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Biene Polyadenylierung bei der sein EnzymPoly(A)-PolymeraseAdenin-Nukleotide am 3 'Ende von eukaryotische (ebenfalls viraler) Prä-mRNA (hnRNA) angelagert, die sogenannte Poly(A)-Schwanz. Die Polyadenylierung ist genau wie Spleißen und kappen, ein posttranskriptionelle Modifikation der eukaryontischen Prä-mRNA.
Der Poly(A)-Schwanz wird nicht durch die DNA kodiert, sondern durch das Enzym Poly(A)-Polymerase während der Produktion der prä-mRNA im Kern am 3'-Ende der Prä-mRNA befestigt. Diese mRNA wird als Poly(A) bezeichnet.mRNA genannt. Die Länge des Poly(A)-Schwanzes variiert je nach Organismus. Hat auch Bäckerhefe ein Schwanz mit etwa 80 Nukleotiden und Säugetiere etwa 250 Nukleotide. Am Poly(A)-Schwanz befindet sich das Poly(A)-Bindungsprotein (PABP), die zum Starten des erforderlich ist Übersetzung.
An der Polyadenylierung sind viele Proteine beteiligt, wie z CPSF (Spaltungs- und Polyadenylierungs-Spezifitätsfaktor), dass das Polyadenylierungssignal (5'…AAAAAA…3') erkennt. Das poly(A)-bindende Protein (PABPN1) bindet während der Synthese an den wachsenden Poly(A)-Schwanz. Der Poly(A)-Schwanz verkürzt sich mit zunehmendem Alter des mRNA-Moleküls und reguliert so die halbes Leben des mRNA-Moleküls. In einigen Zelltypen werden kurze mRNAs mit Poly(A)-Schwanz in der Zytosol zur späteren Verwendung bei der Re-Polyadenylierung.[1]
Funktionen
Die Funktionen der Poly(A)-Schwänze sind noch nicht vollständig verstanden, aber sicher ist, dass sie die Stabilität der mRNA erhöhen, indem sie sie vor Abbau schützen und ihre Translationsfähigkeit erhöhen. Ein 7-Methyl-Guanosin-Nukleotid (Kappenstruktur) bindet an das 5'-Ende und dient auch als Schutz vor Abbau.
Fast alle eukaryotischen mRNAs sind polyadenyliert[2] ausgenommen tierreplikationsabhängig histon mRNAs.[3] Dies sind die einzigen mRNAs in Eukaryoten, die keinen Poly(A)-Schwanz haben, sondern a Stamm-Loop-Struktur haben gefolgt von a Purin reiche Sequenz, die als Histon-Downstream-Element bezeichnet wird und angibt, wo die RNA geschnitten wird und wo das 3'-Ende der Histon-mRNA gebildet wird.[4]
Viele eukaryotische nicht-kodierende RNAs sind am Ende der Transkription immer polyadenyliert. Es gibt jedoch kleine RNAs, bei denen der Poly(A)-Schwanz nur in Zwischenformen und nicht in der reifen RNA vorkommt, da die Enden während der Synthese entfernt werden. Das sind die sogenannten microRNAs.[5][6] Aber bei vielen lange nicht-kodierende RNAEin Poly(A)-Schwanz ist Teil der reifen RNA.[7] Lange nicht-kodierende RNAs bilden eine große Gruppe von regulatorisch RNAs, wie die RNA Xist, dass es X-Chromosom inaktiviert.
Beim Abbau der mRNA entsteht ein bakterieller Proteinkomplex, der Degradosom, besorgt.
