Interested Article - Редактирование РНК

belle
  • 2020-09-29
  • 1

Строение эдитосомы — комплекса, осуществляющего редактирование РНК путём вставки или делеции

Редакти́рование РНК ( англ. RNA editing) — процесс, в ходе которого нуклеотиды в новосинтезированной РНК подвергаются химическим модификациям. Редактирование РНК также может включать вставку , делецию или замену нуклеотидов в молекуле РНК. Редактирование РНК — довольно редкий процесс, и типичные этапы процессинга мРНК ( кэпирование , полиаденилирование , сплайсинг ) обычно не рассматриваются как редактирование.

Редактированию подвергаются некоторые тРНК , рРНК , мРНК и микроРНК у эукариот и поражающих их вирусов , а также прокариот . Редактирование РНК происходит в клеточном ядре и цитозоле , а также в митохондриях и пластидах . У позвоночных редактирование РНК происходит редко и обычно выражается во внесении лишь небольших изменений в молекулу РНК. У некоторых других организмов, напротив, редактирование РНК происходит так интенсивно, что в конечной мРНК остаётся лишь несколько неотредактированных нуклеотидов. Процессы редактирования РНК очень разнообразны и в ходе эволюции появились независимо. Редактирование РНК может приводить к превращению цитидина (C) в уридин (U) и аденозина (A) в инозин (I) в результате дезаминирования , а также присоединению к РНК новых нуклеотидов и удалению уже входящих в её состав. Редактирование РНК может так изменить мРНК, что поменяется аминокислотный состав кодируемого белка и он будет отличаться от полипептида , предсказанного по последовательности гена .

Редактирование путём вставки или делеции

Эффект вставки урацилов в пре-мРНК

Редактирование РНК путём встраивания или удаления урацилов было описано в митохондриях кинетопластид . Редактирование РНК начинается со спаривания нередактированного транскрипта с направляющей (гидовой) РНК , которая содержит комплементарные последовательности около сайтов встраивания или удаления. Образующийся двуцепочечный участок далее покрывается эдитосомой — крупным многобелковым комплексом , катализирующим редактирование РНК . Эдитосома начинает встраивание уридинов по первому положению неспаренных нуклеотидов. Встраиваемые уридины образуют комплементарные связи с направляющей РНК, и встраивание продолжается, пока в направляющей РНК встречаются A или G, и останавливается при появлении C или U . Встраиваемые нуклеотиды вызывают сдвиг рамки считывания и приводят к тому, что транслируемый белок отличается от кодирующей области гена .

В ходе редактирования происходит разрезание по сайту, где не образуются комплементарные пары между направляющей РНК и нередактированным транскриптом. Следующая стадия катализируется ферментом концевой уридинтрансферазой, которая добавляет U из UTP к 3'-концу мРНК . «Открытые» концы удерживаются другими белками эдитосомного комплекса. Другой фермент, U-специфичная , удаляет неспаренные уридины. После того как эдитосомный комплекс делает последовательность мРНК комплементарной направляющей РНК, РНК- лигаза соединяет концы отредактированной мРНК . Эдитосомный комплекс способен редактировать мРНК лишь в направлении от 3'-конца к 5'-концу . Комплекс способен редактировать только по одной РНК в момент времени. РНК, для которой требуется значительное редактирование, нуждается в нескольких направляющих РНК и нескольких эдитосомных комплексах.

