже зрелые молекулы лишь после того, как пройдут соответствующие посттранскрипционные модификации РНК - этапы ее созревания.

Формирование зрелых мРНК начитается в ходе синтеза РНК и полимеразы II на этапе элонгации. Уже к 5’-концу постепенно растущей нити РНК прикрепляется 5’-концом ГТФ, затем отщепляется ортофосфат. Далее гуанин метилируется с появлением 7-метил-ГТФ. Такую особую группу, находящуюся в составе мРНК, именуют «кэпом» (шапочкой либо колпачком).

В зависимости от разновидности РНК (рибосомные, транспортные, матричные, пр.) предшественники подвергаются различным последовательным модификациям. К примеру, предшественники мРНК подвергаются сплайсингу, метилированию, кэпированию, полиаденилированию, иногда и редактированию.

Эукариоты: общая характеристика

Клетка эукариот выступает доменом живых организмов, а в ней содержится ядро. Кроме бактерий, архей, любые организмы являются ядерными. Растения, грибы, животные, включая группу организмов, именуемую протистами, - все выступают эукариотическими организмами. Они бывают как 1-клеточными, так и многоклеточными, однако у всех общий план клеточного строения. Принято считать, что эти настолько непохожие организмы имеют одно и то же происхождение, ввиду чего группа ядерных воспринимается в качестве монофилетического таксона наивысшего ранга.

На основании распространенных гипотез, эукариоты возникли 1,5 - 2 млрд. лет тому назад. Важная роль в их эволюции отводится симбиогенезу - симбиозу эукариотической клетки, имевшей ядро, способной к фагоцитозу, и бактерий, проглоченных ей, - предшественников пластид и митохондрий.

Прокариоты: общая характеристика

Это 1-клеточные живые организмы, которые не обладают ядром (оформленным), остальными мембранными органоидами (внутренними). Единственной крупной кольцевой 2-цепочечной молекулой ДНК, содержащей основную часть генетического клеточного материала, является та, которая не образует комплекс с белками-гистонами.

К прокариотам относят археи и бактерии, включая цианобактерии. Потомки безъядерных клеток - органеллы эукариот - пластиды, митохондрии. Они подразделяются на 2 таксона в рамках ранга домена: Археи и Бактерии.

Данные клетки не имеют ядерной оболочки, упаковка ДНК происходит без привлечения гистонов. Тип их питания осмотрофный, а генетический материал представлен одной которая замкнута в кольцо, и имеется лишь 1 репликон. У прокариот остаются органоиды, которые имеют мембранное строение.

Отличие эукариот от прокариот

Основополагающая особенность клеток эукариот связана с нахождением в них генетического аппарата, который расположен в ядре, где он защищен оболочкой. Их ДНК линейная, связанная с белками-гистонами, прочими белками хромосом, которые отсутствуют у бактерий. Как правило, в их присутствуют 2 ядерные фазы. Одна имеет гаплоидный набор хромосом, а впоследствии сливаясь, 2 гаплоидные клетки формируют диплоидную, которая содержит уже 2-ой набор хромосом. Бывает и так, что при последующем делении клетка снова становится гаплоидной. Такого рода жизненный цикл, а также диплоидность в целом, не характерны для прокариот.

Самым интересным отличием является наличие особых органелл у эукариот, которые имеют собственный генетический аппарат и размножаются делением. Эти структуры окружены мембраной. Данными органеллами выступают пластиды и митохондрии. По жизнедеятельности и строению они удивительно схожи с бактериями. Данное обстоятельство натолкнуло ученых на мысль касательно того, что они - потомки бактериальных организмов, которые вступили в симбиоз с эукариотами.

У прокариот имеется малое количество органелл, ни одна из которых не окружена 2-ой мембраной. В них отсутствует эндоплазматический ретикулум, лизосомы.

