กระบวนการและการเจริญเต็มที่ของ mRNA

ในสิ่งมีชีวิตยูคาริโอต เมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอที่ได้จากการถอดรหัสพันธุกรรมจะยังไม่พร้อมใช้งานทันที ทรานสคริปต์เริ่มต้น (pre-mRNA) จะต้องถูกเติมหมวกที่ปลาย 5', มีการกำจัดอินตรอนออกด้วยกระบวนการสไปลซิง, และถูกตัดและเติมหางโพลีอะดีนีนที่ปลาย 3' ก่อนที่จะสามารถส่งออกจากนิวเคลียสและแปลรหัสได้ ขั้นตอนการประมวลผลที่เชื่อมโยงกันเหล่านี้จะเปลี่ยนทรานสคริปต์ดิบให้เป็น mRNA ที่เสถียรและพร้อมสำหรับการแปลรหัส

Definition

กระบวนการและการเจริญเต็มที่ของ mRNA คือชุดของปฏิกิริยาหลังการถอดรหัส ได้แก่ การเติมหมวก 5', การกำจัดอินตรอนด้วยกระบวนการสไปลซิง, และการตัดปลาย 3' และการเติมโพลีอะดีนีน ซึ่งเปลี่ยน pre-mRNA ของยูคาริโอตให้เป็นเมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอที่เจริญเต็มที่ สามารถส่งออกและแปลรหัสได้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมขั้นตอนหลักสามขั้นตอนที่เกิดขึ้นพร้อมกับการถอดรหัสและหลังการถอดรหัส ซึ่งทำให้ mRNA ของยูคาริโอตเจริญเต็มที่ ได้แก่ การเติมหมวก 5', การสไปลซิง, และการตัด/เติมโพลีอะดีนีน 3' รวมถึงการเชื่อมโยงระหว่างขั้นตอนเหล่านี้, การส่งออกนิวเคลียส, และกลไกการควบคุมคุณภาพที่ตรวจสอบทรานสคริปต์ที่ผิดปกติ กระบวนการสไปลซิงจะได้รับการอธิบายอย่างละเอียดในหัวข้อเฉพาะของตนเอง; ในที่นี้จะถือเป็นขั้นตอนหนึ่งในกระบวนการเจริญเต็มที่ เนื้อหานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการศึกษาอ้างอิง

Core questions

• การดัดแปลงใดบ้างที่เปลี่ยน pre-mRNA ให้เป็น mRNA ที่เจริญเต็มที่และทำงานได้?
• การเติมหมวก, การสไปลซิง, และการเติมโพลีอะดีนีนเชื่อมโยงกับการถอดรหัสและซึ่งกันและกันอย่างไร?
• เซลล์จดจำและกำจัดทรานสคริปต์ที่ประมวลผลไม่ถูกต้องได้อย่างไร?
• คุณสมบัติการประมวลผล เช่น หมวกและหาง poly(A) มีอิทธิพลต่อการแปลรหัสและความเสถียรในภายหลังอย่างไร?

Key concepts

• หมวก 7-methylguanosine 5'
• การตัดปลาย 3' และการเติมโพลีอะดีนีน
• Pre-mRNA และ mRNA ที่เจริญเต็มที่
• การเชื่อมโยงร่วมกับการถอดรหัส
• การส่งออก mRNA จากนิวเคลียส
• การเฝ้าระวัง mRNA และการสลายตัวที่เกิดจากรหัสหยุดก่อนกำหนด
• RNA ที่เร่งปฏิกิริยาในการประมวลผล

Mechanisms

ขณะที่ RNA polymerase II ถอดรหัสยีน ปลาย 5' ที่เกิดขึ้นใหม่จะถูกเติมหมวกด้วย 7-methylguanosine ซึ่งช่วยปกป้องทรานสคริปต์และภายหลังจะถูกจดจำโดยกลไกการแปลรหัส อินตรอนจะถูกตัดออกและเอ็กซอนจะถูกเชื่อมต่อกันด้วยกระบวนการสไปลซิง และปลาย 3' จะถูกตัดที่ตำแหน่งที่กำหนดและต่อด้วยหาง poly(A) เหตุการณ์เหล่านี้เชื่อมโยงทางกายภาพกับ polymerase และซึ่งกันและกัน ดังนั้นกระบวนการส่วนใหญ่จึงเกิดขึ้นในขณะที่การถอดรหัสยังคงดำเนินอยู่ mRNA ที่เจริญเต็มที่ซึ่งมีหมวกและหาง poly(A) จะถูกส่งออกไปยังไซโตพลาสซึม หมวกและหางยังช่วยกำหนดข้อความสำหรับการเริ่มต้นการแปลรหัสที่มีประสิทธิภาพ ทรานสคริปต์ที่สไปลซิงผิดพลาดหรือมีรหัสหยุดก่อนกำหนดจะถูกจดจำโดยกลไกการเฝ้าระวังและถูกย่อยสลาย ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดของกลุ่ม mRNA ที่เจริญเต็มที่ การที่ RNA สามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีในการประมวลผลได้นั้นได้รับการยืนยันจากการค้นพบอินตรอนที่สามารถสไปลซิงตัวเองได้

Clinical relevance

ความบกพร่องในการเติมหมวก mRNA, การเติมโพลีอะดีนีน, และการเฝ้าระวัง มีส่วนทำให้เกิดโรคในมนุษย์ และหมวกกับหาง poly(A) เป็นคุณสมบัติการออกแบบที่สำคัญของวัคซีนและยาที่ใช้ RNA เนื้อหานี้อธิบายชีววิทยาในฐานะพื้นฐานการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

History

การรับรู้ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 ว่ายีนของยูคาริโอตมีการแบ่งแยก โดยมีเอ็กซอนที่เข้ารหัสถูกขัดจังหวะด้วยอินตรอนที่ต้องถูกกำจัดออก ได้เปลี่ยนแปลงมุมมองของการแสดงออกของยีนและทำให้กระบวนการนี้เป็นคุณสมบัติที่สำคัญของ mRNA ของยูคาริโอต หมวก 5' และหาง poly(A) 3' ได้รับการระบุลักษณะในช่วงเวลาเดียวกัน และการค้นพบในภายหลังว่าอินตรอนบางชนิดสามารถสไปลซิงตัวเองได้ แสดงให้เห็นว่า RNA สามารถเร่งปฏิกิริยาการเจริญเต็มที่ของตัวเองได้

Key figures

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

Seminal works

• kruger-1982
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

สามขั้นตอนหลักที่ทำให้ mRNA ของยูคาริโอตเจริญเต็มที่คืออะไร?

การเติมหมวก 7-methylguanosine 5', การกำจัดอินตรอนด้วยกระบวนการสไปลซิง, และการตัดปลาย 3' ตามด้วยการเติมหาง poly(A)

เหตุใดหมวกและหาง poly(A) จึงมีความสำคัญหลังจากการประมวลผล?

สิ่งเหล่านี้ช่วยให้ mRNA มีความเสถียรและถูกจดจำโดยกลไกการแปลรหัส ซึ่งช่วยให้ข้อความที่เจริญเต็มที่ถูกแปลรหัสได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังเป็นเครื่องหมายบ่งชี้ว่าทรานสคริปต์ได้รับการประมวลผลอย่างถูกต้องสำหรับการส่งออก