Nekodirajuća RNK

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigaciju, pretragu

Nekodirajuća RNK (nkRNK, ncRNA) je funkcionalna RNK koja se ne translira u protein. Za ovu klasu RNK, rjeđe se koriste sinonimi RNK koja ne kodira protein (npkRNK, npcRNA), neinformacijska RNK (niRNK, nmRNA) i nefunkcijska RNK (fRNK, fRNA). Termin mala RNK (mRNK, sRNK) se često koristi za kratke bakterijske ncRNk molekule. DNK sekvenca sa nekodirajućom RNK često se naziva i RNK gen.[1][2][3][4][5]

Geni nekodirajuće RNK uključuju visoko rasprostranjene i funkcijski važne RNK molekule, kao što su transfer RNK (tRNK) i ribosomna RNK (rRNK), kao i RNK poput snoRNA, mikroRNK, mala interferirajuća RNK (inRNK), PIWI interagujuća RNK (piRNK) i duge nekodirajuće RNK (nkRNK), koje obuhvataju primjere poput Xist-a i HOTAIR-a. Broj ncRNA molekula koje su kodirane unutar ljudskog genoma nije poznat, međutim nedavne [transkriptom]]ske i bioinformatičke studije sugeriraju postojanje hiljada takvih (ncRNK) molekula.[6][7][8][9]

Otkriće i historija[uredi | uredi izvor]

Nukleinske kiseline su prvootkrivene 1868. (Friedrich Miescher), [10]a 1939. RNK je implicitno pomenuta u biosintezi proteina.[11] Dvije decenije poslije, Francis Crick je predvidio a funkcijsku komonentu RNK sa medijacijom translacijom; rezonirao je da je RNK pogodnija za sparivanje baza sa iRNK transkriptom nego čisti polipeptid.[12]

Djetelinasta struktura kvaščeve tRNKPhe (inset) i 3D struktura određenja analizom putem X-zračenja

Prva opisana nekodirajuća RNK bila je okarakterizirana kao alanin tRNK koja je nađena u pekarskom kvascu, a njena struktura je objavljena 1965.[13] Za proizvodnju prečišćenog uzorka alaninske tRNK, Robert W. Holley i suradnnici su upotrebili 140 kg komercijalnog pekarskog kvasca da bi dobili samo 1 g prečišćene tRNAAla za analizu.[14] Sekvencirano je 80 nukleotida tRNA za prvu digestiju putem pankreasne ribonukleaze (proizvedeni fragmenti završavaju citozinom ili uridinom). Hromatografija i identifikacija 5' i 3' kraje pomogla za aranžiranje fragmenata za utvrđivanje sekvence RNK.[14] Od tri prvobitno predložene strukture za ovu tRNK, 'djetelinasta petlja' je nezavisno predložena nekoliko slijedećih publikacija.[15][16][17]

Sekundarna struktura djetelinaste petlje obavljena je X-zračnom kristalografijom, u dvije nezavisne istraživačke grupe, 197.

Pored toga otkrivena je ribosomska RNK , a zatim URNA u ranim 1980-im. Od tada, nastavlja se otkrivanje novih nekodirajućih RNK: snoRNAs, Xist, CRISPR i još mnogih. Nedavni značajni dodaci uključuju riboswitche i miRNK, te otkriće RNK mehanizma. Zajedno sa saradnicima, Craig C. Mello i Andrew Fire su 2006. Dobuili Nobelovu nagradu za fiziologijui ili medicinu.[18][19]

Biološka uloga nkRNK[uredi | uredi izvor]

Nekodirajuće RNK obuhvataju nekoliko grupa i uključene suu mnoge ćelijske procese. Rasponi njihovod djelovanja su od ključnog značaja za održavanje konzerviranosti u svim ili većini ćelijskih životnih aktivnosti specifičnih ncRNAs za jednu ili nekoliko blisko srodnih vrsta. Šta više, konzervirane ncRNK se smatraju molekulskim fosilima ili relikvija iz LUCA i hipoteze o RNK porijeklu živog svijeta. Njihove sadašnje uloge uglavnom ostaju u regulaciji protoka informacija iz DNK do proteina.

