Зрелые, полностью процессированные РНК C. elegans содержат SL1- и
SL2-РНК на 5’-концах, причем соблюдаются пропорции в содержании
маркированных таким способом РНК внутри клеток. Следовательно, процесс
транс- сплайсинга, в результате которого происходит выбор лидерной SL-РНК,
каким-то образом регулируется. Предполагается, что белки,
взаимодействующие с сайтами полиаденилирования соответствующих РНК,
специфически взаимодействуют с белками мяРНП, в состав которых входят SL-
РНК, и тем самым осуществляют их выбор.
Функциональная роль транс- сплайсинга в жизненном цикле нематод
неизвестна. Экспериментами in vivo продемонстрирована взаимозаменяемость
генов, продукты которых подвергаются цис- или транс- сплайсингу. Известно,
что сайты транс- сплайсинга часто располагаются непосредственно перед
инициирующими AUG-кодонами мРНК. Это позволяет предположить, что SL-
последовательности играют определенную роль в инициации трансляции. В
частности, с помощью транс- сплайсинга могут удаляться лишние AUG-кодоны,
находящиеся не в одной рамке считывания с основной кодирующей
последовательностью нуклеотидов мРНК, или создаваться контексты
нуклеотидов, которые обеспечивают эффективную инициацию синтеза белка
рибосомами. Это, в свою очередь, может допускать определенную
эволюционную гибкость в расположении соответствующих промоторов и
создавать условия для возникновения новых сайтов инициации транскрипции
на ДНК нематод.
3.3.3. Избирательная деградация мРНК
Время полужизни мРНК в клетках является важным фактором регуляции
экспрессии генов. Феномен деградации мРНК как регуляторного явления
впервые обнаружен у бактерий на заре развития молекулярной генетики. Уже
тогда все РНК бактериальной клетки были разделены на два класса:
стабильные и нестабильные. К первым до сих пор относятся рибосомные и
транспортные РНК, тогда как вторую, наиболее гетерогенную по составу группу
образуют матричные РНК. Быстрая деградация мРНК после прекращения ее
биосинтеза в результате регуляторных воздействий на транскрибируемые гены
позволяет бактериальным клеткам легко адаптироваться к изменяющимся
условиям окружающей среды и дает им ощутимые селективные преимущества
перед клетками, которые не обладают таким регуляторным механизмом.
Быстрая адаптация особенно актуальна для бактерий – одноклеточных
организмов с коротким жизненным циклом.
Как было упомянуто, клетки эукариотических организмов способны
выводить мРНК из трансляции, не разрушая ее. Это часто достигается
регуляцией процессинга предшественников мРНК, образованием
рибонуклеопротеидных комплексов – информосом, или специфической
модификацией регуляторных последовательностей мРНК (см. ниже). Тем не
менее, селективная деградация мРНК является распространенным механизмом
регуляции экспрессии генов в клетках высших организмов. В эукариотических
клетках время полужизни стабильных мРНК, таких как глобиновая мРНК,
составляет ∼17 ч, а время функционирования мРНК факторов роста не
превышает 30 мин. Физиологические последствия таких различий очевидны.
Если глобиновые мРНК продолжают транслироваться на протяжении всей
жизни предшественников эритроцитов, то потребность в факторах роста
ограничивается фазами клеточного цикла, непосредственно связанными с
делением клеток. В частности, известно, что увеличение стабильности мРНК
протоонкогена c-fos под действием мутаций сопровождается непрерывным
делением мутантных клеток и образованием опухолей.