Еще 1 важное отличие эукариот от прокариот - присутствие явления эндоцитоза у эукариот, включая фагоцитоз у большинства групп. Последним называется способность захватывать посредством заключения в мембранный пузырь, а затем переваривать различные твердые частицы. Данный процесс обеспечивает важнейшую защитную функцию в организме. Возникновение фагоцитоза, предположительно, связано с тем, что их клетки имеют средние размеры. Прокариотические же организмы несоизмеримо меньше, ввиду чего в ходе эволюции эукариот возникла потребность, связанная со снабжением клетки значительным количеством пищи. В результате среди них возникли первые подвижные хищники.

Процессинг как один из этапов биосинтеза белка

Это второй этап, который начинается после транскрипции. Процессинг белков протекает лишь у эукариот. Это созревание иРНК. Если быть точным, это удаление участков, которые не кодируют белок, и присоединение управляющих.

Заключение

В данной статье описано, что представляет собой процессинг (биология). Также рассказано, что такое РНК, перечислены ее типы и посттранскрипционные модификации. Рассмотрены отличительные особенности эукариот и прокариот.

Напоследок стоит напомнить, что процессинг - это процесс образования зрелых РНК из пре-РНК.

Под процессингом РНК понимают процесс ее созревания , который протекает в период и после ее транскрипции и предшествует процессу трансляции.

Процессинг разных типов РНК протекает по-разному. Однако у прокариот процессинга матичной РНК (мРНК) не происходит. Обычно процессинг РНК рассматривается на примере мРНК эукариот.

Как известно, РНК синтезируется на участке одной из цепей ДНК, и этот процесс называется транскрипцией. В школьном курсе обычно сразу за транскрипцией рассматривается процесс трансляции, при котором мРНК используется в качестве матрицы для синтеза белка. Однако между транскрипцией и трансляцией с РНК происходит ряд превращений, в результате которых она становится функционально активной. Эти модификации в совокупности называют процессингом. Некоторые его этапы протекают уже в момент транскрипции.

Рассмотрим процессинг матричной (информационной) РНК эукариот.

Кэпирование . Еще на этапе транскрипции к начальному (5") концу молекулы РНК через трифосфатный (три остатка фосфорной кислоты) мостик присоединяется молекула метилгуанозина, которая представляет собой метилированное азотистое основание гуанозин. Также у первых двух нуклеотидов мРНК метилируются остатки рибозы. Эти процессы называются кэпированием, образуется кэп (шапочка). Он защищает молекулу от ферментативного распада, участвует в других этапах процессинга, инициирует трансляцию.

Полиаденилирование . После завершения транскрипции к концу (3") РНК присоединяется множество адениновых нуклеотидов (от 100 до 250). Образуется полиадениловый конец - поли-А. Он также выполняет защитную функцию, предотвращая действие ферментов-разрушителей.

Сплайсинг . Молекула-предшественник мРНК (пре-мРНК) представляет собой копию участка ДНК (гена), включающего нетранслируемые области (находящиеся на концах) и чередующиеся интроны и экзоны. Интроны не участвуют в трансляции и должны быть удалены перед ней. Сплайсинг - это процесс разрезания мРНК, удаление интронов и сшивание между собой оставшихся экзонов.

В результате сплайсинга длина молекулы мРНК сокращается в разы. Процесс катализируется специальным комплексом - сплайсосомой , включающей малые ядерные РНК и белки-ферменты. Экзоны могут быть сшиты между собой разными способами (по-разному чередоваться, какие-то могут быть опущены). Данное явление называется альтернативным сплайсингом. В результат одна пре-мРНК может дать несколько разных мРНК, на которых будут синтезироваться разные белки.

Транспортные РНК (тРНК) также нередко претерпевают процессинг. Однако он у них другой, в основном связан с метилированием отдельных нуклеотидов. В результате тРНК принимает характерную для нее форму и становится активной (способной связываться с аминокислотами).

Процессинг рибосомальных РНК (рРНК) в основном сводится к разрезанию общего транскрипта (пре-рРНК), из частей которого образуют три разных молекулы рРНК (из четырех).

После процессинга зрелые молекулы мРНК, тРНК, сформированные субчастицы рибосом (содержащие рРНК) транспортируются из ядра в цитоплазму, где, выполняя каждая свою роль, обеспечивают процесс трансляции (синтез белка).

