Kiểm soát sau phiên mã và sau dịch mã

Biểu hiện gen tiếp tục được điều hòa sau khi RNA được phiên mã và sau khi protein được tổng hợp. Kiểm soát sau phiên mã định hình quá trình xử lý, vận chuyển và số phận của RNA, trong khi kiểm soát sau dịch mã điều chỉnh, định vị và phân hủy protein đã hoàn thành — cùng nhau tinh chỉnh danh tính và số lượng sản phẩm gen chức năng vượt ra ngoài những gì chỉ phiên mã xác định.

Definition

Kiểm soát sau phiên mã và sau dịch mã bao gồm các quá trình điều hòa tác động lên RNA sau phiên mã (xử lý, biến đổi, ổn định và dịch mã) và lên protein sau tổng hợp (biến đổi cộng hóa trị, định vị và phân hủy) để xác định tập hợp cuối cùng của các sản phẩm gen hoạt động.

Scope

Chủ đề này bao gồm các sự kiện sau phiên mã như nối gen thay thế (alternative splicing), chỉnh sửa RNA, hoạt động của các protein gắn RNA và các RNA điều hòa nhỏ, và các sự kiện sau dịch mã bao gồm biến đổi protein cộng hóa trị (đáng chú ý là phosphoryl hóa) và phân hủy protein được điều hòa thông qua hệ thống ubiquitin-proteasome. Đây là một chủ đề phân tử cơ chế và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Làm thế nào một gen có thể tạo ra một số sản phẩm protein khác nhau?
• Làm thế nào hoạt động của một protein được bật hoặc tắt sau khi nó được tạo ra?
• Làm thế nào tế bào nhanh chóng loại bỏ các protein không còn cần thiết?
• Làm thế nào các protein gắn RNA và các RNA nhỏ định hình số phận của các bản phiên mã?

Key concepts

• Nối gen thay thế
• Chỉnh sửa RNA và biến đổi hóa học của RNA
• Protein gắn RNA
• Điều hòa bởi microRNA
• Phosphoryl hóa protein và các biến đổi cộng hóa trị khác
• Phân hủy bởi ubiquitin-proteasome
• Định vị protein được điều hòa

Mechanisms

Sau phiên mã, một bản phiên mã sơ cấp được xử lý và có thể được nối gen theo nhiều cách khác nhau để tạo ra các RNA thông tin (mRNA) riêng biệt, mở rộng kho protein từ một gen duy nhất; chỉnh sửa và biến đổi RNA tiếp tục đa dạng hóa các bản phiên mã. Các protein gắn RNA, nhận diện các đặc điểm trình tự và cấu trúc thông qua các miền mô-đun, điều chỉnh quá trình nối gen, vận chuyển, định vị, ổn định và dịch mã, và các RNA nhỏ như microRNA ức chế các bản phiên mã mục tiêu. Khi một protein được tổng hợp, chức năng của nó được điều hòa sau dịch mã: các biến đổi cộng hóa trị thuận nghịch, trong đó phosphoryl hóa bởi họ lớn các protein kinase là phổ biến nhất, làm thay đổi hoạt động, tương tác hoặc định vị. Số lượng protein cũng được kiểm soát bởi sự phân hủy được điều hòa — gắn thẻ protein bằng ubiquitin đánh dấu chúng để phân hủy bởi proteasome, cung cấp một phương tiện nhanh chóng và chọn lọc để chấm dứt hoạt động của protein. Cùng nhau, các cơ chế này xác định sản phẩm gen nào hiện diện, dưới dạng nào và trong bao lâu.

Clinical relevance

Các khiếm khuyết trong quá trình nối gen, biến đổi protein và hệ thống ubiquitin-proteasome có liên quan đến nhiều bệnh, và các cơ chế này là trung tâm trong cách các tế bào kiểm soát tín hiệu và chất lượng protein. Mục này là kiến thức nền tảng giáo dục và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Trong suốt cuối thế kỷ XX, biểu hiện gen được chứng minh là được kiểm soát vượt xa phiên mã: nối gen thay thế được phát hiện làm đa dạng hóa protein từ các gen đơn lẻ, hệ thống ubiquitin-proteasome (công trình được công nhận với Giải Nobel Hóa học năm 2004) được Hershko và Ciechanover mô tả, và phosphoryl hóa protein nổi lên như một biến đổi điều hòa chủ đạo. Các khảo sát quy mô bộ gen như danh mục kinome người của Manning và cộng sự (2002), các đánh giá về protein gắn RNA, và việc phát hiện ra sự điều hòa của microRNA đã mở rộng bức tranh sau phiên mã và sau dịch mã.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Làm thế nào một gen có thể tạo ra nhiều hơn một protein?

Nối gen thay thế có thể kết hợp các exon của gen theo các tổ hợp khác nhau, và chỉnh sửa và biến đổi RNA bổ sung thêm sự đa dạng, do đó một gen duy nhất có thể tạo ra một số RNA thông tin và sản phẩm protein riêng biệt.

Hoạt động của một protein được kiểm soát như thế nào sau khi nó được tạo ra?

Thông qua các cơ chế sau dịch mã như biến đổi cộng hóa trị thuận nghịch (ví dụ phosphoryl hóa), thay đổi vị trí, và phân hủy được điều hòa bởi hệ thống ubiquitin-proteasome.