Время жизни эукариотических мРНК в цитоплазме чаще всего
контролируется их 3’-концевыми нетранслируемыми последовательностями
(UTR). Лабильные мРНК содержат в этой области одну или несколько AU-
богатых последовательностей длиной около 50 нуклеотидов, называемых ARE-
элементами (adenylate/uridylate-rich elements), которые придают
полирибонуклеотиду конформации, делающие его высокочувствительным к
расщеплению нуклеазами. Искусственное введение таких последовательностей
в 3’-концевые области стабильных мРНК приводит к их дестабилизации, что
сопровождается резким уменьшением внутриклеточного времени полужизни
гибридных мРНК. ARE-элементы были впервые обнаружены у генов цитокинов,
участвующих в воспалительных реакциях организма, и в настоящее время
описаны для мРНК генов c-fos, c-myc, nur77, junB, β-интерферона,
интерлейкина 3, гранулоцит-макрофагового колонийстимулирующего фактора
(GM-CSF) и ряда других мРНК. Длина ARE-элементов варьирует от 50 до 150
нуклеотидов, они содержат несколько копий пентануклеотида AUUUA и много
остатков U, перемежающихся остатками A.
Различают, по крайней мере, три класса ARE-элементов. Элементы 1-го
класса (характерные, в частности для мРНК гена c-fos) содержат одну–три
копии последовательности AUUUA, ассоциированные с U-богатой областью
или гомополимером U. Для элементов 2-го класса (тип GM-CSF) характерно
наличие двух копий перекрывающихся нонануклеотидных последовательностей
UUAUUUA(U/A)(U/A), включенных в U-богатую последовательность. Наконец,
элементы, принадлежащие к 3-му классу (тип c-jun), совсем не содержат
последовательности AUUUA.
Рис. I.39. Этапы ARE-зависимой деградации мРНК эукариот
Закрашенные геометрические фигуры – белки и факторы, специфически
взаимодействующие с ARE-последовательностью. Их возможное влияние
на деаденилирование показано волнистыми стрелками. Толщина стрелок
указывает на интенсивность реакции
В соответствии с современной моделью ARE-зависимая деградация
мРНК происходит двумя различными путями (рис. I.39). Как уже упоминалось
выше, этот процесс начинается с деаденилирования 3’-концевых поли(A)-
последовательностей мРНК. Процесс деаденилирования проходит с разной
скоростью в зависимости от класса ARE-последовательностей, присутствующих
в мРНК. При наличии ARE-элементов 2-го класса (тип GM-CSF)
деаденилирование отдельных молекул протекает асинхронно по
процессивному механизму и заканчивается образованием молекул мРНК, не
содержащих 3’-концевых поли(А)-последовательностей (поли(А)−-РНК). В
отличие от этого ARE-элементы 1-го и 3-го классов направляют
деаденилирование по дистрибутивному механизму. При этом отдельные
молекулы деаденилируются синхронно, и на концах мРНК остаются поли(А)-
последовательности длиной в 30–60 нуклеотидов. Скорость дальнейшей
деградации процессированных мРНК может быть различной и зависит от
регулируемой на уровне деградации мРНК экспрессии генов.
Таким образом, наличие в структуре мРНК различных классов
специфических ARE-последовательностей, а также множественных белков-
регуляторов, взаимодействующих с этими последовательностями,
контролирует кинетику деградации мРНК в клетках. Аналогичные механизмы
имеют место, в частности в селективной защите или дестабилизации мРНК в
ответ на изменение внутриклеточных условий, например при гормональных
воздействиях.
Изменение длины поли(А)-последовательностей мРНК. Выше было
отмечено, что кэпирование и полиаденилирование процессированных
эукариотических мРНК повышают эффективность их трансляции рибосомами.
В некоторых случаях эффективность трансляции мРНК, содержащих 3’-
концевые поли(A)-последовательности, регулируется путем специфического
изменения длины таких гомополимеров. В частности, у слизневиков
Dictyostelium этот механизм играет ключевую роль в жизненном цикле. При
переходе слизневиков от стадии вегетативного роста (амеба) к образованию
плодового тела в клетках синтезируется новый набор мРНК. Одновременно
резко укорачивается длина поли(A)-последовательностей мРНК,
синтезированных и используемых в вегетативной стадии развития организма. В
результате происходит переключение трансляции с мРНК, запасенных в
вегетативной фазе роста, на вновь синтезированные мРНК. Аналогичные
эффекты наблюдаются в слюнных железах личинок дрозофилы, в процессе
развития двустворчатого моллюска Spisula, а также в ооцитах шпорцевой
лягушки Xenopus.