Первичные РНК (предшественники РНК, гетерогенные ядерные РНК), образующиеся в результате транскрипции, в большинстве случаев представляют из себяфункционально неактивные молекулы. По этой причине сразу после транскрипции они претерпевают ряд модификаций и превращаются в зрелые РНК. Созревание первичных транскриптов принято называть процессингом .

Рис. 32. ρ- зависимая терминация транскрипции у бактерий

Для бактериальных клеток процессинг предшественников мРНК не характерен и необходим только при образовании зрелых молекул рРНК и тРНК.

Процессинг рнк у эукариот представляет собой достаточно сложный и тонко организованный процесс, непосредственно влияющий на регуляцию экспрессии генетического материала. Наиболее детально изучен процессинг мРНК эукариот, который включает:

· сплайсинг – вырезание из пре-мРНК некодирующих областей (интронов) и сшивание кодирующих структуру белка участков (экзонов);

· кэпирование – образование на 5′-конце мРНК особой структуры – кэпа – происходит вскоре после начала синтеза мРНК и осуществляется с участием ГТФ;

· полиаденилирование – образование на 3′-конце поли(А)-фрагмента͵ содержащего около 200 адениловых нуклеотидов (рис. 33).

Рис. 33. Процессинг мРНК

Механизм сплайсинга

В сплайсинге пре-мРНК эукариот принимает участие ряд белков, а также РНК особого вида – малые ядерные РНК (мяРНК). Различные мяРНК по принципу комплементарности связываются с пограничными участками интронов РНК. Для этого взаимодействия существенны определœенные последовательности нуклеотидов в начале и конце интронов: так, интроны всœегда начинаются с Г-У, а заканчиваются дуплетом А-Г. Малые ядерные РНК образуют комплекс с ферментами, катализирующими сплайсинг – сплайосому .

Первый разрыв пре-РНК происходит в области 5′-конца интрона, который связывается с одним из нуклеотидов в средней части того же интрона (рис. 34). Это приводит к образованию кольцевой (или, точнее, лассоподобной) структуры. Первая мяРНК диссоциирует, а ферментный комплекс перемещается к другой мяРНК, маркирующей 3′-конец интрона. Здесь происходит второй разрыв пре-РНК. Связь экзона 2 с интроном заменяется связью с экзоном 1.

Альтернативный сплайсинг

В ряде случаев возможно изменение хода сплайсинга и осуществление его по альтернативному варианту. В этом случае с одного гена считывается более одного типа мРНК. Альтернативный сплайсинг позволяет организму синтезировать разные по структуре и свойствам белки на базе одного гена. Такие гены кодируют семейства родственных белков, участвующих в мышечных сокращениях, формировании цитоскелœета͵ нервных
волокон, пептидных гормонов и др.

Рис. 34. Вероятный механизм спайсинга:

Е – ферментный комплекс (с нуклеазной и лигазной активностью)

Альтернативный сплайсинг мРНК включает три базовых механизма:

1. Использование разных промоторов. При наличии в гене альтернативных промоторов разные типы РНК могут синтезироваться с разных сайтов инициации транскрипции. Альтернативный промотор – сложный промотор, состоящий по крайней мере из двух независимо функционирующих частей, расположенных перед разными экзонами одного гена. В этом случае образуются транскрипты, имеющие разные по длинœе 5′-концы и разное количество экзонов.

2. Изменение сайта полиаденилирования первичного транскрипта. В результате изменяются размеры и структура 3′-концевого участка пре-мРНК.

3. Соединœение экзонов в различных комбинациях. При этом часть экзонов может не включаться в сплайсинᴦ. К примеру, в случае если ген содержит всœего шесть экзонов (с 1-го по 6-й), в одном типе мРНК они могут располагаться в порядке 1,2,3,4,5,6, в других РНК порядок должна быть иным, к примеру 4,5,6,1,2,3, или 2,5,6, или 1,3,5.