Редактирование посредством дезаминирования

Редактирование C → U

Редактирование C → U в человеческом гене apoB

Под действием фермента происходит реакция дезаминирования , превращающая цитидин в урацил. Редактирование C → U может быть рассмотрено на примере гена аполипопротеина B у человека . В печени экспрессируется его изоформа Apo B100, а в кишечнике — apo B48. В клетках кишечника мРНК аполипопротеина B подвергается C → U редактированию, из-за которого кодон CAA превращается в стоп-кодон UAA, и синтезируется изоформа apo B48. Редактирование C → U часто происходит в митохондриальных РНК цветковых растений . У разных растений интенсивность редактирования C → U варьирует: у мха в митохондриальных РНК происходит восемь актов редактирования, а у плауна — около 1700 . Превращение C → U осуществляется семейством белков с пентатрикопептидными повторами ( англ. pentatricopeptide repeat, PPR). Это семейство богато представлено у цветковых растений: так, у Arabidopsis насчитывается 450 белков этого семейства. Белки PPR были описаны также в пластидах и митохондриях .

Редактирование A → I

На долю превращений аденозина в инозин (A → I) приходится около 90 % всех случаев редактирования РНК. Дезаминирование аденозина катализируется ( англ. double-stranded RNA-specific adenosine deaminase, ADAR), которые обычно действуют на предшественников мРНК (пре-мРНК). Дезаминирование аденозина с образованием инозина разрушает спаривание оснований в двуцепочечной РНК (дцРНК), поэтому некоторые двуцепочечные РНК дают начало меньшему количеству малых интерферирующих РНК , чем другие. В дезаминированной дцРНК формируются wobble-взаимодействия между парами оснований, из-за чего молекула приобретает необычную структуру, подавляющую инициацию трансляции . РНК, содержащая пары U — I, привлекает , участвующие в образовании гетерохроматина , кроме того, сайты редактирования A → I часто совпадают с сайтами связывания с микроРНК, что создаёт конкуренцию между двумя процессами . Редактирование A → I активно изучается в связи с концепцией , которая гласит, что химические модификации РНК могут влиять на её функции . Когда в ходе трансляции рибосома встречается с инозином, она распознаёт его как гуанин , хотя некоторые исследования свидетельствуют, что I может считываться как A и U. Кроме того, показано, что рибосома замедляется, когда встречает инозин в мРНК .

Интенсивность редактирования A → I может быть тканеспецифичной , как в случае человека . В числе факторов, влияющих на интенсивность редактирования, называют эффективность сплайсинга пре-мРНК .

В связи с интенсивным развитием технологий высокопроизводительного секвенирования стало возможным создание баз данных , содержащих сведения о редактировании различных РНК. В 2013 году был открыт каталог RADAR (от англ. Rigorously Annotated Database of A-to-I RNA editing), содержащий сайты редактирования A → I, а также данные о таких тканеспецифичных заменах у человека, мыши и дрозофилы . В базу постоянно заносятся новооткрытые сайты редактирования .

Альтернативное редактирование мРНК

В случае гена было описано альтернативное редактирование РНК U → C , кроме того, случаи неканонического редактирования G → A известны для транскриптов K в нормальных и злокачественных клетках толстой кишки . Редактирование G → A было также отмечено, наряду с неклассическим превращением U → C, в транскриптах триптофангидроксилазы 2 в нейронах . Хотя наиболее простым механизмом превращения U → C может быть обратное аминирование , предполагается, что в митохондриальных транскриптах в основе редактирования U → C лежат реакции трансаминирования и трансгликозилирования . В середине 2010-х годов исследование редактирования G → A в транскрипте WT1 показало, что это превращение наиболее активно происходит в двух точках под действием фермента (каталитический полипептид 3A фермента редактирования мРНК аполипопротеина B) .