Хорошо изученным примером регуляции экспрессии генов на уровне
полиаденилирования соответствующих мРНК является также
дифференциальное полиаденилирование мРНК белка U1A – компонента U1-
мяРНП. Установлено, что 3’-концевые нетранслируемые участки (3’-UTRs) U1A-
мРНК различных организмов содержат две копии консервативных
последовательностей, которые обладают способностью связывать U1A-белок.
В результате синтез избытка U1A-белка ингибирует полиаденилирование мРНК
in vivo. При этом происходит подавление полимеризации AMP как следствие
прямых контактов белка с поли(А)-полимеразой. После такой дестабилизации
U1A-мРНК наблюдается пропорциональное снижение внутриклеточного уровня
U1A-белка, т.е. имеет место регулирование его биосинтеза по принципу
обратной связи.
Изменения кэп-группы мРНК. Своеобразный механизм контроля
трансляции мРНК используется в онтогенезе некоторых бабочек. Например, у
табачного бражника Manduca sexta эффективность __________трансляции определенных
мРНК изменяется при ковалентной модификации их 5’-концевых кэп-групп. В
ооцитах бражника запасенные мРНК содержат кэп-группу в виде
неметилированного остатка гуанозина. Такие мРНК не транслируются
рибосомами в бесклеточной белоксинтезирующей системе. Однако после
оплодотворения кэп-группы мРНК быстро метилируются с образованием
остатка 7-метилгуанозина и становятся активными матрицами при трансляции.
Этим примером мы завершим рассмотрение механизмов регуляции
экспрессии генов путем посттранскрипционных модификаций мРНК и их
предшественников. Как видно из изложенного материала, все регуляторные
модификации структуры РНК оказывают влияние на экспрессию генов,
транскриптами которых они являются, через изменение эффективности
трансляции этих мРНК рибосомами. Фактически все вышеперечисленные
механизмы регуляции экспрессии генов направлены на изменение матричной
активности РНК-посредников (мРНК), с помощью которых происходит перенос
генетической информации от транскрибируемых генов к белкам. Такие
механизмы оказывают регуляторное действие на уровень экспрессии
регулируемых генов через изменение эффективности функционирования
аппарата трансляции клеток организма. Тем не менее, среди механизмов,
регулирующих экспрессию генов на уровне трансляции, многие
непосредственно направлены на изменение функциональной активности самих
компонентов аппарата трансляции: рибосом и многочисленных факторов
трансляции, принимающих прямое участие в биосинтезе белков. Некоторые из
этих механизмов будут рассмотрены в следующем разделе.
3.4. Регуляция экспрессии генов на уровне трансляции
В процесс биосинтеза белка рибосомами вовлекается большое
количество мРНК, экипированных разнообразными регуляторными элементами.
Даже в случае клеток дрожжей количество транслируемых видов мРНК
превышает 6000. Регуляторные последовательности мРНК влияют на
эффективность трансляции двумя основными путями: 1) изменением
активности компонентов системы трансляции, взаимодействующих с
регуляторными доменами мРНК; 2) изменением структуры регуляторных
элементов самих мРНК. Как и в случае транскрипции, механизмы регуляции
экспрессии генов на уровне трансляции осуществляют контроль
эффективности всех основных этапов синтеза полипептидных цепей:
инициации, элонгации и терминации.
3.4.1. Регуляция инициации трансляции
Инициация, т.е. сборка компонентов системы трансляции на 5'-конце
мРНК, завершающаяся образованием первой пептидной связи, является
важнейшей точкой приложения регуляторных воздействий на уровне
трансляции. Эффективность инициации биосинтеза белка изменяется под
действием различных гормонов, факторов роста и цитокинов, при изменении
доступности питательных веществ и в условиях стрессовых состояний
эукариотических клеток. Ключевую роль в этом играют факторы инициации
трансляции eIF4E и eIF2.