Альтернативный сплайсинг обеспечивает тонкую регуляцию работы генов у эукариот, дифференцировку тканей, определяет развитие различных признаков, детерминированных одним геном. У человека около 1/3 всœех генов может кодировать более одного белка, т. е. разные белки кодируются разными сочетаниями экзонов одного и того же гена. Наличие альтернативного сплайсинга может объяснить тот факт, что количество белков в организме человека в несколько раз больше, чем число белок-кодирующих генов.

Процессинг РНК - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Процессинг РНК" 2017, 2018.

У прокариотических организмов первичные транскрипты -кодирующих генов начинают использоваться в качестве матриц белкового синтеза еще до полного завершения транскрипции. Транскрипция и трансляция у прокариот - это сопряженный процесс. Транскрипты прокариотических рРНК и тРНК имеют гораздо большую протяженность, чем соответствующие зрелые молекулы РНК. Так, многие тРНК-транскрипты содержат более одной молекулы тРНК. Таким образом, для прокариотических организмов процессинг первичных рРНК-и тРНК-транскриптов является необходимым этапом образования зрелых молекул.

Практически все первичные транскрипты РНК у эукариот подвергаются сложному процессингу в период между их синтезом и началом реализации ими соответствующей функции - в роли мРНК или в роли самостоятельных структурных факторов, таких, как или тРНК. Процессинг происходит в первую очередь в самом ядре. Процессинг включает кэпирование, реакции расщепления и лигировання, присоединение дополнительных концевых нуклеотидов и нуклеозидную модификацию. От 50 до 75% ядерной РНК млекопитающих, включая и 5-кэпированные цепи, не входит в дальнейшем в состав цитоплазматических мРНК. Эта величина внутриядерной потери РНК значительно выше, чем та, которую можно подсчитать, учитывая только удаление некодирующих областей транскриптов (см. ниже). Точная функция «избыточной» РНК ядра клеток млекопитающих остается пока неизвестной.

Благодаря развитию методов рестрикционного картирования и секвенирования молекул ДНК удалось установить, что во многих генах эукариот между экзонами (т. е. кодирующими фрагментами последовательности) располагаются протяженные участки ДНК, не несущие генетической информации, непосредственно транслируемой в аминокислотную последовательность белков (см. гл. 38). Такие промежуточные последовательности, или интроны, обнаруживаются в большинстве, но не во всех генах высших эукариот. Первичные транскрипты структурных генов включают и участки, соответствующие нитронам. В ходе процесса, называемого «сплайсинг», эти участки первичного транскрипта точно вырезаются, а соответствующие экзоны - сшиваются. Процесс протекает в ядре, затем сформировавшиеся молекулы мРНК выходят в цитоплазму, где и происходит их трансляция (рис. 39.9).

До сих пор неизвестны точные механизмы безошибочного вырезания интронов и сшивания экзонов, транспорта РНК в цитоплазму. Однако исследования последних лет дали много новой информации об этих процессах. Хотя последовательности нуклеотидов в интронах даже в пределах одного транскрипта очень гетерогенны, удается выявить консенсусную последовательность для каждого из двух участков соединения интронов с экзонами (сайтов сплайсинга) (рис. 39.10). Консенсусная последовательность сайтов сплайсинга на границе интрон-экзон не настолько

Рис. 39.9. Расположение кодирующих и некодирующих последовательностей (интронов) в структуре гена куриного овальбумина. На рисунке информационные сегменты, входящие в состав зрелой мРНК, пронумерованы и выделены черным цветом. Первичный транскрипт начинается левее L-экзона и заканчивается в З-нетранслируемой области за экзоном 7. В нижней части рисунка представлена структура зрелой мРНК; над ней указаны номера экзонов, а под ней - порядковые номера нуклеотидов, точка инициации трансляции и положение стоп-кодона.

уникальна, чтобы гарантировать ее строго специфическое расщепление исключительно за счет действия какой-либо специализированной эндонуклеазы. Присутствующая в значительных количествах малая ядерная РНК (РНК U1) содержит последовательность, комплементарную консенсусной последовательности сайта сплайсинга (рис. 39.11). Кроме того, установлено, что молекулы U1-PHK в эукариотическом ядре специфически связываются с определенными белковыми факторами. Такие РНК-белковые комплексы избирательно ассоциируются с 5- и 3-последовательностями сайтов сплайсинга в РНК. Антитела против U1-белкового комплекса ингибируют процесс вырезания интронов in vitro.

Интересно, что у пациентов с аутоиммунным заболеванием - системной красной волчанкой - обнаружены антитела против некоторых специфических U1-белковых комплексов. Как это связано непосредственно с самим заболеванием, пока неясно.

Недавно было установлено, что в процессе удаления интронов из молекул-предшественников мРНК образуется необычная петлеобразная структура. Оказалось, что 5-конец последовательности интрона соединяется Т-5-фосфодиэфирной связью с аденилатом, расположенным на расстоянии 28-37 нуклеотидов от его 3-конца. Этот процесс и соответствующие структуры схематически представлены на рис. 39.12.

Что касается загадки взаимоотношений и соответствующих зрелых то ее уже можно считать разгаданной. Гетерогенная ядерная РНК представляет собой первичные транскрипты плюс молекулы, находящиеся на ранних стадиях процессинга, которые после кэпирования, добавления poly А-хвоста и удаления интронов транспортируются в цитоплазму уже в форме зрелых

Процессинг является еще одной потенциальной точкой регуляции экспрессии генов. Так, была продемонстрирована возможность альтернативного сплайсинга для одного и того же первичного транскрипта. Например, мРНК а-амилазы из слюнных желез и из печени крысы отличаются друг от друга структурой 5-концевых участков последовательности. Остальные участки мРНК, включая кодирующую область и сайт полиаденилирования, - идентичны. Дальнейший анализ показал, что для присоединения к одному и тому же «телу» мРНК двух различных кэпированных лидирующих последовательностей

Рис. 39.11. Предполагаемый механизм идентификации сайта сплайсинга при удалении интронов из образует комплементарный комплекс с дистальным концом консенсусной последовательности сайта сплайсинга на З-конце экзона а. Другой конец взаимодействует с консенсусным сайтом сплайсинга экзона b. Структура, обозначенная линией точек, вырезается, и молекула сшивается по остаткам G (затемненный прямоугольник).

Рис. 39.12. Предполагаемый путь сплайсинга Расщепление в -сайте сопровождается образованием петли и последующим ее высвобождением за счет отщепления от экзона b. Интрон изображен линией, экзоны а и b - квадратами. Эти реакции происходят при участии объединенных в прочный комплекс, входящий в состав рибонуклеопротеиновой структуры, которая получила название «сплайсосома».

используются разные сайты сплайсинга. Другой пример альтернативного сплайсинга - образование молекул мРНК, кодирующих две тяжелые цепи иммуноглобулинов. Одна молекула мРНК кодирует мембраносвязанную тяжелую цепь, а другая - секретируемую тяжелую цепь (см. гл. 41). Таким образом, сплайсинг необходим для формирования зрелых молекул мРНК и, кроме того, может использоваться в качестве одного из механизмов дифференциальной экспрессии генов.

Как оказалось, по крайней мере одна из форм Р-талассемии, болезни, при которой заметно снижен уровень экспрессии одной из цепей гемоглобина, является результатом нуклеотидной замены на границе интрон-экзон, что препятствует удалению интрона и ведет к снижению или полному подавлению синтеза Р-цепи.

Матричные РНК (мРНК)

Как упоминалось выше, молекулы млекопитающих содержат «кэпирующую» структуру на 3"-конце и в большинстве случаев полиаденилатный «хвост» на 3"-конце. Кэпирующая структура добавляется к мРНК в ядре до переноса мРНК в цитоплазму. Структура polyA присоединяется к 3"-концу транскрипта либо в ядре, либо в цитоплазме. Вторичное метилирование молекулы мРНК, в том числе 2-гидроксильных групп и атомов N6 аденилатных

остатков, происходит после перехода молекулы РНК в цитоплазму. Этот процесс может протекать и в ядре и играть определенную роль при сплайсинге. -Кэпирующая структура, судя по всему, нужна для образования нуклеопротеинового комплекса, в свою очередь необходимого для осуществления сплайсинга. Кроме того, она может участвовать в транспорте и инициации трансляции

