Transkrypcja;
Obróbka pre-
mRNA
dr Joanna
Łanuszewska
Transkrypcja;
Obróbka pre-
mRNA
dr Joanna
Łanuszewska
Centralny dogmat biologii molekularnej: przepływ
informacji
Transkrypcja u Procaryota i
Eucaryota
Brak rozdziału
pomiędzy
transkrypcją
i translacją – mRNA
krótkożyjące –
przeciętny czas
półtrwania = 3 min.
Przestrzenne rozdzielenie
transkrypcji
i translacji pozwala na
wypracowanie szeregu
poziomów regulacji. Przeciętny
czas półtrwania mRNA = 10
godz.
Remodelowanie chromatyny umożliwia
czynnikom transkrypcyjnym dostęp do DNA
W regulacji ekspresji genów
eukariotycznych istotną rolę pełnią enzymy
modyfikujące chromatynę i kompleksy
remodelujące ułożenie nukleosomów
Początek transkrypcji w organizmach
eukariotycznych wymaga przyłączenia szeregu
podstawowych czynników transkrypcyjnych
Aktywatory (specyficzne czynniki
transkrypcyjne) podwyższają wydajność
transkrypcji
Sekwencje regulatorowe genu są
rozmieszczone często w dużych
odległościach od promotora
podstawowego
Obróbka pre-mRNA
mRNA eukariotyczne różni się od
mRNA prokariotycznego
Większość genów eukariotycznych ma charakter nieciągły
Pre-mRNA powstające w wyniku
transkrypcji podlega obróbce
zapewniającej prawidłowe rozpoznanie
transkryptu, jego transport do cytoplazmy i
translację
Koniec 5’ transkrybowanego pre-
mRNA jest chroniony strukturą
zwaną Cap – „czapeczka”
Charakterystyczną
cechą
„czapeczki” jest występowanie
wiązania 5’-5’ poprzez mostek
trifosforanowy
oraz grupy metylowej w pozycji 7
guanozyny
Dodanie grupy
metylowej do zasady
Dodanie grupy
metylowej
do rybozy (tylko
w niektórych RNA)
Koniec 5’ rosnącego transkryptu RNA
Etapy powstawania „czapeczki”
Fosfataza
Transferaza guanylowa
Transferaza metylu
„Czapeczka” jest wiązana przez specjalny
kompleks białek CBC (cap-binding protein
complex), co umożliwia eksport mRNA z
jądra
Enzymy modyfikujące RNA
związane są z polimerazą II RNA
Już w czasie transkrypcji
następuje też wycinanie
intronów: „splicing”
Prawidłową lokalizację intronów
zapewniają krótkie sekwencje
graniczne pomiędzy intronem a
eksonem
W wycinaniu
intronów biorą
udział małe
jądrowe RNA
(snRNA) oraz
szereg białek
Etapy
dojrzewania RNA
– „splicingu”
1. Przeniesienie
wiązania
fosfodwuestrowego
Powstaje wiązanie
5’-2’ początku
intronu
z sekwencją
wewnętrzną
2. Reakcja
uwolnionego końca
3’ eksonu
z początkiem
następnego eksonu
Rearanżacje zachodzące w spliceosomie – tworzenie lariatu
Reakcje te angażują więcej niż 50 białek
m.in. helikazy
Struktura lariatu
Czynniki
uczestniczące w
procesie
dojrzewania
mRNA
snRNP –
kompleksy małych
jądrowych RNA z
białkami
5
typów
niskocząsteczkowych
jądrowych RNA snRNA:
U1, U2, U4, U5, U6
Każdy
tworzy
podjednostki
co
najmniej
z
7
białkami
Typy reakcji „splicingu”
Reakcje pomiędzy U6 snRNA i
sekwencją intronową w dwóch
typach splicingu
U niektórych organizmów (orzęski, fag T4, geny
mitochondrialne, chloroplasty) introny rRNA
ulegają
samo-splicingowi, bez udziału dodatkowych
czynników
Niektóre introny mogą się przemieszczać w genomie
Przykład:
Intron
omega
w
genomie
mitochondrialnym drożdży
Ekson Intron Ekson Miejsce przeniesienia
Endonukleaza Podwójnoniciowe cięcie DNA
Wkopiowanie intronu w miejsce cięcia - naprawa
Typy błędów splicingu
część eksonu 2
wybranie
niewłaściwego
miejsca splicingu
ominięcie
eksonu
Mutacje w miejscach określających splicing
mogą powodować schorzenia
Beta talassemia
P
ro
c
e
n
t
e
k
so
n
ó
w
Długość eksonu (w parach nukleotydów)
Wielkości eksonów w genomach
eukariotycznych
P
ro
c
e
n
t
in
tr
o
n
ó
w
Długość intronów (pary nukleotydów)
Wielkości intronów w genomach
eukariotycznych
W różnych typach komórek, lub na różnych
etapach rozwoju alternatywny splicing
powoduje powstawanie białek różniących
się niektórymi domenami
Alternatywny splicing w genie α-tropomiozyny
Alternatywny splicing bierze udział
w regulacji genów związanych z płcią u
Drosophila
Z genu troponiny T może powstać aż
64 różnych transkryptów, a w związku
z tym i białek
Po zakończeniu transkrypcji pre-
mRNA zostaje przycięty i zaopatrzony
w ogon poli-A
CPSF – cleavage and
polyadenylation specificity
factor
CStF – cleavage stimulating
factor (endonukleaza)
PAP – poly-A polymerase
PABP – poly-A binding protein
s
Wiązanie endonukleazy
mRNA związane z białkami jądrowymi
jest aktywnie przenoszone przez pory
jądrowe
Cząsteczki mRNA są „przygotowywane” do
transportu z jądra do cytoplazmy przez wiązanie
ze specyficznymi białkami
Obraz RNA przechodzącego przez pory
jądrowe,
uwidoczniony w mikroskopie elektronowym:
…i opracowany na jego podstawie model
eksportu mRNA
do cytoplazmy
Właściwości cząsteczek RNA
•Zwykle
mają
skomplikowaną strukturę II-
rzędową.
•Mogą
mieć
aktywność
enzymatyczną (rybozymy).
•Mogą
ulegać
samodegradacji.
•W niektórych przypadkach
sekwencja
nukleotydowa
kodujących sekwencji RNA
może
ulec
zmianie
w
procesie
dojrzewania
(editing).