Участие фактора инициации трансляции eIF4E в регуляции
биосинтеза белка. Фактор eIF4E распознает кэп-структуры мРНК в составе
многокомпонентного фактора инициации eIF4F, что является необходимым
этапом объединения мРНК с 40S субчастицей рибосом (подробнее см. раздел
2.5.2). Фактор eIF4E лимитирует инициацию трансляции. В большинстве клеток
он присутствует в количестве 0,01–0,2 молекулы/рибосому, тогда как
внутриклеточное содержание других факторов находится в пределах 0,5–3
молекулы/рибосому. Внутриклеточное содержание и активность фактора eIF4E
регулируются на уровне транскрипции, посттрансляционно и путем
взаимодействия с белками-репрессорами.
Регуляция биосинтеза eIF4E на уровне транскрипции. В ответ на
действие сыворотки или факторов роста происходит многократное возрастание
внутриклеточного содержания eIF4E-мРНК. Промотор гена этого фактора
содержит два сайта связывания фактора транскрипции Myc, которые
функционируют в искусственных гибридных генах. В соответствии с этим
повышенный уровень экспрессии гена c-myc сопровождается возрастанием
внутриклеточного содержания eIF4E-мРНК. Известно, что белок Myc участвует
в регуляции пролиферации клеток. Поскольку фактор eIF4E сам по себе
является ключевым регулятором роста и деления клеток, полагают, что его ген
может быть одной из основных мишеней регуляторного воздействия белка Myc.
Регулируемое фосфорилирование фактора eIF4E.
Фософорилированное состояние полипептидной цепи фактора eIF4E
коррелирует с повышенной скоростью трансляции. В митозе, характеризуемом
низкой скоростью трансляции, уровень фосфорилирования eIF4E минимален.
Количество фосфорилированных молекул фактора возрастает в ответ на
внеклеточные воздействия гормонами, факторами роста, митогенами и
цитокинами, а также в условиях повышенной нагрузки на сердце. У
млекопитающих в ответ на все исследованные стимулы фосфорилирование
полипептидной цепи происходит в основном в положении S209 (нумерация по
полипептиду мышей). Остаток Thr в положении 210 фосфорилируется
значительно реже. Поскольку в клетках, трансформированных онкогенами ras и
src, наблюдается усиление фосфорилирования eIF4E, полагают, что в этом
процессе участвуют MAP(ERK)-киназы (MAPK/ERK). Это участие может быть
косвенным, так как в системах in vitro киназы ERK не обладают способностью
фосфорилировать eIF4E. Недавно было показано, что общим субстратом
протеинкиназ p38MAPK и ERK является протеинкиназа фактора eIF4E,
названная MNK1 (MAP kinase interacting kinase 1), которая в активном состоянии
фосфорилирована. Поскольку MNK1 эффективно и специфически
фосфорилирует фактор eIF4E in vitro по остатку Ser в положении 209, ее
рассматривают в качестве основного кандидата, модифицирующего этот
фактор и в живой клетке, после активации каскадов реакций с участием киназ
ERK и p38 MAPK.
Семейство ____________белков-репрессоров фактора eIF4E. Недавно были
обнаружены небольшие белки (молекулярная масса ~12 кДа), названные 4EBP1,
4E-BP2 и 4E-BP3 (eIF4E-binding proteins 1, 2 and 3), ингибирующие кэп-
зависимую трансляцию после прямого взаимодействия с eIF4E. Образование
комплекса eIF4E–4E-BP не изменяет сродство фактора к кэп-структуре, однако
предотвращает его взаимодействие с eIF4G. Белки-ингибиторы 1, 2 и фактор
eIF4G обладают гомологичной последовательностью аминокислот YXXXXLΦ,
где X – любая аминокислота, а Φ – алифатический аминокислотный остаток.
Эта последовательность необходима для обсуждаемого белок-белкового
взаимодействия.
