پردازش و بلوغ mRNA

در یوکاریوت‌ها، یک RNA پیام‌رسان پس از رونویسی بلافاصله آماده استفاده نیست. رونوشت اولیه (pre-mRNA) باید در انتهای 5' خود کلاهک‌گذاری شود، اینترون‌های آن از طریق پیرایش حذف گردند، و در انتهای 3' خود شکافته و پلی‌آدنیله شود، پیش از آنکه بتواند از هسته صادر شده و ترجمه شود. این مراحل پردازشی مرتبط، یک رونوشت خام را به یک mRNA بالغ پایدار و قابل ترجمه تبدیل می‌کنند.

Definition

پردازش و بلوغ mRNA مجموعه‌ای از واکنش‌های پسارونویسی — کلاهک‌گذاری 5'، حذف اینترون‌ها از طریق پیرایش، و شکافتن و پلی‌آدنیله شدن انتهای 3' — است که یک pre-mRNA یوکاریوتی را به یک RNA پیام‌رسان بالغ، قابل صدور و قابل ترجمه تبدیل می‌کند.

Scope

این موضوع سه مرحله اصلی هم‌رونویسی و پسارونویسی را که منجر به بلوغ mRNA یوکاریوتی می‌شوند — کلاهک‌گذاری 5'، پیرایش، و شکافتن/پلی‌آدنیله شدن 3' — همراه با ارتباط بین آن‌ها، صدور هسته‌ای، و مسیرهای کنترل کیفی که رونوشت‌های ناهنجار را نظارت می‌کنند، پوشش می‌دهد. پیرایش به تفصیل در موضوعی جداگانه بررسی شده است؛ در اینجا، این مرحله به عنوان یکی از مراحل در فرآیند بلوغ در نظر گرفته می‌شود. این مدخل جنبه آموزشی-مرجع دارد.

Core questions

• چه تغییراتی یک pre-mRNA را به یک mRNA بالغ عملکردی تبدیل می‌کنند؟
• کلاهک‌گذاری، پیرایش، و پلی‌آدنیله شدن چگونه به رونویسی و به یکدیگر مرتبط هستند؟
• سلول چگونه رونوشت‌های نادرست پردازش شده را شناسایی و دفع می‌کند؟
• ویژگی‌های پردازشی مانند کلاهک و دم پلی(A) چگونه بر ترجمه و پایداری بعدی تأثیر می‌گذارند؟

Key concepts

• کلاهک 7-متیل‌گوانوزین 5'
• شکافتن و پلی‌آدنیله شدن 3'
• Pre-mRNA و mRNA بالغ
• همبستگی هم‌رونویسی
• صدور هسته‌ای mRNA
• نظارت mRNA و تخریب واسطه بی‌معنی
• RNA کاتالیزوری در پردازش

Mechanisms

همزمان با رونویسی یک ژن توسط RNA پلیمراز II، انتهای 5' تازه سنتز شده با 7-متیل‌گوانوزین کلاهک‌گذاری می‌شود که از رونوشت محافظت کرده و بعدها توسط دستگاه ترجمه شناسایی می‌شود. اینترون‌ها برش داده شده و اگزون‌ها از طریق پیرایش به هم متصل می‌شوند، و انتهای 3' در یک محل مشخص شکافته شده و با یک دم پلی(A) طویل می‌شود. این رویدادها به صورت فیزیکی به پلیمراز و به یکدیگر مرتبط هستند، به طوری که پردازش عمدتاً در حالی که رونویسی هنوز در حال انجام است، رخ می‌دهد. mRNA بالغ، که با کلاهک و دم پلی(A) خود مشخص می‌شود، به سیتوپلاسم صادر می‌شود؛ کلاهک و دم همچنین به تعریف پیام برای شروع کارآمد ترجمه کمک می‌کنند. رونوشت‌هایی که به اشتباه پیرایش شده‌اند یا دارای کدون‌های توقف زودرس هستند، توسط مسیرهای نظارتی شناسایی و تخریب می‌شوند، که نشان‌دهنده کنترل کیفی دقیق بر مجموعه mRNA بالغ است. اینکه RNA خود می‌تواند شیمی پردازش را کاتالیز کند، با کشف اینترون‌های خودپیرایش‌گر اثبات شد.

Clinical relevance

نقص در کلاهک‌گذاری mRNA، پلی‌آدنیله شدن، و نظارت به بیماری‌های انسانی کمک می‌کند، و کلاهک و دم پلی(A) ویژگی‌های طراحی مرکزی واکسن‌ها و درمان‌های مبتنی بر RNA هستند. این مدخل آن زیست‌شناسی را به عنوان پیش‌زمینه آموزشی توصیف می‌کند و مبنایی برای تشخیص یا تصمیمات درمانی فردی نیست.

History

شناخت در اواخر دهه 1970 مبنی بر اینکه ژن‌های یوکاریوتی تقسیم شده‌اند، با اگزون‌های کدکننده که توسط اینترون‌هایی که باید حذف شوند قطع شده‌اند، دیدگاه در مورد بیان ژن را متحول کرد و پردازش را به یک ویژگی تعیین‌کننده mRNA یوکاریوتی تبدیل نمود. کلاهک 5' و دم پلی(A) 3' در همان دوره شناسایی شدند، و یافته بعدی مبنی بر اینکه برخی اینترون‌ها خودپیرایش‌گر هستند، نشان داد که RNA می‌تواند بلوغ خود را کاتالیز کند.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Thomas Cech
• Aaron Shatkin

Seminal works

• kruger-1982
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

سه مرحله اصلی که یک mRNA یوکاریوتی را بالغ می‌کنند کدامند؟

افزودن کلاهک 7-متیل‌گوانوزین 5'، حذف اینترون‌ها از طریق پیرایش، و شکافتن انتهای 3' و به دنبال آن افزودن دم پلی(A).

چرا کلاهک و دم پلی(A) پس از پردازش مهم هستند؟

آنها mRNA را پایدار می‌کنند و توسط دستگاه ترجمه شناسایی می‌شوند، و به ترجمه کارآمد پیام بالغ کمک می‌کنند؛ همچنین رونوشت را به عنوان پردازش شده صحیح برای صدور علامت‌گذاری می‌کنند.