Nem kódoló RNS - Non-coding RNA

A lefordítatlan régiók összehasonlítása .
A nem kódoló RNS-ek szerepe a molekuláris biológia központi dogmájában : A ribonukleoproteinek piros, nem kódoló RNS-ek kék színnel jelennek meg. Megjegyzés: a spliceoszómában snRNS -t használnak

A nem-kódoló RNS-t ( ncRNA ) egy RNS- molekula, amely nincs lefordítva egy fehérjét . A DNS- szekvenciát, amelyből funkcionális, nem kódoló RNS-t írnak át, gyakran RNS- génnek nevezik . Számú és funkcionálisan fontos típusú nem-kódoló RNS-ek közé tartozik a transzfer RNS-ek (tRNS-ek) és a riboszomális RNS-ek (rRNS), valamint a kis RNS-ek, mint például mikro-RNS , siRNS , piRNAs , snoRNAs , snRNAs , exRNAs , scaRNAs és a hosszú ncRNAs mint például Xist és HOTAIR .

A nem kódoló RNS-ek száma az emberi genomban ismeretlen; a legutóbbi transzkriptómiai és bioinformatikai vizsgálatok azonban azt sugallják, hogy több ezer ilyen létezik. Sok újonnan azonosított ncRNS -t nem validáltak a funkciójuk szempontjából. Az is valószínű, hogy sok ncRNS nem működőképes (néha ócska RNS -nek is nevezik ), és a hamis transzkripció terméke.

Úgy gondolják, hogy a nem kódoló RNS-ek hozzájárulnak a betegségekhez, beleértve a rákot és az Alzheimer-kórt .

Történelem és felfedezés

További információ: A molekuláris biológia története

A nukleinsavakat először 1868 -ban fedezte fel Friedrich Miescher, és 1939 -re az RNS részt vett a fehérjeszintézisben . Két évtizeddel később Francis Crick megjósolt egy funkcionális RNS komponenst, amely közvetítette a fordítást ; úgy érvelt, hogy az RNS jobban alkalmas bázispárhoz mRNS-transzkriptussal, mint tiszta polipeptid .

Az élesztő tRNS Phe lóherelevelű szerkezete ( betét ) és a röntgen-elemzéssel meghatározott 3D szerkezet.

Az első nem kódoló RNS, amelyet jellemezni kellett, egy alanin tRNS volt, amelyet a pékélesztőben találtak , szerkezetét 1965-ben tették közzé. Tisztított alanin-tRNS-minta előállításához Robert W. Holley és mtsai. 140 kg kereskedelmi sütőélesztőt használtunk , hogy csak 1 g tisztított tRNS Ala -t kapjunk elemzésre. A 80 nukleotid tRNS-t szekvenáltuk, hogy először lény emésztettük pankreász ribonukleáz (fragmenteket végződő citozin vagy uridin ), majd takadiasztáz ribonukleáz-Tl (termelő fragmensek befejezte guanozin ). A kromatográfia és az 5 'és 3' vég azonosítása ezután segített a fragmentumok elrendezésében az RNS -szekvencia létrehozásához. Az eredetileg ehhez a tRNS -hez javasolt három szerkezet közül a „lóherelevél” szerkezetét önállóan javasolták számos következő publikációban. A lóherelevél másodlagos szerkezetét két független kutatócsoport által 1974-ben végzett röntgenkristályos elemzés után véglegesítették .

A riboszómális RNS -t fedezték fel, majd az URNS követte a nyolcvanas évek elején. Azóta folytatódott az új, nem kódoló RNS-ek felfedezése snoRNS - ekkel , Xist-el , CRISPR-el és még sok mással . A legutóbbi figyelemre méltó kiegészítések közé tartozik a riboswitches és a miRNS ; az utóbbival kapcsolatos RNAi mechanizmus felfedezése Craig C. Mello és Andrew Fire 2006. évi fiziológiai vagy orvosi Nobel -díját érdemelte ki .

Az ncRNS -ek legújabb felfedezéseit kísérleti és bioinformatikai módszerekkel is elérték .