Сродство ингибиторов семейства 4E-BP к фактору eIF4E регулируется
через их фосфорилирование. Ингибитор 4E-BP1 был вначале
идентифицирован как основной полипептид, фосфорилируемый под действием
инсулина. Фосфорилирование полипептидных цепей ингибиторов
предотвращает образование белок-белковых комплексов и происходит в
присутствии гормонов (инсулин, ангиотензин, гастрин), факторов роста (EGF,
PDGF, NGF,IGFI, IGFII), цитокинов (IL-3, GMCSF), митогенов (TPA) и во время
аденовирусной инфекции. В то же время в клетках некоторых типов тепловой
шок и полиовирусная инфекция сопровождаются снижением уровней
фосфорилирования ингибиторов. Все это указывает на прямое участие
ингибиторов 4E-BP в регуляции трансляции у эукариот через взаимодействие с
фактором eIF4E. По крайней мере, ингибиторы 4E-BP1 и 4E-BP2 являются
субстратами протеинкиназы FRAP/mTOR – очень большого белка,
принадлежащего к семейству киназ PIK, родственных киназам
фосфатидилинозитола. Каскад реакций, завершающихся фосфорилированием
этой киназы и, в конечном счете, белковых ингибиторов трансляции,
запускается в ответ на вышеупомянутые внеклеточные стимулы киназой PIK3,
фосфорилирующей OH-группу фосфоинозитида в положении 3.
Фактор eIF4E в регуляции роста и пролиферации клеток. Как следует
из вышеизложенного, фактор eIF4E и его белковые ингибиторы являются
специфическими мишенями протеинкиназ, активируемых в ответ на
внеклеточные регуляторные воздействия. Это указывает на важную роль
фактора в регуляции клеточного цикла. Действительно, микроинъекция eIF4E в
покоящиеся фибробласты индуцирует в них синтез ДНК, а антисмысловые РНК
к мРНК фактора резко увеличивают время прохождения клеток через G1/S
фазы клеточного цикла.
Сверхэкспрессия гена eIF4E приводит к характерным морфологическим
изменениям в клетках HeLa и трансформирует иммортализованные клеточные
линии грызунов. При этом происходит подавление апоптоза, индуцируемого в
клетках истощением сыворотки. Кроме того, повышение внутриклеточного
уровня фактора имеет место в опухолях различного происхождения. Все это
делает фактор eIF4E объектом пристального внимания онкологов.
Фактор eIF2 как объект регуляторных воздействий. Как уже
упоминалось выше, eIF2 представляет собой гетеротримерный белковый
комплекс. Его α-субъединица фосфорилируется тремя известными киназами
эукариот: у животных – HRI и PKR, а у дрожжей – GCN2. Фосфорилирование
фактора предотвращает обмен GDP на GTP, опосредованный фактором eIF2B,
и ингибирует трансляцию. Поскольку фосфорилированная форма eIF2
обладает повышенным сродством к eIF2B, последний становится эффективным
конкурентным ингибитором формирования активного комплекса eIF2–GTP–Met-
тРНКi.
В качестве примера изменения эффективности трансляции мРНК через
фосфорилирование фактора инициации eIF2 рассмотрим механизм контроля
биосинтеза гемоглобина под действием гема. Этот пример интересен также и
тем, что объясняет необходимость добавления гема в бесклеточные системы
трансляции, получаемые на основе белков ретикулоцитов. Более подробно
бесклеточные системы трансляции описаны в разделе 7.5.
Трансляция глобиновой мРНК в бесклеточной системе биосинтеза белка
из ретикулоцитов кроликов в отсутствие гемина (окисленной формы гема)
сопровождается быстрым прекращением включения аминокислот в растущие
полипептидные цепи, т.е. остановкой трансляции. Оказалось, что в отсутствие
гемина специфическая протеинкиназа фосфорилирует фактор инициации
трансляции eIF2, который в фосфорилированном состоянии прочно
взаимодействует с другим фактором инициации eIF2B и в составе комплекса
остается в связанном с рибосомами состоянии. В результате трансляция
глобиновой мРНК останавливается. Гемин, находящийся в избытке в системе
трансляции, взаимодействует с протеинкиназой и инактивирует ее.
Протеинкиназа утрачивает способность фосфорилировать фактор eIF2 и, как
следствие, блокировать трансляцию.
Координация синтеза глобинов на уровне трансляции происходит и в
других случаях. Известно, что в диплоидной клетке человека имеются четыре
активных α-глобиновых и лишь два экспрессирующихся β-глобиновых гена.