Редактирование РНК в митохондриях и пластидах растений

Многочисленные исследования показали, что в митохондриях растений РНК подвергается только редактированию C → U и, очень редко, U → C . Сайты редактирования находятся преимущественно в кодирующих областях мРНК, интронах и других нетранслируемых областях . Редактирование РНК может быть необходимым для восстановления функциональности молекул тРНК . Хотя сайты редактирования C → U в пластидах и митохондриях изучены относительно хорошо , все белки, образующие соответствующие эдитосомы, ещё не идентифицированы. Показано, что в распознавании сайтов редактирования участвуют члены многочисленного белкового семейства PPR . Для редактирования в некоторых сайтах необходимы белки семейства MORF (от англ. Multiple Organellar RNA editing Factor). Так как некоторые белки семейства MORF взаимодействуют с членами семейства PPR, возможно, что белки MORF входят в состав эдитосомы . Ферменты, ответственные за дезаминирование и трансаминирование в органеллах , ещё не определены, но, возможно, эти реакции осуществляют члены семейства PPR. Редактирование РНК необходимо для нормального клеточного дыхания и трансляции в клетках растений . Редактирование антикодоновой петли может восстанавливать функциональность молекул тРНК .

Редактирование РНК у вирусов

Некоторые вирусы, такие как возбудители кори , и парагриппа , используют редактирование РНК для получения новых вариантов белков . Вирусные РНК синтезируют кодируемые вирусами РНК-зависимые РНК-полимеразы , которые иногда «запинаются» на определённых сочетаниях нуклеотидов. Остановка РНК-полимеразы может привести к вставке дополнительных гуаниновых или адениноных нуклеотидов. Вставка дополнительных нуклеотидов смещает рамку считывания , что приводит к образованию новых форм белков. Кроме того, к 3'-концу созревающих вирусных мРНК может добавляться до нескольких сотен дополнительных адениновых нуклеотидов, которые стабилизируют мРНК .

Функции

Редактирование РНК может выполнять несколько функций. В частности, оно может быть связано с деградацией РНК. В 2008 году было показано, что ADAR и (фермент, участвующий в нонсенс-опосредованном распаде ) взаимодействуют друг с другом и со сплайсосомой , формируя супрасплайсосому, и могут подавлять экспрессию некоторых генов. Подобно альтернативному сплайсингу , редактирование РНК может приводить к появлению новых форм белков за счёт замен, а также появления или удаления сайтов сплайсинга. Редактирование некодирующих РНК может изменить их структуру или привести к новым мутациям в вирусных геномах. Редактирование РНК может также представлять собой механизм защиты от ретротранспозонов .

Функции редактирования РНК

Происхождение и эволюция

У истоков редактирования РНК животных могли стоять мононуклеотиддезаминазы, которые дали начало обширным белковым семействам, включающим такие ферменты редактирования РНК, как ADAR и . Последовательности этих генов сближают их с бактериальными дезаминазами, участвующими в метаболизме нуклеотидов. Аденозиндезаминаза кишечной палочки Escherichia coli не может катализировать дезаминирование нуклеозида в РНК: её «карман», в котором и происходит реакция, слишком мал, чтобы вместить целую молекулу РНК. Однако расширение активного сайта наблюдается в человеческих белках APOBEC1 и ADAR, которые могут катализировать дезаминирование РНК . Масштабное редактирование РНК, зависимое от направляющих РНК, такое как вставка нескольких уридиновых нуклеотидов у трипаносом , представляет собой совершенно иную биохимическую реакцию. Ферменты, ответственные за этот процесс, произошли от абсолютно других предшественников . Однако специфичность вставки нуклеотидов, определяемая взаимодействием направляющей РНК с мРНК, схожа с процессом редактирования тРНК, протекающим в митохондриях животных и амёб . Более того, этот процесс схож с метилированием рибозы в рРНК с участием направляющих РНК, которое происходит у всех эукариот .

Кардинально различающиеся пути редактирования РНК свидетельствуют, что они возникали независимо в ходе эволюции . В некоторых источниках редактирование РНК рассматривают как процесс, направленный на устранение дефектов в последовательностях генов или их компенсацию .