Alternative Polyadenylierung
Viele proteinkodierende Gene haben mehr als eine Polyadenylierungsstelle, was ein Gen für mehrere mRNAs ermöglicht, die sich in ihrer 3' Ende, codieren kann.[8][9][10] Da alternative Polyadenylierung die Länge der 3' unübersetzte Region Änderungen, kann es mit Bindungsstellen für microRNAs, die eine 3'-untranslatierte Region aufweisen.[11][12] MicroRNAs neigen dazu, die Translation zu unterdrücken und den Abbau zu fördern, obwohl es Beispiele für microRNAs gibt, die Transkripte stabilisieren.[13][14] Eine alternative Polyadenylierung kann auch die kodierende Region verkürzen, um eine mRNA herzustellen, die ein anderes Protein kodiert.[15][16] dies ist jedoch viel seltener, als nur die 3'-untranslatierte Region zu verkürzen.[8]
Die Wahl der Poly(A)-Stelle kann durch extrazelluläre Stimuli beeinflusst werden und hängt von der Expression der an der Polyadenylierung beteiligten Proteine ab.[17][18] Zum Beispiel der Ausdruck von CstF-64, eine Untereinheit der spaltungsstimulierender Faktor (CstF), erhöht sich in Makrophagen die antwort aufLipopolysaccharide (eine Gruppe von bakteriellen Substanzen, die Immunreaktion auslösen. Dies ermöglicht die Selektion schwacher Poly(A)-Schwänze und damit kürzerer Transkripte. Dies entfernt regulatorische Elemente in den 3'-untranslatierten Regionen von mRNAs für verteidigungsbezogene Produkte wie Lysozymen und das schneiden anregend TNF-α-Faktor. Diese mRNAs haben dann eine längere Halbwertszeit und produzieren mehr dieser Proteine.[17] Andere RNA-Bindungsproteine als diejenigen, die in der Polyadenylierung gefunden werden und eng mit dem Polyadenylierungssignal verwandt sind, können auch die Nutzung einer Polyadenylierungsstelle beeinflussen.[18][19][20][21][22]
Zytoplasmatische Polyadenylierung
Obwohl die Polyadenylierung normalerweise in der Kern es kommt auch in der vor Zytosol einiger tierischer Zelltypen, nämlich im Keimbahn, während der frühen Embryogenese und im Postsynaptisch Orte von Nervenzellen. Dadurch wird der Poly(A)-Schwanz einer mRNA mit einem verkürzten Poly(A)-Schwanz verlängert, sodass die mRNA übersetzt kann werden.[23][24] Diese verkürzten Poly(A)-Schwänze sind oft weniger als 20 Nukleotide lang und werden daher auf 80–150 Nukleotide verlängert.[25]
In einem frühen Stadium des Mausembryos ermöglicht die zytoplasmatische Polyadenylierung der parentalen RNAs aus der Eizelle der Zelle, zu überleben und sogar zu wachsen, obwohl die Transkription erst in der zweiten Hälfte des Zweizellstadiums beginnt (beim Menschen nur die vier- Zellstadium).[26][27] Im Gehirn ist die zytoplasmatische Polyadenylierung bei Lernprozessen aktiv und kann eine Rolle bei langfristiges Potenzial, verbessert die Signalübertragung von einer Nervenzelle zur anderen durch Nervenimpulse und ist wichtig für das Lernen und Erinnern von Informationen[28]
Für die zytoplasmatische Polyadenylierung werden die RNA-bindenden Proteine pro CPSF und CPEB benötigt und möglicherweise andere RNA-bindende Proteine wie Pumilio.[29] Je nach Zelltyp kann die Polymerase der gleiche Typ von polyadenylierter Polymerase (PAP) sein, der in den Prozessen im Zellkern verwendet wird, oder die zytoplasmatische Polymerase GLD-2.[30]
Geschichte
Die Polyadenylierung wurde erstmals 1960 als aktiver Enzym in Auszügen von Zellkerne, Das ATP polymerisiert in Polyadenin, aber nein ADP im Polyadenin.[31][32] Obwohl Polyadenylierung in vielen Zelltypen gefunden wurde, war ihre Funktion bis 1971 unbekannt. In diesem Jahr wurden Poly(A)-Sequenzen in mRNAs gefunden.[33][34] Anfangs dachte man, dass die Polyadenylierung nur das 3'-Ende des RNA vor Abbau durch Nukleasen geschützt. Später wurde entdeckt, dass die Polyadenylierung eine besondere Rolle beim Kernexport und bei der Translation spielt. Die für die Polyadenylierung verantwortlichen Polymerasen wurden erstmals in den 1960er und 1970er Jahren gereinigt und charakterisiert. Doch erst Anfang der 1990er Jahre wurde die große Zahl von Proteinen entdeckt, die diesen Prozess steuern.[35]
Siehe auch
Quellen, Anmerkungen und/oder Verweise
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