Поскольку правильная сборка молекул гемоглобина предполагает участие
эквимолярных количеств полипептидных цепей α- и β-глобина, необходима
координация биосинтеза этих белков, которая осуществляется на уровне
инициации трансляции. Оказывается, α-глобиновая мРНК конкурирует с β-
глобиновой мРНК за факторы инициации трансляции, однако β-глобиновая
мРНК обладает большим сродством к факторам, что приводит к более высокой
эффективности ее трансляции по сравнению с α-глобиновой мРНК.
Предполагается, что в качестве фактора инициации трансляции,
ответственного за предпочтительную трансляцию β-глобиновой мРНК,
выступает кэп-связывающий белок.
Вышеописанные примеры показывают, как изменяется эффективность
инициации трансляции определенных мРНК рибосомами при
непосредственном воздействии на факторы инициации. Имеются и другие
механизмы регуляции эффективности трансляции и, в конечном счете,
регуляции экспрессии генов, реализующие свое действие через изменение
эффективности инициации трансляции мРНК. Среди факторов, влияющих на
эти механизмы, следует упомянуть, во-первых, разную эффективность ("силу")
5’-концевых областей инициации трансляции TIR (в частности
последовательности Шайна–Дальгарно), необходимых для связывания
рибосом в процессе образования инициаторного комплекса. Такие
последовательности обеспечивают требуемую скорость трансляции
соответствующих мРНК (подробнее см. раздел 7.2.6). Во-вторых, регуляция
скорости инициации трансляции возможна за счет влияния пространственной
структуры 5’-концевого инициаторного района мРНК. Сворачивание этой части
мРНК в стабильную пространственную структуру блокирует трансляцию. В-
третьих, эффективная регуляция инициации трансляции определенных мРНК
достигается за счет специфического взаимодействия инициаторных участков
мРНК с белками-регуляторами, которые в данном случае выступают
репрессорами инициации трансляции.
Белки, взаимодействующие с мРНК, как регуляторы трансляции.
Большинство регуляторных белков, взаимодействующих с 5’-концевыми TIR-
последовательностями мРНК прокариот, являются негативными регуляторами
трансляции. Классический пример такой регуляции экспрессии генов дают
рибосомные белки E. coli – репрессоры собственного синтеза, которые
предотвращают взаимодействие 30S субчастиц рибосом со своими мРНК.
Оригинальный механизм репрессии использует рибосомный белок S15,
который, взаимодействуя с TIR-последовательностью своей мРНК,
стабилизирует предсуществующий псевдоузел. В результате SD-область мРНК
становится ловушкой для 30S субчастицы рибосом, которая взаимодействует с
ней, но не может инициировать синтез белка.
Аналогичные механизмы функционируют и у эукариот. В этом отношении
хорошо изучена регуляция трансляции мРНК ферритина, синтазы δ-
аминолевулиновой кислоты и субъединицы b сукцинатдегидрогеназы
позвоночных животных. 5’UTR мРНК этих белков содержат регуляторный
элемент IRE (iron-responsive element), с которым взаимодействует белок IRP
(iron-regulatory protein), акцептирующий ионы железа. В отсутствие железа IRP
связывается с IRE и блокирует трансляцию мРНК. Сродство IRP к IRE
понижается в 50–100 раз, если он находится в комплексе с ионами железа.
Этого оказывается достаточно для вовлечения соответствующих мРНК в
трансляцию.
Цитоплазматические мРНК, не участвующие в синтезе белка в составе
полисом, образуют нетранслируемые мРНП-комплексы. Кроме уже
рассмотренных выше регуляторных белков, распознающих определенные
последовательности мРНК конкретных видов, два белка обнаруживаются во
всех мРНП в большом количестве: поли(А)-связывающий белок PABP (p70) и
белок р50 с молекулярной массой ~50 кДа. Роль белка PABP в стабилизации
мРНК и инициации трансляции уже обсуждалась. Теперь же целесообразно
рассмотреть регуляторные функции белка p50.
