Процессинг и созревание мРНК

У эукариот матричная РНК не выходит из транскрипции готовой к использованию. Первичный транскрипт (пре-мРНК) должен быть кэпирован на 5'-конце, его интроны должны быть удалены путем сплайсинга, а также он должен быть расщеплен и полиаденилирован на 3'-конце, прежде чем сможет быть экспортирован из ядра и транслирован. Эти сопряженные этапы процессинга превращают исходный транскрипт в стабильную, транслируемую зрелую мРНК.

Definition

Процессинг и созревание мРНК — это совокупность посттранскрипционных реакций — кэпирование 5'-конца, удаление интронов путем сплайсинга и расщепление 3'-конца с последующим полиаденилированием — которые превращают эукариотическую пре-мРНК в зрелую, экспортируемую, транслируемую матричную РНК.

Scope

Эта тема охватывает три основных котранскрипционных и посттранскрипционных этапа созревания эукариотической мРНК — кэпирование 5'-конца, сплайсинг и расщепление/полиаденилирование 3'-конца — а также их взаимосвязь, ядерный экспорт и пути контроля качества, которые отслеживают аберрантные транскрипты. Сплайсинг подробно рассматривается в отдельной теме; здесь он является одним из этапов в процессе созревания. Данная статья носит справочно-образовательный характер.

Core questions

• Какие модификации превращают пре-мРНК в функциональную зрелую мРНК?
• Как кэпирование, сплайсинг и полиаденилирование связаны с транскрипцией и друг с другом?
• Как клетка распознает и утилизирует неправильно обработанные транскрипты?
• Как особенности процессинга, такие как кэп и поли(А)-хвост, влияют на последующую трансляцию и стабильность?

Key concepts

• 5' 7-метилгуанозиновый кэп
• 3' расщепление и полиаденилирование
• Пре-мРНК и зрелая мРНК
• Котранскрипционное сопряжение
• Ядерный экспорт мРНК
• Надзор за мРНК и нонсенс-опосредованный распад
• Каталитическая РНК в процессинге

Mechanisms

По мере того как РНК-полимераза II транскрибирует ген, формирующийся 5'-конец кэпируется 7-метилгуанозином, что защищает транскрипт и впоследствии распознается аппаратом трансляции. Интроны вырезаются, а экзоны соединяются путем сплайсинга, а 3'-конец расщепляется в определенном месте и удлиняется поли(А)-хвостом. Эти события физически связаны с полимеразой и друг с другом, так что процессинг в значительной степени происходит, пока транскрипция еще продолжается. Зрелая мРНК, помеченная кэпом и поли(А)-хвостом, экспортируется в цитоплазму; кэп и хвост также помогают определить сообщение для эффективной инициации трансляции. Транскрипты, которые неправильно сплайсированы или содержат преждевременные стоп-кодоны, распознаются системами надзора и деградируют, что демонстрирует строгий контроль качества зрелого пула. То, что РНК сама может катализировать химические реакции процессинга, было установлено открытием самосплайсирующихся интронов.

Clinical relevance

Дефекты кэпирования мРНК, полиаденилирования и систем надзора способствуют развитию заболеваний человека, а кэп и поли(А)-хвост являются центральными элементами дизайна РНК-вакцин и терапевтических средств. Данная статья описывает эту биологию в качестве образовательной основы и не является основанием для индивидуальной диагностики или принятия решений о лечении.

History

Признание в конце 1970-х годов того, что эукариотические гены являются прерывистыми, с кодирующими экзонами, прерываемыми интронами, которые должны быть удалены, изменило представление о генной экспрессии и сделало процессинг определяющей особенностью эукариотической мРНК. 5'-кэп и 3'-поли(А)-хвост были охарактеризованы в ту же эпоху, а более позднее открытие того, что некоторые интроны самосплайсируются, показало, что РНК может катализировать собственное созревание.

Key figures

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

Seminal works

• kruger-1982
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

Каковы три основных этапа созревания эукариотической мРНК?

Добавление 5' 7-метилгуанозинового кэпа, удаление интронов путем сплайсинга и расщепление 3'-конца с последующим добавлением поли(А)-хвоста.

Почему кэп и поли(А)-хвост важны после процессинга?

Они стабилизируют мРНК и распознаются аппаратом трансляции, способствуя эффективной трансляции зрелого сообщения; они также маркируют транскрипт как правильно обработанный для экспорта.