Лекция 10. (Процессинг тРНК и рРНК)

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ПРОЦЕССИНГ РИБОСОМАЛЬНЫХ И
ТРАНСПОРТНЫХ РНК.
– синтез молекул РНК, образование первичного
транскрипта (пре-РНК)
(посттранскрипционные модификации) – модификация
первичного транскрипта (пре-РНК) и образование зрелых молекул РНК
– это участок ДНК между генами
– ферменты, которые разрезают молекулы РНК
ТРАНСКРИПЦИЯ
ПРОЦЕССИНГ
ТРАНСЛЯЦИЯ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ПРОЦЕССИНГ РИБОСОМАЛЬНЫХ И
ТРАНСПОРТНЫХ РНК.
У прокариот tРНК и rРНК расположены в одной транскрипционной
единице
Молекулы 5S, 16S и 23S rРНК синтезируются в составе общего
первичного транскрипта
В спейсерных участках между генами 16S и 23S rРНК расположены
гены tРНК
1. Нарезание
первичного
транскрипта
2. Экзонуклеазное
подравнивание
3. Модификация
оснований
участвует в
процессинге пре-rРНК у
бактерий
В процессинге пре-tРНК у
бактерий участвует
и
является
рибозимом, т.к. содержит
собственную РНК,
которая обладает
эндонуклеазной
активностью
представлена крупной молекулой
30S
Под действием специфических нуклеаз (РНКазы III) и метилаз из
нее образуются промежуточные пре-rРНК, которые, подвергаясь
дальнейшей нуклеазной атаке (экзонуклеазное подравнивание)
и метилированию, превращаются в зрелые молекулы 23S, 16S и 5S rРНК
предшественником tРНК
Модификацию 5’-конца осуществляет
Модификацию 3’-конца –
,
несущая участок, комплементарный
CCA концу tРНК.
Акцепторную последовательность к
3’-концу достраивает концевая
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ПРОЦЕССИНГ РИБОСОМАЛЬНЫХ И
ТРАНСПОРТНЫХ РНК.
I класс – гены, кодирующие rРНК
объединены в
кластеры (18S rРНК,
5,8S rРНК, 28S
rРНК) расположеные
тандемно в большом
количестве копий.
Между генами rРНК
расположены
спейсеры (вставки),
которые удаляются
при процессинге.
Транаскрибируются
гены rРНК
.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ПРОЦЕССИНГ РИБОСОМАЛЬНЫХ И
ТРАНСПОРТНЫХ РНК.
18S, 5,8S, 28S rРНК образуются в равных количествах, так как
образуются из одного первичного транскрипта
5S rРНК транскрибируется отдельно
Зрелые rРНК, образованные в ходе посттранскрипционных
модификаций, связываются со специфическими белками и
образуется рибосома
Комплементарные последовательности
нуклеотидов (оранжевые) образуют
спираль
Дальние взаимодействия (голубые),
приводят к формированию
пространственной структуры пре-rРНК,
которая способствует сплайсингу
интрона
Участки, примыкающие к концам
интрона (серые)
1. Нарезание первичного
транскрипта
2. Сплайсинг
3. Эндонуклеазное
подравнивание
4. Модификация нуклеотидов
В ядре пре-rРНК 45 S
длинной около 13 т.п.н.
подвергается процессингу,
Образуется:
28S rРНК (5 т.п.н.)
18S rРНК (2 т.п.н.)
5,8 rРНК (160 п.н.)
Остальная часть
транскрипта разрушается в
ядре.
В процессинге rРНК принимают
участие:
1. эндонуклеазы
2. экзонуклеазы
3. snoРНК
локализованные в ядрышке –
участке ядра, где происходит
транскрипция генов rРНК и сборка
пре-рибосом
важный момент созревания пре-РНК – образование в их
составе модифицированных нуклеотидов – метилирование и
псевдоуридилирование
улучшают укладку rРНК и ее взаимодействие с
рибосомными белками
2'-O-метилирование рибозы стабилизирует
3'-эндо конформацию
Псевдоуридин (Ψ), по сравнению с уридином
имеет дополнительную возможность для
образования водородных связей
Разрезание пре-rРНК сходно у про- и эукариот
Система модификации нуклеотидов в rРНК у эукариот уникальна
Типы модификации: псевдоуридилирование основания и 2’-Oметилирование рибозы
В метилировании участвуют snоРНК двух класса: C/D и H/ACA
несут короткие
участки комплементарности
к rРНК.