nkRNK u translaciji[uredi | uredi izvor]

Ilustracija centralne dogme molekulske biologije sa označanim procesima u koje su uključene nkRNK. Ribonukleoproteini su prikazani crveno, a nkRNK plavo
Atomska struktura 50S podjedinice Haloarcula marismortui.
Proteini su prikazani u plavom a dva RNK lanca su narandžasta i žuta[20]
Malo zeleno polje u centru podjedinice je aktivno mjesto

Mnoge od konzerviranih, bitnih i učestalih nkRNK su uključene u translaciju. Ribonukleoproteinske (RNP) čestice pod nazivom ribosomi su mjesta translacijske 'tvornice' u ćeliji. Ribosom se sastoji od više od 60% ribozomne RNK; sastoje se od 3 nkRNK u prokariota i 4 nkRNA u eukariota. Ribozomna RNK katalizira prevođenje nukleotidnih sekvenci na aminokiselinske, tj. proteinske. Drugi set nkRNA, RNK, čine 'adapterske molekule" između iRNK i proteina. Pritom su H/ACA kutija i C/D kitija snoRNK nkRNK u archaea i eukariota. RNaza MRP je ograničena na eukariote. Obje grupe nkRNA su uključene u sazrevanje rRNK. S snoRNK su vodiči kovalentnih modifikacija rRNK, tRNK i snRNK; RNaza MRP cijepa unutrašnje transkribirane razmake 1 između 18S i 5.8S rRNK. Sveprisutni nkRNK i RNaza P su evolucijski srodnici RNaze MRP.[21] RNaza P omogućava sazrijevanje sekvence tRNK, stvaranjem zrelog 5'-kraja tRNK preko mjesta u 5'-početnog elemenata prekursorske-tRNK. Još jedan sveprisutan RNP zove se čestica prepoznavanja signala (SRP) koja prepoznaje i prenosi specifičnost nastajućeg proteina u endoplazmatičnom retikulumu eukariota i plazma membrani u prokariota. Transfer RNK (iRNA) je RNP uključen u otklanjanje zastoja u ribosomima, označavajući nepotpune polipeptide i promociju degradacije nenormalnih iRNK.

nkRNK u preradi RNK[uredi | uredi izvor]

Electronsko-mikroscopski snimak kvaščevog splajsososoma.
Označeni dio kompleksa je ustvari nkRNK.

U eukariota u splajsosomu se obavljaju reakcije prerade RNK, koje su bitne za uklanjanje intronskih sekvenci, a ovaj proces je potreban za formiranje zrelih molekula iRNK. U splajsosomu je drugi RNK-proteinski kompleks (RNP) često poznat kao snRNP ili tro-snRNP. Postoje dva različita oblika splajsososoma, glavni i sporedni. Komponente nkRNK glavnih splajsosoma su U1, U2, U4, U5 i U6. Komponente nkRNK nezrelih splajsososoma su U11, U12, U5, U4atac i U6atac. Druga grupa introna mogu katalizirati svoje razmake iz transkripata domaćina pa se nazivaju samopreradnom RNK. Postoje dvije glavne grupe samoprerađujuće RNK:

U sisara je utvrđeno da snoRNK može regulirati alternativnu preradu iRNK, naprimjer snoRNK HBII-52 regulira preradu receptora serotonina 2C Kod nematoda, izgleda a se Smy nkRNK uključuju iRNK trans-preradu.

nkRNK u replikaciji DNK[uredi | uredi izvor]

Ro autoantigenski protein (bijelo) veže kraj dvolančane Y RNK (crveno) i jednolančanu RNK (plavo). (PDB: 1YVP) [1]).[22]

Y RNK su matične petlje koje su potrebne za replikaciju DNK, putem interakcije sa hromatinom i inicijacije proteina (uključujući kompleks prepoznavanja porijekla).[23][24] One su također komponente Ro60 ribonukleoproteinskih čestica,[25] koje su cilj autoimunih antitijela kod pacijenata koje pogađa sistemski lupus erythematosus.[26]

nkRNK u regulaciji gena[uredi | uredi izvor]

Ekspresija gena mnogih hiljada gena je regulirana preko nkRNK. Ova regulacija se može javljati trans ili cis poziciji. U porastu su podaci o specijalnom tipu nkRNK zvanih pojačivač RNK, koji se transkribiraju iz odgovarajuće regije gena, djelujući na promociji ekspresije gena.