См. также

Примечания

  1. Su A. A. , Randau L. (англ.) // Biochemistry. Biokhimiia. — 2011. — August (vol. 76 , no. 8). — P. 932—937 . — doi : . — . [ ]
  2. Brennicke A. , Marchfelder A. , Binder S. (англ.) // FEMS Microbiology Reviews. — 1999. — June (vol. 23 , no. 3). — P. 297—316 . — doi : . — . [ ]
  3. Benne R. (англ.) // European Journal Of Biochemistry. — 1994. — 1 April (vol. 221 , no. 1). — P. 9—23 . — doi : . — . [ ]
  4. ↑ Arts G. J. , Benne R. (англ.) // Biochimica Et Biophysica Acta. — 1996. — 3 June (vol. 1307 , no. 1). — P. 39—54 . — doi : . — . [ ]
  5. ↑ Alfonzo J. D. , Thiemann O. , Simpson L. (англ.) // Nucleic Acids Research. — 1997. — 1 October (vol. 25 , no. 19). — P. 3751—3759 . — doi : . — . [ ]
  6. ↑ Blum B. , Bakalara N. , Simpson L. (англ.) // Cell. — 1990. — 26 January (vol. 60 , no. 2). — P. 189—198 . — doi : . — . [ ]
  7. ↑ Kable M. L. , Heidmann S. , Stuart K. D. (англ.) // Trends In Biochemical Sciences. — 1997. — May (vol. 22 , no. 5). — P. 162—166 . — . [ ]
  8. ↑ Simpson L. , Thiemann O. H. (англ.) // Cell. — 1995. — 16 June (vol. 81 , no. 6). — P. 837—840 . — doi : . — . [ ]
  9. ↑ Stuart K. (англ.) // Trends In Biochemical Sciences. — 1991. — February (vol. 16 , no. 2). — P. 68—72 . — . [ ]
  10. van der Spek H. , Arts G. J. , Zwaal R. R. , van den Burg J. , Sloof P. , Benne R. (англ.) // The EMBO Journal. — 1991. — May (vol. 10 , no. 5). — P. 1217—1224 . — . [ ]
  11. Takenaka M. , Verbitskiy D. , Zehrmann A. , Härtel B. , Bayer-Császár E. , Glass F. , Brennicke A. (англ.) // Mitochondrion. — 2014. — November (vol. 19 Pt B). — P. 191—197 . — doi : . — . [ ]
  12. Shikanai T. (англ.) // Biochimica Et Biophysica Acta. — 2015. — September (vol. 1847 , no. 9). — P. 779—785 . — doi : . — . [ ]
  13. Nishikura K. (англ.) // Annual Review Of Biochemistry. — 2010. — Vol. 79 . — P. 321—349 . — doi : . — . [ ]
  14. Tajaddod M. , Jantsch M. F. , Licht K. (англ.) // Chromosoma. — 2016. — March (vol. 125 , no. 1). — P. 51—63 . — doi : . — . [ ]
  15. Licht K. , Jantsch M. F. (англ.) // The Journal Of Cell Biology. — 2016. — 11 April (vol. 213 , no. 1). — P. 15—22 . — doi : . — . [ ]
  16. Licht K. , Hartl M. , Amman F. , Anrather D. , Janisiw M. P. , Jantsch M. F. (англ.) // Nucleic Acids Research. — 2019. — 10 January (vol. 47 , no. 1). — P. 3—14 . — doi : . — . [ ]
  17. Stulić M. , Jantsch M. F. (англ.) // RNA Biology. — 2013. — October (vol. 10 , no. 10). — P. 1611—1617 . — doi : . — . [ ]
  18. Licht K. , Kapoor U. , Mayrhofer E. , Jantsch M. F. (англ.) // Nucleic Acids Research. — 2016. — 27 July (vol. 44 , no. 13). — P. 6398—6408 . — doi : . — . [ ]
  19. Ramaswami G. , Li J. B. (англ.) // Nucleic Acids Research. — 2014. — January (vol. 42). — P. D109—113 . — doi : . — . [ ]
  20. Sharma P. M. , Bowman M. , Madden S. L. , Rauscher FJ 3rd. , Sukumar S. (англ.) // Genes & Development. — 1994. — 15 March (vol. 8 , no. 6). — P. 720—731 . — doi : . — . [ ]
