Quá trình xử lý và trưởng thành của mRNA

Ở sinh vật nhân chuẩn, một RNA thông tin không sẵn sàng để sử dụng ngay sau khi phiên mã. Bản phiên mã sơ cấp (pre-mRNA) phải được gắn mũ ở đầu 5', loại bỏ các intron bằng cách cắt nối, và được cắt và polyadenyl hóa ở đầu 3' trước khi nó có thể được xuất khẩu ra khỏi nhân và được dịch mã. Các bước xử lý kết hợp này biến một bản phiên mã thô thành một mRNA trưởng thành ổn định, có thể dịch mã được.

Definition

Xử lý và trưởng thành mRNA là tập hợp các phản ứng sau phiên mã—gắn mũ 5', loại bỏ intron bằng cách cắt nối, và cắt đầu 3' và polyadenyl hóa—biến một pre-mRNA của sinh vật nhân chuẩn thành một RNA thông tin trưởng thành, có thể xuất khẩu, có thể dịch mã.

Scope

Chủ đề này bao gồm ba bước chính đồng phiên mã và sau phiên mã làm trưởng thành một mRNA của sinh vật nhân chuẩn—gắn mũ 5', cắt nối, và cắt/polyadenyl hóa 3'—cùng với sự kết nối giữa chúng, xuất khẩu hạt nhân, và các con đường kiểm soát chất lượng giám sát các bản phiên mã bất thường. Cắt nối được xử lý sâu trong chủ đề riêng của nó; ở đây nó là một giai đoạn trong quy trình trưởng thành. Mục này mang tính chất tham khảo-giáo dục.

Core questions

• Những biến đổi nào biến một pre-mRNA thành một mRNA trưởng thành chức năng?
• Quá trình gắn mũ, cắt nối và polyadenyl hóa được kết nối với phiên mã và với nhau như thế nào?
• Tế bào nhận diện và loại bỏ các bản phiên mã được xử lý không chính xác như thế nào?
• Các đặc điểm xử lý như mũ và đuôi poly(A) ảnh hưởng đến quá trình dịch mã và độ ổn định sau này như thế nào?

Key concepts

• Mũ 7-methylguanosine 5'
• Cắt và polyadenyl hóa 3'
• Pre-mRNA và mRNA trưởng thành
• Kết nối đồng phiên mã
• Xuất khẩu mRNA ra khỏi nhân
• Giám sát mRNA và phân hủy qua trung gian vô nghĩa
• RNA xúc tác trong quá trình xử lý

Mechanisms

Khi RNA polymerase II phiên mã một gen, đầu 5' mới sinh được gắn mũ 7-methylguanosine, giúp bảo vệ bản phiên mã và sau này được bộ máy dịch mã nhận diện. Các intron được cắt bỏ và các exon được nối lại bằng cách cắt nối, và đầu 3' được cắt tại một vị trí xác định và được kéo dài bằng một đuôi poly(A). Các sự kiện này được kết nối vật lý với polymerase và với nhau, do đó quá trình xử lý phần lớn xảy ra trong khi quá trình phiên mã vẫn đang diễn ra. mRNA trưởng thành, được đánh dấu bằng mũ và đuôi poly(A), được xuất khẩu ra tế bào chất; mũ và đuôi cũng giúp xác định thông điệp để khởi đầu dịch mã hiệu quả. Các bản phiên mã bị cắt nối sai hoặc mang các codon dừng sớm được nhận diện bởi các con đường giám sát và bị phân hủy, minh họa sự kiểm soát chất lượng chặt chẽ đối với nhóm mRNA trưởng thành. Việc RNA có thể tự xúc tác hóa học xử lý đã được xác lập bởi sự phát hiện các intron tự cắt nối.

Clinical relevance

Các khiếm khuyết trong quá trình gắn mũ mRNA, polyadenyl hóa và giám sát góp phần gây ra bệnh ở người, và mũ và đuôi poly(A) là những đặc điểm thiết kế trung tâm của vắc-xin và liệu pháp dựa trên RNA. Mục này mô tả sinh học đó như một nền tảng giáo dục và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Sự nhận biết vào cuối những năm 1970 rằng các gen của sinh vật nhân chuẩn bị phân tách, với các exon mã hóa bị gián đoạn bởi các intron phải được loại bỏ, đã thay đổi quan điểm về biểu hiện gen và biến quá trình xử lý thành một đặc điểm xác định của mRNA sinh vật nhân chuẩn. Mũ 5' và đuôi poly(A) 3' đã được đặc trưng trong cùng thời kỳ, và phát hiện sau đó rằng một số intron tự cắt nối cho thấy RNA có thể tự xúc tác quá trình trưởng thành của chính nó.

Key figures

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

Seminal works

• kruger-1982
• sonenberg-2009

Frequently asked questions

Ba bước chính làm trưởng thành một mRNA của sinh vật nhân chuẩn là gì?

Gắn mũ 7-methylguanosine 5', loại bỏ các intron bằng cách cắt nối, và cắt đầu 3' sau đó gắn đuôi poly(A).

Tại sao mũ và đuôi poly(A) lại quan trọng sau quá trình xử lý?

Chúng ổn định mRNA và được bộ máy dịch mã nhận diện, giúp thông điệp trưởng thành được dịch mã hiệu quả; chúng cũng đánh dấu bản phiên mã là đã được xử lý chính xác để xuất khẩu.