Trans-djelujuća nkRNK[uredi | uredi izvor]

U viših eukariota ekspresiju gena reguliraju mikroRNK. Jedna miRNK može smanjiti nivo ekspresije stotina gena. Mehanizam kojim uspijevaju miRNK molekule da se tako ponašaju je putem parcijalne komplementarnosti jedne ili više RNK (iRNA) molekula, uglavnom u 3 'UTRs. Glavna funkcija miRNA je da reguliraju ekspresiju gena.

Također se pokazalo da nkRNK RNaza P utiče i na ekspresiju gena. U ljudskom jedru RNaza P je potrebna za normalnu i efikasnu transkripciju raznih nkRNK transkribovanih RNK polimerazom III. To uključuje tRNK, 5S rRNK, SRP RNK i U6 snRNK gene. RNaza P obavlja svoju ulogu u transkripciji putem sudjejstva sa Pol III i hromatinski aktivnog tRNA i 5S rRNK gena. To je pokazalo da 7SK RNK, nkRNK metazoa, djeluje kao negativni regulator RNK polimeraze II faktota elongacije P-TEFb i da je ta aktivnost je pod uticajem puteva koji su odgovor na stres.

Bakterijski ncRNA, 6S RNK, posebno ona koja je povezana sa RNK polimeraznim holoenzimom sadrži sigma70 faktor specifičnost. Ova interakcija potiskuje ispoljavanje sigma70 zavisnog promotora u stacionarnoj fazi rasta kolonije bakterija.

Druga bakterijska nkRNK, OxyS RNK potiskuje translaciju vezivanjem za Shine-Dalgarno sekvence vremenski ograničenih ribosomskih veza. Kod Escherichia coli OxyS RNK je inducirana u odgovoru na oksidacijski stres.

B2 RNK je mala nekodirajuća RNK, transkript polimeraze III, koji potiskuje transkripciju iRNK u odgovoru na šok zagrijavanja u ćelijama miša. B2 RNK inhibira transkripciju vezanja za jezgro Pol II. Kroz ovu interakciju, B2 RNK okuplja u preinicijacijski kompleks promotora i blokira sintezu RNK.

Nedavna istraživanja su pokazala da sam čin transkripcije sekvence nkRNK može imati uticaj na ekspresiju gena. Za transkripciju transkripciju nkRNA i preuređenje hromatina u Schizosaccharomyces pombe potrebna je RNK polimeraza II. Hromatin se postepeno pretvara u otvorenu konfiguraciju, kao prepis nekoliko vrsta nkRNK.[27]

Cis-djelujuća nkRNK[uredi | uredi izvor]

Brojne nKRNK su su smještene u 5' UTRi (netranslatiranim regijama) protein kodirajućih gena i na različite načinr utiču na njihovu ekspresiju. Primjerice, riboswitch može direktno vezati male ciljne molekule; vezanje za njih utiče na aktivnost gena.

RNK vodeće sekvencesu nađene uzvodno od prvog gena aminokiselinskih biosintetskih operona. OviRNK elementi jedne od dvije moguće regije kodiraju vrlo kratke peptidne sekvence koje su bogate u krajnjim proizvodima aminokiselina operona. Kada postoji viša k regulatornih aminokiselina u ribosomu, strukture terminatora oblikuju kretanje preko vodećg transkripta da se ne ometaju. Kada postoji nedostatak odgovonih tRNK regulatornih aminokiselina, ribosomu translacija vodećih peptidnih lanaca formiraju antiterminatorske strukture. To omogućava RNK polimerazi da transkribira operon. Poznate vodeće RNK su [[vodeći operon histidin]a, leucina, treonina i triptofanski lider operon. Elementi odgovora na željezo (IRE) vežu odgovarajući proteien elementa odgovora na željezo (IRP). IRE je nađen u UTR različitih iRNK, čiji su producti are uključeni u in metabolizam željeza. Kada je niska koncentracija željeza, IRP vežu feritin iRNK IRE, što vodi u represiju translacije. 11 Unutrašnja ribosomska ulazna mjesta (IRES) su RNK strukture koje pokreću [translacija (genetika)|translacijsku]] inicijaciju u sredini sekvence iRNK, kao dijela procesa sinteze proteina.