  21. Klimek-Tomczak K. , Mikula M. , Dzwonek A. , Paziewska A. , Karczmarski J. , Hennig E. , Bujnicki J. M. , Bragoszewski P. , Denisenko O. , Bomsztyk K. , Ostrowski J. (англ.) // British Journal Of Cancer. — 2006. — 27 February (vol. 94 , no. 4). — P. 586—592 . — doi : . — . [ ]
  22. Grohmann M. , Hammer P. , Walther M. , Paulmann N. , Büttner A. , Eisenmenger W. , Baghai T. C. , Schüle C. , Rupprecht R. , Bader M. , Bondy B. , Zill P. , Priller J. , Walther D. J. (англ.) // PloS One. — 2010. — 29 January (vol. 5 , no. 1). — P. e8956—8956 . — doi : . — . [ ]
  23. Castandet B. , Araya A. (англ.) // Biochemistry. Biokhimiia. — 2011. — August (vol. 76 , no. 8). — P. 924—931 . — doi : . — . [ ]
  24. Niavarani A. , Currie E. , Reyal Y. , Anjos-Afonso F. , Horswell S. , Griessinger E. , Luis Sardina J. , Bonnet D. (англ.) // PloS One. — 2015. — Vol. 10 , no. 3 . — P. e0120089—0120089 . — doi : . — . [ ]
  25. Covello P. S. , Gray M. W. (англ.) // Nature. — 1989. — 19 October (vol. 341 , no. 6243). — P. 662—666 . — doi : . — . [ ]
  26. Gualberto J. M. , Lamattina L. , Bonnard G. , Weil J. H. , Grienenberger J. M. (англ.) // Nature. — 1989. — 19 October (vol. 341 , no. 6243). — P. 660—662 . — doi : . — . [ ]
  27. ↑ Hiesel R. , Wissinger B. , Schuster W. , Brennicke A. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 1989. — 22 December (vol. 246 , no. 4937). — P. 1632—1634 . — doi : . — . [ ]
  28. Hoch B. , Maier R. M. , Appel K. , Igloi G. L. , Kössel H. (англ.) // Nature. — 1991. — 12 September (vol. 353 , no. 6340). — P. 178—180 . — doi : . — . [ ]
  29. ↑ Pring D. , Brennicke A. , Schuster W. (англ.) // Plant Molecular Biology. — 1993. — March (vol. 21 , no. 6). — P. 1163—1170 . — . [ ]
  30. ↑ Wissinger B. , Brennicke A. , Schuster W. (англ.) // Trends In Genetics : TIG. — 1992. — September (vol. 8 , no. 9). — P. 322—328 . — . [ ]
  31. Yan J. , Zhang Q. , Yin P. (англ.) // Science China. Life Sciences. — 2018. — February (vol. 61 , no. 2). — P. 162—169 . — doi : . — . [ ]
  32. Malek O. , Lättig K. , Hiesel R. , Brennicke A. , Knoop V. (англ.) // The EMBO Journal. — 1996. — 15 March (vol. 15 , no. 6). — P. 1403—1411 . — . [ ]
  33. Freyer R. , Kiefer-Meyer M. C. , Kössel H. (англ.) // Proceedings Of The National Academy Of Sciences Of The United States Of America. — 1997. — 10 June (vol. 94 , no. 12). — P. 6285—6290 . — doi : . — . [ ]
  34. Dietrich A. , Small I. , Cosset A. , Weil J. H. , Maréchal-Drouard L. (англ.) // Biochimie. — 1996. — Vol. 78 , no. 6 . — P. 518—529 . — . [ ]
  35. Bock R. , Hermann M. , Fuchs M. (англ.) // RNA (New York, N.Y.). — 1997. — October (vol. 3 , no. 10). — P. 1194—1200 . — . [ ]
  36. Gray M. W. , Covello P. S. (англ.) // FASEB Journal : Official Publication Of The Federation Of American Societies For Experimental Biology. — 1993. — January (vol. 7 , no. 1). — P. 64—71 . — doi : . — . [ ]
