RNR brendimas
Naujai susintetinta RNR molekulė vadinama pirminiu transkriptu (pre-RNR). Jis labai skiriasi nuo funkcionuojančios RNR. pre-RNR virsmas RNR vadinamas potranskripcine RNR modifikacija arba RNR brendimu. Jos metu susidaro funkciškai aktyvi RNR. Sudėtingiausiai RNR brendimas vyksta eukariotų branduoliuose. Prokariotų naujai susintetinta mRNR kaip užpildas (matriksas) baltymo sintezei pradedama naudoti dar nepasibaigus nurašymui (transkripcijai). RNR modifikacijos metu gali būti: nuo pirminės RNR transkripto galų pašalinami atitinkami nukleotidai; atitinkami nukleotidai pašalinami polinukleotidinės grandinės viduryje; prie RNR galų prijungiamos nekoduojamos genų nukleotidų sekos; bazės kovalentiškai modifikuojamos.
iRNR brendimas – informacinės RNR brendimas yra viena iš savybių, skiriančių eukariotus nuo prokariotų. Pirminis prokariotų iRNR transkriptas perduodamas tiesiogiai. Dažnai perdavimas (transliacija) prasideda dar nepasibaigus nurašymui (transkripcijai) ir iRNR brendimas nevyksta. Eukariotų nurašymas (transkripcija) vyksta branduolyje, o perdavimas – citozolyje. Subrendusios eukariotų iRNR susidaro iš daug didesnių iRNR pirmtakų. Brendimo metu jos gali būti: skaidomos; 3′ arba 5′ polinukleotidinės grandinės gale prijungiami papildomi nukleotidai; nukleotidai yra kovalentiškai modifikuojami; iš iRNR grandinės gali būti pašalinami nukleotidai, o susidarę galai sujungiami. Šis procesas vadinamas brendimu (splaisingu) ir būdingas daugeliui eukariotų.
Eukariotų iRNR pirminio transkripto nukleotidų seka apima vieną geną. Tačiau seka, koduojanti polipeptidą, gali būti ne vientisa, o pertraukiama. Nekoduojančios nukleotidų sekos vadinamos intronais, jos įsiterpia tarp koduojančių sekų egzonų. Brendimo (splaisingo) metu intronai pašalinami iš pirminio transkripto, o egzonai sujungiami. 5′ galas modifikuojamas dar nepasibaigus pilnutinei iRNR pirmtako sintezei. Jo modifikacija prasideda, veikiant fosfohidrolazei, kuri pašalina galinę fosfato liekaną nuo nukleozido trifosfato. Likęs 5′-nukleozido difosfatas reaguoja su GTP, susidaro 5ꞌ-5’trifosfoesterinis ryšys.
Šią reakciją katalizuoja guanilato transferazė. Guaninas dažniausiai modifikuojamas jį metilinant. Metilgrupės donoras yra S-adenozilmetioninas. Susidariusi 7-metilguanozino trifosfato struktūra yra vadinama kepure (angl. cap). Pirmųjų dviejų 5′ galo nukleotidų gali būti metilintos ribozės 2′-hidroksigrupės. Šis 5′-5′ trifosfoesterinis ryšys apsaugo iRNR molekules nuo 5′ egzonukleazių poveikio. Subrendusioje iRNR molekulėje kepurė dalyvauja iRNR susijungiant su ribosoma. Fermentai, katalizuojantys kepures prijungimą, sąveikauja tiesiogiai tik su RNR II polimerazės kompleksu, todėl kepurė prijungiama tik prie iRNR, o ne prie rRNR ar tRNR. Eukariotų iRNR modifikuojamos taip pat ir 3′-gale. Katalizuojant poliadenilato polimerazei, prie 3′-galo yra prijungiamos adenilato liekanos iš ATP. Šis fermentas katalizuoja reakciją:
Šiam procesui nereikia DNR užpildo (matrikso), bet reikia RNR pradmens. Poli (A) uodegos ilgis (n) yra 80–250 nukleotidų. Uodegos ilgis priklauso nuo organizmo, iRNR tipo ir ląstelės vystymosi stadijos. Ilgis priklauso ir nuo iRNR amžiaus. Poli(A) uodega trumpėja, veikiant 3′-egzonukleazei. Uodegos ilgis, veikiant egzonukleazei, sutrumpėja 50–100 nukleotidais, kol subrendusi iRNR pasiekia branduolio poras. Uodega prailgina iRNR gyvavimą.
Prokariotų iRNR brendimas (splaisingas) yra retas reiškinys, tačiau žinduolių ir kai kurių augalų ląstelėse jis visada vyksta. Egzonai koduoja baltymų aminorūgščių seką, intronų reikia genų reguliacijai. Šiuo metu nustatytos keturios intronų klasės. Pirmosios klasės intronai nustatomi tam tikruose branduolio, mitochondrijų ir chloroplastų genuose, koduojančiuose rRNR, iRNR ir tRNR. Antrosios klasės intronai būdingi grybų, dumblių ir augalų mitochondrijų ir chloroplastų iRNR pirminiams transkriptams. Jų brendimo (splaisingo) procesui nereikia didžiaenergio junginio ATP. Pirmosios klasės brendimo (splaisingo) reakcijoms reikia guanino nukleozido ar nukleotido kaip bendro veiksnio. Guanozino 3′-hidroksigrupė sudaro 3′ → 5ꞌ fosfodiesterinį ryšį su introno 5′-galu.