Također pogledajte[uredi | uredi izvor]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Hadžiselimović R., Pojskić N. (2005): Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-3-4.
  2. ^ Alberts B. (2002)ː Molecular biology of the cell. Garland Science, New York, ISBN 0-8153-3218-1.
  3. ^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
  4. ^ Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.
  5. ^ Alberts B. (2002)ː Molecular biology of the cell. Garland Science, New York, ISBN 0-8153-3218-1.
  6. ^ Cheng J, Kapranov P, Drenkow J, Dike S, Brubaker S, Patel S, Long J, Stern D, Tammana H, Helt G, Sementchenko V, Piccolboni A, Bekiranov S, Bailey DK, Ganesh M, Ghosh S, Bell I, Gerhard DS, Gingeras TR (2005). "Transcriptional maps of 10 human chromosomes at 5-nucleotide resolution.". Science 308 (5725): 1149–54. Bibcode:2005Sci...308.1149C. PMID 15790807. doi:10.1126/science.1108625. 
  7. ^ ENCODE Project Consortium; Birney, E; Stamatoyannopoulos, JA; Dutta, A; Guigó, R; Gingeras, TR; Margulies, EH; Weng, Z; Snyder, M (2007). "Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project.". Nature 447 (7146): 799–816. Bibcode:2007Natur.447..799B. PMC 2212820. PMID 17571346. doi:10.1038/nature05874. 
  8. ^ Washietl S, Pedersen JS, Korbel JO, Stocsits C, Gruber AR, Hackermüller J, Hertel J, Lindemeyer M, Reiche K, Tanzer A, Ucla C, Wyss C, Antonarakis SE, Denoeud F, Lagarde J, Drenkow J, Kapranov P, Gingeras TR, Guigó R, Snyder M, Gerstein MB, Reymond A, Hofacker IL, Stadler PF (2007). "Structured RNAs in the ENCODE selected regions of the human genome.". Genome Res 17 (6): 852–64. PMC 1891344. PMID 17568003. doi:10.1101/gr.5650707. 
  9. ^ Morris, KV (editor) (2012). Non-coding RNAs and Epigenetic Regulation of Gene Expression: Drivers of Natural Selection. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-94-3. 
  10. ^ Dahm R (February 2005). "Friedrich Miescher and the discovery of DNA". Dev. Biol. 278 (2): 274–88. PMID 15680349. doi:10.1016/j.ydbio.2004.11.028. 
  11. ^ Caspersson T, Schultz J; Schultz (1939). "Pentose nucleotides in the cytoplasm of growing tissues". Nature 143 (3623): 602–3. Bibcode:1939Natur.143..602C. doi:10.1038/143602c0. 
  12. ^ CRICK FH (1958). "On protein synthesis". Symp. Soc. Exp. Biol. 12: 138–63. PMID 13580867. 
  13. ^ HOLLEY RW, APGAR J, EVERETT GA et al. (March 1965). "STRUCTURE OF A RIBONUCLEIC ACID". Science 147 (3664): 1462–5. Bibcode:1965Sci...147.1462H. PMID 14263761. doi:10.1126/science.147.3664.1462. 
  14. ^ a b "The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968". Nobel Foundation. Pristupljeno 2007-07-28. 
  15. ^ Madison JT, Everett GA, Kung H; Everett; Kung (1966). "Nucleotide sequence of a yeast tyrosine transfer RNA". Science 153 (3735): 531–4. Bibcode:1966Sci...153..531M. PMID 5938777. doi:10.1126/science.153.3735.531. 
