Посттранскрипционный и посттрансляционный контроль

Экспрессия генов продолжает регулироваться после транскрипции РНК и после синтеза белка. Посттранскрипционный контроль формирует процессинг, транспорт и судьбу РНК, в то время как посттрансляционный контроль модифицирует, локализует и деградирует готовый белок — совместно точно настраивая идентичность и количество функциональных генных продуктов сверх того, что определяется одной лишь транскрипцией.

Definition

Посттранскрипционный и посттрансляционный контроль включают регуляторные процессы, действующие на РНК после транскрипции (процессинг, модификация, стабильность и трансляция) и на белки после синтеза (ковалентная модификация, локализация и деградация) для определения окончательного набора активных генных продуктов.

Scope

Эта тема охватывает посттранскрипционные события, такие как альтернативный сплайсинг, редактирование РНК, действие РНК-связывающих белков и малых регуляторных РНК, а также посттрансляционные события, включая ковалентную модификацию белков (в частности, фосфорилирование) и регулируемую деградацию белков через убиквитин-протеасомную систему. Это механистическая молекулярная тема, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как один ген может давать начало нескольким различным белковым продуктам?
• Как активность белка включается или выключается после его синтеза?
• Как клетка быстро удаляет белки, которые больше не нужны?
• Как РНК-связывающие белки и малые РНК формируют судьбу транскриптов?

Key concepts

• Альтернативный сплайсинг
• Редактирование РНК и химическая модификация РНК
• РНК-связывающие белки
• Регуляция микроРНК
• Фосфорилирование белков и другие ковалентные модификации
• Убиквитин-протеасомная деградация
• Регулируемая локализация белков

Mechanisms

После транскрипции первичный транскрипт подвергается процессингу и может быть сплайсирован альтернативными способами для получения различных матричных РНК, расширяя белковый репертуар из одного гена; редактирование и модификация РНК дополнительно диверсифицируют транскрипты. РНК-связывающие белки, распознающие последовательности и структурные особенности через модульные домены, регулируют сплайсинг, транспорт, локализацию, стабильность и трансляцию, а малые РНК, такие как микроРНК, подавляют целевые транскрипты. После синтеза белка его функция регулируется посттрансляционно: обратимые ковалентные модификации, из которых фосфорилирование большой семьей протеинкиназ является наиболее распространенным, изменяют активность, взаимодействия или локализацию. Количество белка также контролируется регулируемым разрушением — мечение белков убиквитином помечает их для деградации протеасомой, обеспечивая быстрый и селективный способ прекращения действия белка. Вместе эти механизмы определяют, какие генные продукты присутствуют, в какой форме и как долго.

Clinical relevance

Дефекты сплайсинга, модификации белков и убиквитин-протеасомной системы связаны с многочисленными заболеваниями, и эти механизмы играют центральную роль в том, как клетки контролируют сигнализацию и качество белков. Эта запись является образовательной информацией и не является основанием для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

History

На протяжении конца двадцатого века было показано, что экспрессия генов контролируется далеко за пределами транскрипции: было обнаружено, что альтернативный сплайсинг диверсифицирует белки из отдельных генов, убиквитин-протеасомная система (работа, отмеченная Нобелевской премией по химии 2004 года) была охарактеризована Хершко и Цихановером, а фосфорилирование белков стало доминирующей регуляторной модификацией. Полногеномные исследования, такие как каталог человеческого кинома, составленный Мэннингом и коллегами (2002), обзоры РНК-связывающих белков и открытие регуляции микроРНК, расширили представление о посттранскрипционном и посттрансляционном контроле.

Key figures

• Aaron Ciechanover
• Avram Hershko
• Tony Hunter
• David Bartel

Seminal works

• hershko-ciechanover-1998
• manning-2002
• bartel-2009

Frequently asked questions

Как один ген может производить более одного белка?

Альтернативный сплайсинг может объединять экзоны гена в различных комбинациях, а редактирование и модификация РНК добавляют дальнейшие вариации, так что один ген может давать несколько различных матричных РНК и белковых продуктов.

Как контролируется активность белка после его синтеза?

Посредством посттрансляционных механизмов, таких как обратимая ковалентная модификация (например, фосфорилирование), изменения в локализации и регулируемая деградация убиквитин-протеасомной системой.