суббота, 6 декабря 2014 г.

Редактирование РНК и его значение

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