  16. ^ Zachau HG, Dütting D, Feldmann H, Melchers F, Karau W; Dütting; Feldmann; Melchers; Karau (1966). "Serine specific transfer ribonucleic acids. XIV. Comparison of nucleotide sequences and secondary structure models". Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 31: 417–24. PMID 5237198. doi:10.1101/SQB.1966.031.01.054. 
  17. ^ Dudock BS, Katz G, Taylor EK, Holley RW; Katz; Taylor; Holley (March 1969). "Primary structure of wheat germ phenylalanine transfer RNA". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 62 (3): 941–5. Bibcode:1969PNAS...62..941D. PMC 223689. PMID 5257014. doi:10.1073/pnas.62.3.941. 
  18. ^ Eddy SR (December 2001). "Non-coding RNA genes and the modern RNA world". Nat. Rev. Genet. 2 (12): 919–29. PMID 11733745. doi:10.1038/35103511. 
  19. ^ Daneholt, Bertil. "Advanced Information: RNA interference". The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006. Arhivirano s originala, 2007-01-20. Pristupljeno 2007-01-25. 
  20. ^ Ban N, Nissen P, Hansen J, Moore P, Steitz T; Nissen; Hansen; Moore; Steitz (2000). "The complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4 ångström resolution". Science 289 (5481): 905–20. Bibcode:2000Sci...289..905B. PMID 10937989. doi:10.1126/science.289.5481.905. 
  21. ^ Zhu Y, Stribinskis V, Ramos KS, Li Y; Stribinskis; Ramos; Li (2006). "Sequence analysis of RNase MRP RNA reveals its origination from eukaryotic RNase P RNA". RNA 12 (5): 699–706. PMC 1440897. PMID 16540690. doi:10.1261/rna.2284906. 
  22. ^ Stein, AJ; Fuchs G; Fu C; Wolin SL; Reinisch KM (2005). "Structural insights into RNA quality control: The Ro autoantigen binds misfolded RNAs via its central cavity". Cell 121 (4): 529–537. PMC 1769319. PMID 15907467. doi:10.1016/j.cell.2005.03.009. 
  23. ^ Christov CP, Gardiner TJ, Szüts D, Krude T; Gardiner; Szüts; Krude (2006). "Functional Requirement of Noncoding Y RNAs for Human Chromosomal DNA Replication". Mol. Cell. Biol. 26 (18): 6993–7004. PMC 1592862. PMID 16943439. doi:10.1128/MCB.01060-06. 
  24. ^ Zhang, AT; Langley, AR; Christov, CP; Kheir, E; Shafee, T; Gardiner, TJ; Krude, T (Jun 15, 2011). "Dynamic interaction of Y RNAs with chromatin and initiation proteins during human DNA replication.". Journal of Cell Science 124 (Pt 12): 2058–69. PMC 3104036. PMID 21610089. doi:10.1242/jcs.086561.  Provjerite vrijednost datuma kod: |date= (pomoć)
  25. ^ Hall, Adam E.; Turnbull, Carly; Dalmay, Tamas (2013). "Y RNAs: recent developments". Biomolecular Concepts 4 (2): 103–110. doi:10.1515/bmc-2012-0050. 
  26. ^ Lerner, MR; Boyle JA; Hardin JA; Steitz JA (1981). "Two novel classes of small ribonucleoproteins detected by antibodies associated with lupus erythematosus". Science 211 (4480): 400–402. Bibcode:1981Sci...211..400L. PMID 6164096. doi:10.1126/science.6164096. 
  27. ^ Hirota K, Miyoshi T, Kugou K, Hoffman CS, Shibata T, Ohta K; Miyoshi; Kugou; Hoffman; Shibata; Ohta (2008). "Stepwise chromatin remodelling by a cascade of transcription initiation of non-coding RNAs". Nature 456 (7218): 130–4. Bibcode:2008Natur.456..130H. PMID 18820678. doi:10.1038/nature07348. 

Vanjski linkovi[uredi | uredi izvor]