Функция полиаденилатного «хвоста» мРНК неизвестна. Во многих случаях присутствие или отсутствие poly А непосредственно не связано с транспортом в цитоплазму, поскольку не все полиаденилированные гетерогенные ядерные РНК выходят в цитоплазму и не все цитоплазматические полиаденилированы. В клетках млекопитающих в ходе процессов, протекающих в цитоплазме, по-лиаденилатные «хвосты» мРНК могут как удлиняться, так и укорачиваться.

Оборот роlуА - содержащих мРНК в культивируемых клетках млекопитающих - процесс первого порядка со значением близким к времени удвоения количества клеток в культуре. Кинетика деградации гистоновых не содержащих poly A-структур, является процессом нулевого порядка, для которого характерна зависимость распада от возраста со временем жизни около 6 часов. Пока неясно, связаны ли эти различия с наличием или отсутствием концевых роlуА-последовательностей или с какими-то иными структурными особенностями молекул мРНК этого класса.

Размер молекул цитоплазматических мРНК даже после удаления poly А-цепочки остается значительно большим (часто в 2-3 раза), чем требуется для кодирования соответствующего полипептида. Избыточные нетранслируемые области есть как на 5-, так и на З-концах транслируемого участка, причем, как правило, 3 -нетранслируемая область достигает большей длины. Точная функция этих последовательностей неизвестна, есть основания считать, что они участвуют в процессинге, транспорте, деградации и трансляции РНК.

Транспортные РНК (тРНК)

Молекулы как описано в гл. 37 и 40, выполняют функцию адапторных молекул при трансляции в белковые последовательности. Молекулы содержат много необычных («минорных») нуклеиновых оснований. Некоторые из них представляют собой метилированные производные обычных оснований, другие - содержат нетрадиционные гликозидные связи. Молекулы тРНК как про-, так и эукариот первоначально транскрибируются в виде больших предшественников, которые часто содержат более одной молекулы тРНК, подвергающихся нуклеолнтическому процессингу при действии рибонуклеаз особого класса. Кроме того, гены некоторых тРНК содержат единичный интрон длиной 10-40 нуклеотидов, расположенный непосредственно перед участком, соответствующим антико-доновому плечу. Поэтому процессинг первичных транскриптов многих тРНК-молекул должен включать этап удаления интронов и точного сплайсинга в кодон - узнающей области. Этот этап имеет критическое значение для выполнения тРНК функции адапторных молекул при синтезе белка. Нуклеолитический процессинг предшественников тРНК, по-видимому, направляется не собственно нуклеотидной последовательностью, а особой трехмерной структурой, которую могут формировать молекулы тРНК, и потому реализуется только для молекул, способных к сворачиванию в определенные функциональные структуры.

Дальнейшие модификации молекул тРНК включают алкилирование нуклеотидов и присоединение характерного CCA-триплета к З-концу молекулы. Этот триплет служит точкой присоединения соответствующей аминокислоты, направляемой данной молекулой тРНК в реакцию синтеза полипептида. Метилирование предшественников тРНК млекопитающих происходит, вероятно, в ядре, а расщепление и присоединение ССА-триплета - в цитоплазме, поскольку скорость оборота для концевой части тРНК оказывается выше, чем для молекулы в целом. Для присоединения аминокислоты к CCA-концу требуются определенные ферменты цитоплазмы клеток млекопитающих.