Biológiai szerepek

A nem kódoló RNS -ek több csoportba tartoznak, és számos sejtfolyamatban vesznek részt. Ezek a központi jelentőségű ncRNS -ektől, amelyek a teljes vagy a legtöbb sejtes életben konzerváltak, az átmenetibb ncRNS -ekig, amelyek egy vagy néhány közeli rokon fajra jellemzőek. A konzerváltabb ncRNS -ekről úgy gondolják, hogy az utolsó univerzális közös ős és az RNS -világ molekuláris fosszíliái vagy ereklyéi , és jelenlegi szerepük többnyire a DNS -ből a fehérjébe történő információáramlás szabályozásában marad.

Fordításban

A Haloarcula marismortui 50S alegység atomi szerkezete . A fehérjék kék színűek, a két RNS -szál narancssárga és sárga. Az alegység közepén lévő kis zöld folt az aktív hely.

A konzervált, esszenciális és bőséges ncRNS -ek közül sok részt vesz a transzlációban . A riboszómáknak nevezett ribonukleoprotein (RNP) részecskék azok a „gyárak”, ahol a transzláció a sejtben történik. A riboszóma több mint 60% -ban riboszómális RNS -ből áll ; ezek 3 ncRNS -ből állnak a prokariótákban és 4 ncRNS -ből az eukariótákban . A riboszómális RNS -ek katalizálják a nukleotidszekvenciák fehérjévé történő transzlációját. Az ncRNS -ek egy másik halmaza, a transzfer -RNS -ek „adaptermolekulát” képeznek az mRNS és a fehérje között. A H/ACA box és a C/D box snoRNS -ek az archaeában és az eukariótákban található ncRNS -ek. Az RNáz MRP csak az eukariótákra korlátozódik. Az ncRNS mindkét csoportja részt vesz az rRNS érésében. A snoRNS -ek irányítják az rRNS, a tRNS és az snRNS kovalens módosítását ; Az RNáz MRP hasítja a belső átírt 1 távtartót a 18S és 5,8S rRNS -ek között. A mindenütt jelenlévő ncRNS, az RNáz P az RNáz MRP evolúciós rokona. Az RNáz P érleli a tRNS-szekvenciákat azáltal, hogy a tRNS-ek érett 5'-végét generálja a prekurzor-tRNS-ek 5'-vezető elemeinek hasítása révén. Egy másik mindenütt RNP úgynevezett SRP felismeri és szállítja specifikus naszcens fehérjék a endoplazmás retikulum a eukarióták , és a plazmamembrán a prokariótákban . A baktériumokban A transzfer-hírvivő RNS (tmRNS) egy RNP, amely részt vesz az elakadt riboszómák megmentésében, a hiányos polipeptidek megjelölésében és az aberráns mRNS lebontásának elősegítésében.

RNS -illesztésben

Az élesztő spliceoszóma elektronmikroszkópos képei. Megjegyezzük, hogy a komplex nagy része valójában ncRNS.

Az eukariótákban a spliceoszóma hajtja végre az intronszekvenciák eltávolításához elengedhetetlen illesztési reakciókat , ez a folyamat szükséges az érett mRNS kialakulásához . A spliceoszóma egy másik RNP, amelyet gyakran snRNP-nek vagy tri-snRNP-nek is neveznek . A spliceoszóma két különböző formája létezik, a major és a minor forma. A fő spliceoszóma ncRNS komponensei az U1 , U2 , U4 , U5 és U6 . A kisebb spliceoszóma ncRNS komponensei az U11 , U12 , U5 , U4atac és U6atac .

Az intronok egy másik csoportja katalizálhatja saját eltávolítását a gazdaszervezetből; ezeket ön-splicing RNS-eknek nevezzük. Az önrepesztő RNS-eknek két fő csoportja van: az I. csoport katalitikus intronja és a II . Csoport katalitikus intronja . Ezek az ncRNS -ek katalizálják az mRNS -ből, tRNS -ből és rRNS -prekurzorokból történő saját kivágásukat a szervezetek széles körében.

Emlősökben azt találták, hogy az snoRNS-ek szabályozzák az mRNS alternatív splicingjét is, például a snoRNS HBII-52 szabályozza a 2C szerotonin receptor illesztését .

Fonalférgek esetében úgy tűnik, hogy az SmY ncRNS részt vesz az mRNS transz-splicingben .

DNS replikációban

A Ro autoantigén fehérje (fehér) egy kétszálú Y RNS (piros) és egy egyszálú RNS (kék) végét köti össze. (PDB: 1YVP [1] ).

Az Y RNS -ek törzshurkok, amelyek szükségesek a DNS replikációjához a kromatinnal és az iniciációs fehérjékkel (beleértve az eredetfelismerő komplexet ) való kölcsönhatások révén . Szintén a Ro60 ribonukleoprotein részecske alkotórészei, amelyek szisztémás lupus erythematosusban szenvedő betegek autoimmun antitesteinek célpontjai .

A génszabályozásban

A kifejezést sok ezer gén szabályozza ncRNAs. Ez a szabályozás előfordulhat transzban vagy cisz -ben . Egyre több bizonyíték van arra, hogy egy speciális típusú ncRNS -ek, az úgynevezett enhancer RNS -ek, amelyeket egy gén enhancer régiójából írnak át, elősegítik a génexpressziót.

Transz-cselekvő

Magasabb eukariótákban a mikroRNS -ek szabályozzák a génexpressziót. Egyetlen miRNS csökkentheti több száz gén expressziós szintjét. Az érett miRNS molekulák hatásának mechanizmusa részben vagy komplementer módon egy vagy több hírvivő RNS (mRNS) molekulával történik, általában 3 'UTR -ekben . A miRNS-ek fő funkciója a génexpresszió csökkentése.

Kimutatták, hogy az ncRNS RNáz P is befolyásolja a génexpressziót. Az emberi magban az RNáz P szükséges az RNS polimeráz III által átírt különböző ncRNS normális és hatékony transzkripciójához . Ide tartoznak a tRNS, 5S rRNS , SRP RNS és U6 snRNS gének. Az RNáz P a transzkripcióban tölti be szerepét a Pol III -val és az aktív tRNS és 5S rRNS gének kromatinjával való asszociáció révén .

Kimutatták, hogy a 7SK RNS , egy metazoan ncRNS, az RNS polimeráz II megnyúlási faktor P-TEFb negatív szabályozójaként működik , és ezt az aktivitást befolyásolják a stresszválaszutak.

A bakteriális ncRNS, a 6S RNS , specifikusan asszociál a sigma70 specificitási faktort tartalmazó RNS polimeráz holoenzimhez . Ez az interakció elnyomja a szigma70-függő promoter expresszióját az állófázisban .

Egy másik bakteriális ncRNS, az OxyS RNS a Shine-Dalgarno szekvenciákhoz való kötődéssel elnyomja a transzlációt, ezáltal elzárva a riboszóma kötődést. Az OxyS RNS -t az Escherichia coli oxidatív stresszére reagálva indukálják.

A B2 RNS egy kicsi, nem kódoló RNS polimeráz III transzkriptum, amely elnyomja az mRNS transzkripciót az egérsejtek hősokkjára adott válaszként. A B2 RNS gátolja a transzkripciót azáltal, hogy a Pol II maghoz kötődik. Ezen kölcsönhatás révén a B2 RNS preinitációs komplexekké áll össze a promoterben és blokkolja az RNS szintézist.

Egy friss tanulmány kimutatta, hogy csak az ncRNS szekvencia transzkripciója befolyásolhatja a génexpressziót. A Schizosaccharomyces pombe kromatin -átalakításához az ncRNS -ek RNS polimeráz II transzkripciója szükséges . A kromatin fokozatosan átalakul nyitott konfigurációvá, mivel többféle ncRNS -t írnak át.

Cisz-hatású

Főbb cikkek: Öt lefordítatlan régió és három fő lefordítatlan régió

Számos ncRNS van beágyazva a fehérjét kódoló gének 5 ' UTR -jébe (nem lefordított régióiba), és különböző módon befolyásolják expressziójukat. Például egy riboszkóp közvetlenül képes megkötni egy kis célmolekulát ; a célkötés befolyásolja a gén aktivitását.

Az RNS -vezér szekvenciák az aminosav -bioszintetikus operonok első génje előtt találhatók. Ezek az RNS -elemek két lehetséges struktúra egyikét alkotják a nagyon rövid peptidszekvenciákat kódoló régiókban, amelyek gazdagok az operon végtermék aminosavában. A terminátor szerkezet akkor alakul ki, ha a szabályozó aminosav feleslegben van, és a riboszóma mozgása a vezető transzkriptum felett nincs akadályozva. Ha hiányzik a szabályozó aminosav töltött tRNS -e, akkor a vezető peptidet lefordító riboszóma leáll és az antiterminátor szerkezet kialakul. Ez lehetővé teszi, hogy az RNS polimeráz átírja az operont. Ismert RNS -vezetők a hisztidin -operon , a leucin -operon -vezető , a treonin -operon -vezető és a triptofán -operon -vezető .

Vas válasz elemeket (IRE) köti vas válasz fehérjék (IRP). Az IRE megtalálható különböző mRNS -ek UTR -jében, amelyek termékei részt vesznek a vas -anyagcserében . Ha a vaskoncentráció alacsony, az IRP -k megkötik a ferritin mRNS IRE -t, ami transzlációs elnyomáshoz vezet.

A belső riboszóma belépési helyek (IRES) olyan RNS -struktúrák, amelyek lehetővé teszik a transzláció iniciálását az mRNS -szekvencia közepén, a fehérjeszintézis folyamatának részeként .

A genomvédelemben

Az emlős herékben és szomatikus sejtekben expresszálódó Piwi-kölcsönhatásba lépő RNS-ek ( piRNS-ek ) RNS-fehérje komplexeket alkotnak Piwi fehérjékkel. Ezeket a piRNS -komplexeket (piRC -ket) összekapcsolják a retrotranszpozonok és más genetikai elemek transzkripciós géncsendesítésével a csíravonalsejtekben , különösen a spermatogenezisben .

A rendszeresen csoportosított csoportosított rövid palindromikus ismétlődések (CRISPR) ismétlődések, amelyek számos baktérium és archaea DNS -ében találhatók . Az ismétléseket hasonló hosszúságú távtartók választják el. Bebizonyosodott, hogy ezek a távtartók fágból származhatnak, és ezután segítenek megvédeni a sejtet a fertőzéstől.

A kromoszóma szerkezete

A telomeráz egy RNP enzim , amely specifikus DNS -szekvencia ismétlődéseket ("TTAGGG" gerincesekben) ad hozzá a telomer régiókhoz, amelyek az eukarióta kromoszómák végén találhatók . A telomerek kondenzált DNS -anyagot tartalmaznak, ami stabilitást biztosít a kromoszómáknak. Az enzim egy reverz transzkriptáz , amely telomeráz RNS -t hordoz , amelyet sablonként használnak, amikor megnyújtja a telomereket, amelyeket minden replikációs ciklus után lerövidítenek .

Xist (X-inaktív-specifikus átirat) egy hosszú ncRNA gént a X-kromoszóma a méhlepényes emlősök úgy működik, mint fő effektor az X kromoszóma inaktiváció képező eljárással Barr szervek . Az antiszensz RNS , a Tsix , a Xist negatív szabályozója. Azok az X kromoszómák, amelyekből hiányzik a Tsix expresszió (és így magas a Xist transzkripció szintje), gyakrabban inaktiválódnak, mint a normál kromoszómák. A drosophilids , amely szintén használja egy XY szexuális-meghatározó rendszer , a Rox (RNS az X) RNS-ek részt vesznek a dózis kompenzáció. Mind a Xist, mind az roX a transzkripció epigenetikus szabályozásával működik, hisztont módosító enzimek toborzásával .

Bifunkcionális RNS

A bifunkcionális RNS-ek vagy kettős funkciójú RNS-ek olyan RNS-ek, amelyeknek két különböző funkciójuk van. Az ismert bifunkcionális RNS -ek többsége mRNS, amelyek fehérjét és ncRNS -t is kódolnak. Azonban egyre több ncRNS két különböző ncRNS -kategóriába tartozik; pl. H/ACA doboz snoRNS és miRNS .

A bifunkcionális RNS -ek két jól ismert példája az SgrS RNS és az RNSIII . Azonban, néhány más bifunkciós RNS-ek amelyek ismert, hogy (például, szteroid receptor aktivátor / SRA, Vegt RNS, Oskar RNS, ENOD40 , p53 RNS és SR1 RNS . Bifunkciós RNS-ek a közelmúltban tárgya volt egy speciális kérdés az Biochimie .

Hormonként

Fontos kapcsolat van bizonyos nem kódoló RNS-ek és a hormon által szabályozott útvonalak ellenőrzése között. A Drosophila -ban olyan hormonok, mint az ekdizon és a fiatalkori hormon elősegíthetik bizonyos miRNS -ek expresszióját. Ezenkívül ez a szabályozás a C. elegans fejlődésének különböző időbeli pontjain fordul elő . Emlősökben a miR-206 az ösztrogén -alfa-receptor döntő szabályozója .

A nem kódoló RNS-ek kulcsfontosságúak számos endokrin szerv fejlődésében, valamint olyan endokrin betegségekben, mint a diabetes mellitus . Konkrétan az MCF-7 sejtvonalban a 17β-ösztradiol hozzáadása növelte az lncRNS-nek nevezett, nem kódoló RNS-ek globális transzkripcióját az ösztrogén-aktivált kódoló gének közelében.

Kórokozó elkerülésben

A C. elegans -ról kimutatták, hogy megtanulja és örökölte a kórokozók elkerülését, miután egy bakteriális kórokozó egyetlen, nem kódoló RNS- jének voltkitéve.

Szerepek a betegségben

Lásd még: Hosszú, nem kódoló RNS § Hosszú, nem kódoló RNS-ek betegségben

A fehérjékhez hasonlóan a szervezetben az ncRNS -repertoár mutációi vagy egyensúlyhiányai különféle betegségeket okozhatnak.

Rák

Sok ncRNS kóros expressziós mintázatot mutat a rákos szövetekben. Ide tartoznak a miRNS-ek , hosszú mRNS-szerű ncRNS-ek , GAS5 , SNORD50 , telomeráz RNS és Y RNS-ek . A miRNS -ek részt vesznek számos fehérjét kódoló gén nagyszabású szabályozásában, az Y -RNS -ek fontosak a DNS replikáció elindításához, a telomeráz RNS, amely a telomeráz primereként szolgál, egy RNP, amely kiterjeszti a telomer régiókat a kromoszóma végén (lásd telomerek és betegség további információért). A hosszú mRNS-szerű ncRNS-ek közvetlen funkciója kevésbé egyértelmű.

Csíravonal- mutációk miRNS-16-1 és a miRNS-15 primer prekurzorok kimutatták, hogy sokkal gyakoribb betegeknél krónikus limfocitás leukémiában , mint a kontroll populációk.

Azt sugallták, hogy egy ritka SNP-t ( rs11614913 ), amely átfedi a has-mir-196a2 -t, összefüggésbe hozták a nem kissejtes tüdőkarcinómával . Hasonlóképpen, egy 17 miRNS-ből álló szűrővizsgálat, amely előrejelzések szerint számos emlőrákhoz kapcsolódó gént szabályoz, eltéréseket talált a betegek miR-17 és miR-30c-1 mikroRNS -éiben ; ezek a betegek nem hordozták a BRCA1 vagy a BRCA2 mutációkat, ami lehetőséget ad arra, hogy a családi mellrákot ezen miRNS -ek változása okozhatja. A p53 tumorszuppresszor vitathatatlanul a legfontosabb szer a tumor kialakulásának és progressziójának megakadályozásában. A p53 fehérje transzkripciós faktorként működik, és döntő szerepet játszik a sejtes stresszválasz megszervezésében. A daganatos betegségekben betöltött kulcsfontosságú szerepe mellett a p53 más betegségekben is szerepet játszott, beleértve a cukorbetegséget, az iszkémia utáni sejthalált és a különböző neurodegeneratív betegségeket, például a Huntingtonot, a Parkinsont és az Alzheimert. Tanulmányok szerint a p53 expresszióját nem kódoló RNS szabályozza.

A rákos sejtekben rosszul szabályozott nem kódoló RNS másik példája a hosszú, nem kódoló RNS Linc00707. A Linc00707 felül van szabályozva és szivacsosítja a miRNS-eket emberi csontvelőből származó mesenchymalis őssejtekben, hepatocelluláris karcinómában, gyomorrákban vagy emlőrákban, és ezáltal elősegíti az osteogenezist, hozzájárul a májsejtes karcinóma progressziójához, elősegíti a proliferációt és az áttéteket, vagy közvetve szabályozza a fehérjék expresszióját rákos agresszivitás, ill.

Prader -Willi szindróma

A C/D box snoRNA SNORD116 48 példányának törlése a Prader -Willi -szindróma elsődleges oka . A Prader-Willi fejlődési rendellenesség, amely túlzott evéssel és tanulási nehézségekkel jár. Az SNORD116 potenciális célhelyekkel rendelkezik számos fehérjét kódoló génen belül, és szerepet játszhat az alternatív splicing szabályozásában.

Autizmus

A kis nukleáris RNS SNORD115 géncsoportot tartalmazó kromoszóma -lókusz megismétlődött az autista tulajdonságokkal rendelkező személyek körülbelül 5% -ánál . Az egérmodell, amelyet az SNORD115 klaszter duplikációjára terveztek, autista jellegű viselkedést mutat. A halálozás utáni agyszövet nemrégiben végzett kis tanulmánya kimutatta a hosszú, nem kódoló RNS-ek megváltozott expresszióját az autista agy prefrontális kéregében és kisagyában a kontrollokhoz képest.

Porc -haj hypoplasia

Bebizonyosodott, hogy az RNáz MRP -n belüli mutációk porc -haj hipoplaziát okoznak , olyan betegséggel, amely olyan tünetekkel jár együtt, mint az alacsony termet, a ritka haj, a csontváz rendellenességei és az elnyomott immunrendszer, ami gyakori az amisok és a finnek körében . A legjobban jellemzett változat az A-G átmenet a 70. nukleotidnál, amely egy konzervált pszeudoknot 5 'bázis két bázisának 5' hurokrészében van . Az RNáz MRP -n belül azonban sok más mutáció is CHH -t okoz.

Alzheimer kór

Az antiszensz RNS, a BACE1-AS átíródik az ellenkező szálból a BACE1-be, és felül van szabályozva Alzheimer-kórban szenvedő betegeknél . A BACE1-AS szabályozza a BACE1 expresszióját azáltal, hogy növeli a BACE1 mRNS stabilitását, és további BACE1-et generál egy poszt-transzkripciós feed-forward mechanizmus révén. Ugyanezzel a mechanizmussal emeli a béta -amiloid koncentrációját is , amely a szenilis plakkok fő alkotóeleme. A BACE1-AS koncentráció emelkedett az Alzheimer-kórban szenvedő alanyokban és az amiloid prekurzor fehérje transzgenikus egerekben.

miR-96 és halláskárosodás

Variation a magon belül régió az érett miRNS-96 hozták összefüggésbe autoszomális domináns , progresszív halláskárosodás emberben és egérben. A homozigóta mutáns egerek mélyen süketek voltak, nem mutattak cochleáris válaszokat. A heterozigóta egerek és az emberek fokozatosan elveszítik a hallás képességét.

Különbség a funkcionális RNS (fRNS) és az ncRNS között

A tudósok elkezdték megkülönböztetni a funkcionális RNS-t ( fRNS ) az ncRNS-től, hogy leírják azokat a régiókat, amelyek funkcionálisak az RNS szintjén, és lehetnek önálló RNS-átiratok. Ez azt jelenti, hogy az fRNS (például riboswitch, SECIS elemek és más cisz-szabályozó régiók) nem ncRNS. Az fRNS azonban tartalmazhat mRNS -t is , mivel ez a fehérjét kódoló RNS, tehát funkcionális. Ezenkívül a mesterségesen kifejlődött RNS -ek is az fRNS ernyőkifejezés alá tartoznak. Egyes publikációk azt állítják, hogy az ncRNS és az fRNS szinte szinonimák, mások azonban rámutattak arra, hogy az annotált ncRNS -ek nagy részének valószínűleg nincs funkciója. Azt is javasolták, hogy egyszerűen használják az RNS kifejezést , mivel a megkülönböztetést az RNS -t kódoló fehérjétől ( messenger RNS ) már a minősítő mRNS határozza meg . Ez kiküszöböli a kétértelműséget egy "nem kódoló" RNS-t kódoló gén megszólításakor. Ezenkívül számos olyan ncRNS lehet, amelyet a publikált irodalom és adatkészletek rosszul jelölnek.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek

( Wayback Machine másolat)