Atsiskyrusi laisva egzono 3ꞌ-hidroksigrupė kaip nukleofilas atakuoja fosfatą introno 3′-gale. Šie du egzonų galai yra sujungiami, o intronas yra pašalinamas.
Antrosios klasės intronuose reakcijos mechanizmas yra tapatus, tik nukleofilas yra introno viduje esanti ribozes 2ꞌ-hidroksigrupė. Trečioji intronų klasė nustatyta branduolio iRNR pirminiuose transkriptuose. Jų pašalinimą katalizuoja ribonukleoproteinų kompleksas, vadinamas splaisosoma. Intronai iškerpami, susidarant lašo formos struktūrai. Splaisosoma išlaiko tarpinius produktus tokios padėties, kad egzonai taisyklingai susijungtų. Splaisosomoje yra per 50 baltymų ir 5 RNR molekules. RNR molekulės vadinamos mažomis branduolio RNR (mbRNR). Jos, susijungusios su baltymais, sudaro mažuosius branduolio ribonukleoproteinus (mbRNP). Yra penki mbRNR tipai – Ul, U2, U4, U5 ir U6. U raidė reiškia, kad šioje RNR dažnai būna uracilas.
Splaisosoma neleidžia vieno egzono 5′-galui išeiti iš komplekso ir palengvina susijungimą su kito egzomo 3′-galu. Ji yra labai didelis nukleoproteinų kompleksas, kuris nepereina pro branduolio poras, todėl iRNR pirmtakai negali išeiti iš branduolio nepasibaigus brendimui. Pašalinus introną, splaisosoma disocijuoja. Po brendimo (splaisingo) intronas lieka branduolyje ir yra suskaidomas. Splaisosomai susidaryti reikia ATP, tačiau RNR skaidymo ir sujungimo procesams jos nereikia. Ketvirtosios klasės intronai nustatomi kai kuriose tRNR. Jiems pašalinti reikia ATP ir endonukleazių. Endonukleazės hidrolizuoja fosfodiesterinius ryšius abiejuose introno galuose ir du egzonai sujungiami.
rRNR brendimas – ribosominės RNR visuose organizmuose yra sintetinamos didelių pirminių transkriptų, kurie vadinami pre-rRNR, pavidalu. Jie yra metilinami ir skaidomi endonukleazių. Prokariotų rRNR molekulių pirminio transkripto dydis yra apie 30S. Į jo sudėtį įeina po vieną 16S, 23S ir 5S rRNR. Šis transkriptas taip pat turi ir tRNR. Pirminiame 30S transkripte esančių 16S ir 23S rRNR 5′ ir 3′-galai susijungia, bazės susiporuoja ir sudaro dvigubosios spiralės stiebelius. Prokariotų ląstelėse prie jų prisijungia endonukleazė Rnazė III ir atskelia 16S ir 23S rRNR pirmtakus. Per kitas stadijas rRNR galai sutvarkomi savitųjų endonukleazių.
Eukariotų rRNR taip pat sintetinamos didelių pre-rRNR pirmtakų forma. Pirminio transkripto dydis yra tarp 35S ir 47S, jame yra trijų eukariotų 18S, 5,8S ir 28S rRNR kopijos. Ketvirtoji eukariotų 5S rRNR yra nurašoma RNR III polimerazės kaip pavienis monomeras ir brandinama atskirai. Pirminiai transkriptai sintetinami ir bręsta branduolyje.
tRNR brendimas – prokariotų ir eukariotų tRNR sintetinamos pre-tRNR formos. Į prokariotų pirminio transkripto sudėtį dažnai įeina keletas tRNR. Ribonukleazės pirminius transkriptus sukarpo ir modifikuoja iki funkcionuojančių tRNR. Endonukleazė – P ribonukleazė (RNazė P) katalizuoja pradinį daugelio tRNR transkriptų skaidymą. Fermentas atskelia nuo pre-tRNR 5′ galo nukleotidus ir susidaro tRNR pirmtakai, turintys subrendusį 5′-galą. RNazė P yra ribonukleoproteinas. E. coli ląstelėse jis sudarytas iš RNR molekulės (377 mononukleotidai, Mm – 130 kDa) ir mažo polipeptido (18 kDa). Katalizinis aktyvumas būdingas RNR, baltymas palaiko RNR tretinę struktūrą. Kitos endonukleazės kerpa RNR pirmtakus netoli 3′-galo. RNazė D katalizuoja nukleotidų hidrolizę nuo 3′-galo, kol pasiekiamas subrendusios tRNR 3′-galas. Subrendusių prokariotų ir eukariotų tRNR molekulių 3′-gale yra CCA seka, prie kurios jungiasi aminorūgštis. Nukleotidų prijungimą katalizuoja tRNR nukleotidiltransferazė. Ši reakcija yra vienas iš nedaugelio atvejų, kai nukleotidų prijungimas nekoduojamas genų.
tRNR brendimo metu vyksta ir kovalentinė bazių modifikacija. Iš apytikriai 80 subrendusios tRNR nukleotidų 26–30 yra modifikuoti. Dažniausiai bazės yra metilinamos (N6-metiladeninas, 7-metilguaninas, 3-metilcitozinas, 5-metilcitidinas), taip gali būti prijungtos kitos grupės, redukuojamas purino ar pirimidino žiedas (N6-izopenteniladeninas, inozinas, dihidrouridinas, pseudouridilas).
Šaltinis | Dažniausiai vartojamų biomedicinos terminų ir sąvokų aiškinamasis žinynas | Lietuvos sveikatos mokslų universitetas | Akademikas Profesorius Antanas Praškevičius, Profesorė Laima Ivanovienė