К редактированию РНК
относят процессы инсерции, делеции и внесения нуклеотидных замен; сплайсинг,
полиаденилирование и деградацию рассматривают как отдельные от этого процесса
явления. Превращение аденозина в инозин с участием белков ADAR – наиболее распространённый
путь редактирования мРНК у млекопитающих. Сходная замена характерна и для тРНК,
но за это отвечают белки семейства ADAT, более древнего, чем ADAR, найденного
ещё у прокариот, но родственного ADAR. Известны и другие варианты редактирования:
встраивание в пре-мРНК уридина с участием малых гидовых РНК в митохондриях, встраивание
цитидина при транскрипции РНК в органеллах, замена цитидина на уридин в
пре-МРНК ядерного и митохондриального происхождения, замены гуанозина на аденозин
и уридина на цитидин с разрывом цепи. Ниже будет более подробно рассказано о
наиболее изученном варианте редактирования – превращении аденозина в инозин
путём дезаминирования.
Редактирование мРНК –
механизм, с помощью которого могут формироваться или стираться сайты сплайсинга,
возникать несинонимичные кодоны, поскольку инозин при трансляции распознаётся
как гуанозин, происходить дестабилизация цепей или формирование сайтов для
микроРНК, что ведёт к разрушению транскрипта. Наблюдается редактирование и в малых
интерферирующих РНК и микроРНК, оно останавливает их созревание, но, вероятно, может
влиять и на функцию, изменяя специфичность молекулы. Редактирование считается одним
из основных механизмов контроля микроРНК. Особенно подвержены редактированию
повторы транспозонового происхождения, в частности, Alu и подобные им, чаще
всего представленные в интронах и некодирующих участках. Два прилежащих
разнонаправленных повтора Alu формируют шпильку – субстрат ADAR. Возможно,
редактирование защищает геном от экспансии повторов путём дестабилизации их РНК,
поскольку РНК с отредактированными повторами Alu связывается в ядре, однако некоторые
транскрипты выходят в цитоплазму. Принцип регуляции этого процесса неясен.
Белки ADAR, осуществляющие данный процесс,
распознают двуцепочечные шпильки РНК, причём не по последовательности, а по
вторичной структуре. Они взаимодействуют с двуцепочечным участком размером от
15–20 пар оснований, но более активны в участках более 100 пар нуклеозидов. Существуют,
вероятно, и специфические распознаваемые последовательности вне двуцепочечного
участка, но они пока не охарактеризованы. Строгая комплементарность цепей в
участке редактирования – необходимое требование для дальнейшей работы ферментов.
Сайты редактирования сложно распознать при исследовании генома, специфического
состава они не имеют.
ADAR найдены у животных,
растений и грибов, они очень консервативны. ADAR1 и ADAR2 активны в виде димеров,
а ADAR3 находят обычно в виде мономера. ADAR3 – паралог ADAR2, и найден только
у позвоночных, и синтезируется только в клетках нервной системы, функция его неясна,
и, возможно, она заключается в снижении активности ADAR1 и ADAR2 путём связывания с ними. В реакционном
центре ADAR1 и ADAR2 содержится цинк, а рядом с ним связан инозитол гексакисфосфат,
задействованный в удержании сложной структуры положительно заряженных цепей за
счёт отрицательного заряда. Некоторые виды теряют один из генов, например у Drosophila
есть только ADAR2.
Редактирование пре-мРНК
происходит в ядре, где локализованы белки ADAR. Ядерная изоформа ADAR1 p110 и
ADAR2 экспрессируются конститутивно. ADAR1 p110 и ADAR2 динамически ассоциированы с
ядрышком. Изоформа ADAR1 p150 выходит в цитоплазму, она находится под альтернативным
промотором, регулируемым интефероном и защищает клетки от РНК-вирусов, приводя
к редактированию более 50% аденозина в
их геноме. Однако некоторые вирусы адаптировались к данному процессу и
используют его в своих интересах. Например, ADAR1 взаимодействует с
одноцепочечной РНК генома вируса гепатита дельта, редактирование заменяет
стоп-кодон на триптовановый. Более короткая форма э того белка нужна при
репликации, а более длинная – при упаковке. Так осуществляется переключение от
одного процесса на другой. Задействован ADAR1L и в репликации ВИЧ и кори. ADAR1 содержит
три домена, связывающих двуцепочечную РНК. ADAP1 p 110 содержит один домен, связывающий
Z-ДНК, в p150 длинной таких домена два. За счёт этих доменов ADAR1 может
взаимодействовать с ДНК в Z-форме, которая присутствует при транскрипции, и
левозакрученной РНК.
Нарушения редактирования
чаще влияют на функции более «высоких» порядков, чем на базовые клеточные
процессы, например, на поведение, хотя в экспериментах на мышах показано, что
редактирование важно для поддержания стволовых клеток. Особенно изучено
значение редактирования для работы нервной системы. В мРНК рецептора глутамата GluR
глютаминовый кодон редактируется в аргининовый, продукт отредактированной мРНК
не пропускает кальций. Нарушение редактирования GluR у мышей не совместимо с
жизнью из-за избыточного поступления кальция в нейроны, ведущего к их гибели. Рецептор
серотонина 2C, 5-HT2CR, содержит три сайта редактирования, ведущего к
формированию разнообразных изоформ, ADAR1 специфичен к одному из сайтов, ADAR2 –
к другому, а к третьему сайту специфичны оба. У людей с нарушением
редактирования 5-HT2CR наблюдается
суицидальная депрессия. Редактирование мРНК нужно и для регуляции ADAR2,
полученная после редактирования форма содержит сдвиг рамки считывания, она
нефункциональна. Это механизм обратной связи.
В опухолевых клетках
редактирование с образованием инозина также подавляется, что процесс может быть
связано с изменениями экспрессии микроРНК, миграцией и инвазией. Нарушения
редактирования возникают при аутоиммунных и воспалительных заболеваниях. Мыши с
нокаутом ADAR1 погибают до рождения из-за апоптоза клеток. У мышей ADAR2 важен
для работы нервной системы, его дефицит ведёт к эпилепсии. У дрозофил потеря
ADAR (единственного) ведёт к нарушениям подвижности, нейродегенеративным
изменениям, нарушениям репродуктивного поведения. У человека врождённые нарушения
редактирования РНК ведут к нарушениям пигментации кожи, эпилепсии и шизофрении.
Комментариев нет:
Отправить комментарий