Рибосомные РНК (рРНК)

В клетках млекопитающих молекулы рибосомных РНК (двух основных и одной минорной) транскрибируются в составе большого общего первичного транскрипта (рис. 39.13). Процессинг этого транскрипта с образованием зрелых транспортируемых в цитоплазму, происходит в ядрышке, где собственно и локализованы сами гены рибосомных РНК. В каждой клетке присутствуют сотни копий этих генов. Транскрипционные единицы содержат последовательности расположенные друг за другом в направлении 5-3. Первичный транскрипт размером подвергается интенсивному метилированию непосредственно в ядрышке. В этом -предшественнике участок, соответствующий содержит 65 метилированных рибозных остатков и 5 метилированных нуклеиновых оснований. Метилирование идет только на участках, формирующих в дальнейшем зрелые молекулы рРНК. 458-предшественник подвергается нуклеолнтическому процессингу, однако сигналы процессинга заметно отличаются от соответствующих сигналов в Вероятно, и механизм процессинга также отличается от механизма нуклеолитического процессинга при созревании

Рис. 39.13. Схема формирования зрелых рибосомных РНК в ходе процессинга молекул РНК-предшественников. Конечный продукт обозначен черными прямоугольниками. (Reproduced, with permission from Perry R. P.: Processing of RNA Annu. Rev. Biochem. 1976, 45:605.)

Почти половина исходного первичного транскрипта (рис. 39.13) подвергается деградации. В ходе процессинга в ядрышках происходит дальнейшее метилирование, и там же связываясь с рибосомными белками, формирует большую -субъединицу рибосомы. Молекула также образуется в ядрышке и входит составной частью в большую рибосомную субъединицу. Молекула в комплексе с набором соответствующих полипептидов образует малую -субъединицу рибосомы.

Созревание мРНК называется процессингом. Биологиче­ское значение процессинга в эукариотической клетке заключа­ется в возможности получения различных комбинаций экзонов гена, а значит, получения большего разнообразия белков, ко­дируемых одной нуклеотидной последовательностью ДНК.

Кроме того модификация 3’- и 5’-концов мРНК служит для регу­ляции ее экспорта из ядра, поддержания стабильности в цито­плазме и для улучшения взаимодействия с рибосомами.

Еще до завершения транскрипции происходит полиадени- лирование З’-конца (разд. 6.3). К 5"-концу мРНК посредством трифосфатного моста присоединяется 7-метилгуанозин, соеди­няющийся в необычной позиции 5"^5", и происходит метилиро­вание рибоз двух первых нуклеотидов. Этот процесс называется кэпированием.

Процесс вырезания определенных нуклеотидных последо­вательностей из молекул РНК и соединения последовательно­стей, сохраняющихся в «зрелой» молекуле, в ходе процессинга РНК, называется сплайсингом. В ходе сплайсинга из мРНК уча­стки, не кодирующие белок (интроны), удаляются, а экзоны - участки, кодирующие аминокислотную последовательность, со­единяются друг с другом, и незрелая пре-мРНК превращается в зрелую мРНК, с которой синтезируются (транслируются) белки клетки.

Для сплайсинга необходимо наличие специальных 3"- и 5"- последовательностей. Сплайсинг катализируется состоящим из РНК и белков большим комплексом, который называется сплайсосомой. Сплайсосома включает пять малых ядерных ри- бонуклеопротеидов (мяРНП) - и1, и2, и4, и5 и иб. РНК, вхо­дящая в состав мяРНП, взаимодействует с интроном и, возможно, участвует в катализе. Она принимает участие в сплайсинге интронов, содержащих в 5" сайте ГУ, и АГ в 3" сплайсинг-сайте.

Иногда мРНК в процессе созревания могут подвергаться альтернативному сплайсингу, который заключается в том, что имеющиеся в составе пре-мРНК интроны вырезаются в разных альтернативных комбинациях, при которых вырезаются и неко­торые экзоны. Некоторые из продуктов альтернативного сплай­синга пре-мРНК нефункциональны, как например, при определении пола у плодовой мушки дрозофилы, однако часто в результате альтернативного сплайсинга пре-мРНК одного ге­на образуются многочисленные мРНК и их белковые продукты.

В настоящее время известно, что у человека 94 % генов подвержено альтернативному сплайсингу (остальные б % генов не содержат интронов). Альтернативный сплайсинг у многокле­точных эукариот является ключевым механизмом увеличения разнообразия белков, не создавая избыточных копий гена, а также позволяет осуществлять тканеспецифическую и стадиес­пецифическую регуляцию экспрессии (проявления) генов.