  37. Marchfelder A., Binder S., Brennicke A., Knoop V. Preface // Modification and Editing of RNA (неопр.) / Grosjean H., Benne R.. — Washington, DC: (англ.) (, 1998. — С. 307—323.
  38. Takenaka M. , Zehrmann A. , Verbitskiy D. , Härtel B. , Brennicke A. (англ.) // Annual Review Of Genetics. — 2013. — Vol. 47 . — P. 335—352 . — doi : . — . [ ]
  39. Barkan A. , Small I. (англ.) // Annual Review Of Plant Biology. — 2014. — Vol. 65 . — P. 415—442 . — doi : . — . [ ]
  40. Bentolila S. , Oh J. , Hanson M. R. , Bukowski R. (англ.) // PLoS Genetics. — 2013. — June (vol. 9 , no. 6). — P. e1003584—1003584 . — doi : . — . [ ]
  41. Price D. H., Gray M. W. Editing of tRNA // Modification and Editing of RNA (неопр.) / Grosjean H., Benne R.. — Washington, DC: (англ.) (, 1998. — С. 289—306.
  42. Curran J. , Boeck R. , Kolakofsky D. (англ.) // The EMBO Journal. — 1991. — October (vol. 10 , no. 10). — P. 3079—3085 . — . [ ]
  43. Zheng H. , Fu T. B. , Lazinski D. , Taylor J. (англ.) // Journal Of Virology. — 1992. — August (vol. 66 , no. 8). — P. 4693—4697 . — . [ ]
  44. Kolakofsky D., Hausmann S. Chapter 23: Cotranscriptional Paramyxovirus mRNA Editing: a Contradiction in Terms? // Modification and Editing of RNA (неопр.) / Grosjean H., Benne R.. — Washington, DC: (англ.) (, 1998. — С. 413—420.
  45. (неопр.) . Дата обращения: 11 августа 2019. 11 августа 2019 года.
  46. Carter C. W. Nucleoside deaminases for cytidine and adenosine: comparisons with deaminases acting on RNA // Modification and Editing of RNA (неопр.) / Grosjean H., Benne R.. — Washington, DC: (англ.) (, 1998. — С. 363—376.
  47. Navaratnam N. , Fujino T. , Bayliss J. , Jarmuz A. , How A. , Richardson N. , Somasekaram A. , Bhattacharya S. , Carter C. , Scott J. (англ.) // Journal Of Molecular Biology. — 1998. — 30 January (vol. 275 , no. 4). — P. 695—714 . — doi : . — . [ ]
  48. Covello P. S. , Gray M. W. (англ.) // Trends In Genetics : TIG. — 1993. — August (vol. 9 , no. 8). — P. 265—268 . — . [ ]
  49. Lonergan K. M. , Gray M. W. (англ.) // Nucleic Acids Research. — 1993. — 11 September (vol. 21 , no. 18). — P. 4402—4402 . — doi : . — . [ ]
  50. Bachellerie J. P., Cavaille J. Small nucleolar RNAs guide the ribose methylations of eukaryotic rRNAs // Modification and Editing of RNA (неопр.) / Grosjean H., Benne R.. — Washington, DC: (англ.) (, 1998. — С. 255—272.
  51. Speijer D. (англ.) // BioEssays : News And Reviews In Molecular, Cellular And Developmental Biology. — 2011. — May (vol. 33 , no. 5). — P. 344—349 . — doi : . — . [ ]
  52. Stoltzfus A. (англ.) // Journal Of Molecular Evolution. — 1999. — August (vol. 49 , no. 2). — P. 169—181 . — . [ ]

belle
  • 2020-09-29
  • 1
  • Tags:

Same as Редактирование РНК

The title for the last searches