Кэпирование
5'-конец молекулы РНК (который синтезируется первым в процессе транскрипции) прежде всего кэпируется, т.е. достраивается с образованием особой структуры, ответственной за последующее связывание молекулы мРНК с рибосомой: после инициации транскрипции происходит котранскрипционная модификация 5'-конца мРНК, сопровождаемая присоединением так называемой кэп-группы и дальнейшими ее изменениями. Кэпирование (capping) [англ. cap — шляпка] - модификация 5'-конца мРНК, осуществляемая ферментом гуанилилтрансферазой, которая заключается в посттрансляционном образовании у мРНК специальной структуры - кэпа .
Эта структура состоит из остатка 7-метилгуаназина, ковалентно связанного с 5'-концевым трифосфатом. Кэпирование происходит еще до того, как синтез всей молекулы будет завершен.
Тем временем строящаяся молекула РНК продолжает расти в длину в направлении от 5'к 3'концу со скоростью 30 нуклеотидов в секунду, пока РНК-полимераза не достигнет сигнала терминации , закодированного в последовательности нуклеотидов ДНК.
Здесь транскрипция останавливается и происходит полиаденилирование . До настоящего времени роль кэпирования - присоединения 5'-конца гуанинового нуклеотида к концевому основанию мРНК, остается неясной. Одной из функций кэпа является стабилизация пре-мРНК в ядре ( Green M.R., 1983 ). В экстракте ядер млекопитающих кэп не требуется для сплайсинга, хотя кэпированая пре-мРНК сплайсируется более эффективно. Этот эффект частично обьясняется увеличенной стабильностью кэпированой пре-мРНК в экстракте ( Krainer A.R., 1984 ). Аналогично, кэп не является необходимой состовляющей у дрожжей ( Lin R.J., 1985 ). В противоположность этому в клеточных экстрактах кэпирование влияет на сплайсинг, и сплайсинг может ингибироваться путем добавления аналогов кэпа. Показано, что в некоторых экстрактах кэпированая "естественным образом" РНК сплайсируется значительно более эффективно, чем другие формы РНК.
Кэпирование является одной из самых ранних модификаций растущих цепей РНК и происходит после полимеризации ее первых 20- 30 нуклеотидов. Котранскрипционная модификация мРНК стабилизирует мРНК в цитоплазме и необходима для ее эффективной трансляции. Один из факторов инициации трансляции eIF-4E выполняет функции кэп-связывающего белка и требуется для осуществления кэп- зависимой трансляции мРНК. Установлено, что кэпирование мРНК необходимо для эффективного сплайсинга пре-мРНК, ее полиаденилирования и экспорта из ядра в цитоплазму. Кэпированию подвергаются только транскрипты РНК-полимеразы II . На значимость реакций кэпирования указывает тот факт, что контролирующие их гены являются жизненно важными. Транскрипция у эукариот и прокариот начинается с пуринового рибонуклеозидтрифосфата - ATP, или GTP, причем трифосфатная группа сохраняется в составе мРНК. Таким образом, 5'-концевая последовательность мРНК в ядре на ранних этапах транскрипции представлена в следующем виде: ppp(A/G)pNpNpN... Гуанилилтрансфераза катализирует присоединение к растущей цепи мРНК молекулы GMP, которая оказывается связанной с 5'-концевым пурином 5'-5'-трифосфатной группой. Суммарная реакция первого этапа процесса кэпирования представлена на схеме стр. 87 .
Реакция протекает в две стадии. Вначале фермент связывает молекулу GTP (входящую затем в состав кэп-группы), что сопровождается отщеплением пирофосфата и образованием ковалентной связи фермент-GMP. Далее GMP присоединяется к 5'-концу мРНК, которая в результате теряет гамма-фосфатную группу. В результате нуклеотид кэп-группы оказывается в обратной ориентации по отношению к остальным нуклеотидам мРНК. На заключительных этапах кэпирования происходит метилирование по N7 ранее присоединенной молекулы гуанозина. Такие посттранскрипционные модификации происходят в несколько стадий в цитоплазме клеток после транспорта процессированной мРНК из ядра с участием цитоплазматических ферментов.
Первая стадия метилирования осуществляется ферментом РНК(гуанил-7)-метилтрансферазой, которая переносит метильную группу S-аденозилметионина в положение 7 концевого гуанина кэп- группы ( рис. I.12 ).
Кэп-группа, метилированная лишь по этому положению, характерна для одноклеточных эукариот и получила название кэпа 0- го типа . Вслед за этим у большинства многоклеточных эукариот происходит метилирование 2'-ОН рибозы 5'-концевого инициаторного нуклеотида (A или G), который является первым нуклеотидом, включаемым в мРНК при инициации ее синтеза РНК-полимеразой. Метилирование катализирует другой цитоплазматический фермент - 2'-О-метилтрансфераза. Такая основная форма кэпа большинства эукариот получила название кэпа 1-го типа . Очень редко и только у тех мРНК, инициация синтеза которых происходит с ATP, под действием 2'-О-метиладенозин-N6-трансферазы метилируются NH2- группы этого остатка А. Фермент распознает данную концевую группу в качестве субстрата лишь в том случае, если она была предварительно метилирована в положении 2'-OH в результате вышеописанной реакции. У некоторых видов эукариот метильная группа может дополнительно присоединяться ко второму от кэп- нуклеотида нуклеозиду мРНК ( рис. I.12 ). Субстратом для этого фермента служит мРНК с кэпом 1-го типа, уже содержащим две метильные группы. В результате происходит метилирование остатка рибозы по 2'-ОН-группе с образованием структуры, получившей название кэпа 2-го типа . Если эта реакция имеет место, то мРНК, содержащие кэп 2-го типа, составляют 10-15% от общей популяции молекул кэпированных мРНК.
Иная структура кэп-группы характерна для некоторых зрелых некодирующих РНК, в частности малых ядерных РНК, обогащенных урацилом (U-мяРНК). В этом случае остаток гуанозина кэп-группы дважды метилирован в положении 2 в дополнение к обычной метильной группе в положении 7: m2,2,7G(5')ppp(5')N. Такое гиперметилирование U-мяРНК требуется для импорта собранных U- мяРНП-частиц в ядро и, возможно, предотвращает вовлечение U-мяРНК в трансляцию.
Смотрите также:
