Процесинг на РНК (зреене на РНК). Генетичен код

Процесинг на РНК
(зреене на РНК)
Генетичен код

РНК молекула получената след транскрипция се означава като
първичен транскрипт.
Превръщането на първичния транскрипт във функционално годна
РНК се нарича зреене, преработка или процесинг (processing-
преработване).
Прокариотните иРНК
молекули се синтезират във
вид, годен за транслация.
По тази причина и поради
отсъствието на ядро в
прокариотите процесите на
транскрипция и транслация
могат да протичат спрегнато.
Зреенето на РНК при прокариоти засяга първичните транскрипти
на рРНК и тРНК.

Процесинг на рРНК при прокариоти
Гените за трите
рРНК (5S, 16S и
23S) се
презаписват
заедно в една
молекула
първичен
транскрипт.
След
транскрипцията
той се разрязва
на три части, от
рибонуклеази
(РНази).
Зреенето на рРНК включва и метилиране на рибозата или на някои от базите.

Аналогични са процесите при зреенето на тРНК,
като химичното модифициране на базите е по-
застъпено и около 10% от нуклеотидите се
модифицират.
Процесирането на
тRNAвключва
секвенционно-
специфична нуклеазна
атака от три РНК-
ендонуклеази -P, F, D

Зреене при еукариоти
Процесите на зреене при еукариотите засягат всички видове РНК
молекули.
Тези процеси протичат в ядрото. През порите на ядрената
мембрана преминават само функционално годни РНК молекули.
При еукариотите процесите транскрипция и транслация са
разделени по време и място на протичане.

Зреенето на рРНК протича в ядърцето по аналогичен начин както
при прокариоти. Гените за 18S, 5,8S и 28S се синтезират като общ
предшественик (5S рРНК се синтезира отделно), който се подлага
на нуклеазна атака.
Гените за рРНК са тандемно повторени- амплифицирани гени.
При тяхната транскрипция в ядърцето на овоцити от жаба се
образуват т.нар. хромозоми тип “Лампови четки” или “Коледно
дърво”.
За първи път Tom Cech описава т.нар автокаталитичен сплайсинг, без
участието на сплайсозома при 28S рРНК на Tetrahymena. Осъществява
се също в митохондрии, хлоропласти.

При зреенето на еукариотните тРНК се включват допълнителни
етапи: добавяне на тринуклеотида ЦЦА към 3’ края, изрязване на
нуклеотиди с цел формиране на антикодонова бримка,
модификация на определени нуклеотиди и др.

Процесиране при про и
еукариоти

Най-сложни и многостъпални са процесите на зреене при
които се образува функционално годна иРНК.
Първичните транскрипти на РНК полII се нар. хетерогенна
ядрена РНК (хяРНК).
Още по време на транскрипцията двата края на хяРНК се
подлагат на ковалентни модификации и изрязване на
интроните.
Освен кодиращи секвенции, иРНК съдържа и некодиращи –
5’UTR и 3’UTR

Образуване на кеп-формация в 5’ края на хяРНК
Веднага след като се
освободи 5’ края на
синтезиращата се
хяРНК се
присъединява
метилиран ГТФ, като
се образува особена
връзка 5’-5’чрез
трифосфатен мост.
Тази структура се
нарича “шапка” или
кеп-формация (cap-
шапка).

След терминация на транскрипцията към 3’ краят на хяРНК
се разпознава и срязва след което се добавят ковалентно от
50 до 200 аденилатни остатъка от друга полимераза-
поли(А)-полимераза. Получената структура се нарича
полиА-опашка.

Кеп-формация стабилизира
и протектира растящата
РНК от деградация; и
участва в инициацията на
транслацията, като свързва
5’ със малката рибозома.
Поли-А-опашката участва
в транспорта на РНК през
ядрената мембрана и е от
значение за
продължителността на
съществуването й в
цитоплазмата (half-life).
Такава опашка не се
наблюдава за иРНК на
хистоните.

Еукариотните гени имат прекъснат характер с някои изключения, напр.
хистоновите гени.
Наблюдават се редуващи се белтък-кодиращи последователности нар.
екзони и белтък-некодиращи нар. интрони. При еукариотите след
транскрипция се получава хетерогенна ядрена РНК (хяРНК), която
съдържа екзони и интрони.
хяРНК се подлага на модификация при което се изрязват интроните и
се съшиват екзоните. Този процес се нарича сплайсинг.
След сплайсинга се получава зряла иРНК, която се транслира.

Б) Сплайсинг – изрязване на некодиращите участъци (интрони)
и зашиване на кодиращите участъци (екзони) от първичния транскрипт
човешки
-глобинов ген
ген за фактор VІІІ
екзони
нуклеотидни
двойки
200 000 нуклеотидни двойки
интрон – област от еукариотния ген, която се транскрибира в РНК, но се
изрязва в процеса на сплайсинга и не е представена в зрялата форма
на иРНК.

екзон – област от еукариотния ген, която е представена в зрялата иРНК и
кодира последователност от АК в ППВ

Human
dystrophin
DMD :2,2x10
6
bp; intron-
400kb long

A, B, C, D, E, F и G са интрони в
ДНК и отсъстват в зрялата иРНК
Прекъснатия характер на еукариотните гени е бил установен през
1977г. При хибридизация на ДНК и зряла иРНК се получава
следната структура:
хяРНК за фактор VIII- 200 000нд
иРНК за фактор VIII- 10 000нд
хяРНК за дистрофин- 2,2 милиона
нд
иРНК за дистрофин- 16 000нд

мяРНП частици се свързват с
хяРНК образува се комплекс нар.
сплайсозома, която катализира
процеса сплайсинг.
мяРНК се свързват с белтъци
формирайки мя РНП частици,
означавани с U и пореден номер- U1,
U2 ... (U -уридин разпознаващи
белтъци), разпознаващи определени
секвенции от хяРНК

snRNA и белтъци формиращи U комплексите

В разпознаването на
донорното (5’-GU) и
акцепторно (AG-3’) място
от мяРНК участват
консервативни нуклеотидни
секвенции.
Две последователни
трансестерификационни
реакции осигуряват
премахването на интрона.
Всеки интрон съдържа
пиримидинова секвенция,
включваща един Аденин.
А

Поетапно формиране на
сплайсозомата

►Антиген: хетерогенни
рибонуклеопротеини (хяРНП;
hnRNP)
►Клинични асоциации: SLE,
ревматоиден артит, слеродерма
►Антиген: двойноверижа ДНК
(dsDNA)
►Клинични асоциации: SLE
За детекция на автоантитела (антитела срещу собствени антигени)
се използва метода имунофлуоресценция, при които
детектиращите антитела са конюгирани с фруорестентен маркер.

В зависимост от броя и начина на подреждане на екзоните от един
първичен транскрипт може да се получат две и повече различни
зрели иРНК. Този процес се нарича алтернативен сплайсинг.
Белтъците, получени в резултат на алтернативния сплайсинг се означават като
родствени белтъци –изоформи . Те образуват белтъчни семейства (фамилии).
Те притежават сродни свойства, но се различават по някое важно свойство.

Тъканно специфичен алтернативен
сплайсинг

Calcitonin gene related peptide (CGRP)

Тъканно специфичен алтернативен
сплайсинг на тропомиозин

Мутации, които водят до анормален спайсинг са отговорни за много
болестни състояния при човек, например - таласемия .
Промяна в нуклеотида А (в Г) на
границата между екзон и интрон не
позволява отстраняването на интрона.
В резултат на тази или други аномалии в
сплайсинга на -глобиновия ген не може да се
синтезира или се синтезира в намалено количество
- глобин - - таласемия
Еритроцити на
пациенти с
таласемия често
са с неправилна
форма, понякога
незрели-
съдържащи ядра.