У РНК
класса эта
область более 10
нуклеотидов, а у
–
меньше 10.
С каждым классом snоРНК
связан набор белков.
осуществляют 2’-Oметилирование,
а
–
псевдоуридилирование
5’- и 3’-концы C/D snoРНК
спарены.
Следом расположены две
консервативные
последовательности
нуклеотидов – C и D.
За D последовательностью
идет участок
комплементарности rРНК.
Рибоза третьего нуклеотида
rРНК от начала участка
комплементарности
У H/ACA snoРНК также имеется
две консервативные
последовательности.
Нуклеотиды, комплементарные
rРНК располагаются в двух
внутренних шпильках.
Остаток уридина,
.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ПРОЦЕССИНГ РИБОСОМАЛЬНЫХ И
ТРАНСПОРТНЫХ РНК.
III класс – гены, кодирующие tРНК
Кластеры гены tРНК расположены в разных хромосомах 13, 14, 15, 21, 22.
У человека на гаплоидный геном приходится 1300 генов tРНК.
Внутренний промотор имеет два района ( - и
-боксы).
В генах tРНК в 3’-конце есть один интрон размером от 14 до 60 п.н.
Транскрибируются гены tРНК
1. Нарезание первичного
транскрипта
2. Экзонуклеазное подравнивание
3. Модификация 3'-конца
молекулы
4. Сплайсинг
5. Модификация нуклеотидов
tРНК синтезируются в виде больших
предшественников пре-tРНК (около 100 п.н.)
Посттранскрипционные модификации пре-tРНК
происходят при участии
Зрелая tРНК – 70-90 п.н.
(рибонуклеаз)
2
1
3
3
3
1. на 5'-конце –
фосфорилированный
5'-гидроксил
2. на 3'-конце – акцепторная
последовательность ССА
3. Есть минорные нуклеотиды,
образующиеся
путем модификаций
4. Основные части:
акцепторный стебелек и 4
петли (антикодоновая,
дигидроуридиловая,
тимидилпсевдоуридиловая,
вариабельная)
Предшественник tРНК содержит дополнительный фрагмент на
5’-конце
Пре-tРНК имеет в районе антикодоновой петли интрон, состоящий
из 14-16 нуклеотидов.
Формированием 5’ и 3’-конца молекулы tРНК занимаются
достраивает CCA хвост tРНК, у эукариот
CCA последовательность не кодируется в генах tРНК, а добавляется
посттранскрипционно
В tРНК эукариот есть интроны. В отличии от интронов, встречающихся в
mРНК, они не ограничены консервативными последовательностями и
встроены в строго определенный участок tРНК –
Пре- tРНК имеет в районе
антикодоновой шпильки
симметричную структуру,
узнающуюся специфической
эндонуклеазой.
Нуклеаза вырезает интрон,
оставляя фосфат на 3’-конце 5’концевого фрагмента.
Для лигирования фрагментов
tРНК, необходим 3’-гидроксил и
5’-фосфат.
Поэтому, ферменты,
осуществляющие сплайсинг,
сначала переносят фосфат с
3’-положения на 2’.
Затем проводится
фосфорилирование
5’-гидроксила.
После лигирования образуется
ковалентно замкнутая tРНК,
содержащая дополнительный
фосфат, присоединенный к 2’OH. Он удаляется фосфатазой.
Процессы модификации многообразны
:
1. подвергаются восстановлению (с образованием дигидроуридина)
2. подвергаются изомеризации (псевдоуридин)
3. подвергаются метилированию (метилуридин)
дезаминируются (превращаясь в инозин), часть
из продуктов затем метилируется (образуя метилинозин).
Список происходящих модификаций в пре tРНК можно продолжить…