Белок p50, ассоциированный с цитоплазматическими мРНП-
частицами. В отличие от белка PABP, преимущественно ассоциированного с
функционирующими полисомами, белок p50 является основным компонентом
как неактивных мРНП, так и участвующих в синтезе белка. Белок p50
ретикулоцитов кроликов обнаруживает до 98% гомологии с факторами
транскрипции животных, взаимодействующими с так называемым Y-боксом,
цис- действующей регуляторной последовательностью ДНК
CTATTGGC/TC/TAA. Факторы этого семейства преимущественно связывают
одноцепочечную и апуринизированную ДНК, трехцепочечную H-ДНК и РНК.
Отмечена двойственная роль белка p50 в регуляции трансляции: он
может выступать как ингибитор и как активатор биосинтеза белка. При высоком
отношении p50/мРНК (5–10 молекул белка на молекулу мРНК) имеет место
ингибирование трансляции, при низком (до четырех молекул p50 на молекулу
мРНК) – активация. Ингибирующая функция белка обнаружена при
депонировании мРНК в ооцитах, а также в условиях сверхэкспрессии p50 в
соматических клетках. Возможно, при высоких концентрациях белка происходит
освобождение его С-концевых частей от контактов с РНК, приводящее к
мультимеризации белка и переходу мРНП в конденсированное состояние.
Альтернативно, белок p50 выступает в качестве фактора трансляции в
полисомах, активно синтезирующих белок. Полагают, что в этом случае он
может облегчать инициацию трансляции, предотвращая неспецифическое
взаимодействие мРНК с факторами трансляции, а также обеспечивая
формирование у мРНК оптимальной пространственной структуры. Поскольку у
p50 обнаружена РНК-расплетающая активность, он может способствовать
сканированию 5’UTR мРНК прединициационным комплексом.
Антисмысловые РНК как регуляторы трансляции. Прокариотические
антисмысловые РНК длиной 70–110 нт образуют структуры типа "стебель–
петля", в которых стебель защищает эти РНК от деградации, а петля длиной
шесть–восемь нт служит для первоначального взаимодействия с мРНК-
мишенью. После образования комплексов РНК–РНК наблюдали изменение
стабильности мРНК, эффективности процессинга РНК-мишени, терминации
транскрипции или инициации их трансляции. Из этого видно, что
антисмысловые РНК являются мощными природными модуляторами
экспрессии генов у прокариот. Данные о возможном участии природных
антисмысловых РНК в регуляции трансляции у эукариот противоречивы.
Короткие ОРС в 5’-концевых лидерных последовательностях РНК
как регуляторы трансляции. Около 10% мРНК растений содержат в своих 5’-
концевых лидерных последовательностях более одного AUG-кодона.
Некоторые из них удаляются с помощью альтернативного сплайсинга. Другие
возникают в результате использования РНК-полимеразами альтернативных
промоторов при инициации транскрипции соответствующих генов. Присутствие
коротких ОРС в лидерных последовательностях мРНК, как правило,
сопровождается снижением эффективности трансляции таких матриц.
Функционирование этого механизма обнаружено в клетках млекопитающих,
растений и дрожжей. Влияние коротких ОРС на трансляцию расположенных
ниже последовательностей нуклеотидов мРНК недавно было детально
исследовано с использованием искусственных генно-инженерных конструкций,
в которых изменяли длину и число потенциальных сайтов инициации
трансляции, предшествовавших генам-репортерам. Оказалось, что
ингибирующее действие коротких ОРС возрастает с увеличением их длины.
Даже одиночный AUG-кодон, снижает уровень трансляции ниже
расположенных последовательностей, по крайней мере, в два раза. Короткие
ОРС промежуточной длины (∼30 кодонов) обладали пятикратным
ингибирующим действием, а протяженные ОРС (>100 кодонов) полностью
подавляли трансляцию следующих за ними последовательностей. Механизм
ингибирующего действия коротких ОРС связан с тем, что они транслируются.
Это снижает вероятность инициации трансляции на инициирующих кодонах,
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 21 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |