2.2.2. Процессинг рнк

Процессинг РНК рассмотрим в основном на примере процессинга мРНК, в отношении остальных классов РНК отметим лишь особенности процессинга их первичных транскриптов.

Первичные транскрипты мРНК, составляющие основную массу гяРНК, существенно отличаются от зрелых мРНК уже по своим размерам. Большие размеры гяРНК обусловлены тем, что в составе гяРНК есть последовательности нуклеотидов, эквивалентные интронам; кроме того, на 3'Д конце молекулы имеется излишняя последовательность, образующаяся за счет проскакивания РНКполимеразы на спейсер за конец последнего экзона кодирующей области гена. Следует также отметить, что в первичном транскрипте на его 5' конце отсутствует КЭП, а на 3'Д конце нет полиаденилатного блока. Наконец, первичный транскрипт синтезируется только из главных нуклеотидов, тогда как в молекулах зрелых РНК присутствуют минорные нуклеотиды. Таким образом, процессинг мРНК должен включать в себя вопервых, кэпирование первичного транскрипта, вовторых, удаление последовательностей, эквивалентных интронам с последующим соединением участков РНК, эквивалентным экзонам так называемый сплайсинг, в третьих, формирование 5'конца молекулы, включающее в себя удаление лишней последовательности нуклеотидов и присоединение полиаденилатного блока, в четвертых, превращение части главных нуклеотидов в минорные.

Кэпирование будущей молекулы мРНК происходит уже в ходе синтеза первичного транскрипта, когда длина синтезированной молекулы РНК достигает примерно 30 нуклеотидных остатков. К 5'концевому остатку синтезируемой цепи РНК вначале присоединяется с помощью пирофосфатной связи гуаниловый нуклеотид, а затем гуанин этого нуклеотидного остатка метилируется. Кроме того, метилированию подвергается остаток рибозы соседнего нуклеотидного остатка, так что на 5' конце молекулы формируется структура:

Формирование 3'конца молекулы идет в два этапа: на первом этапе от первичного транскрипта удаляется лишняя 3'концевая последовательность. В конце последнего экзона любого гена имеется последовательность дезоксирибонуклеотидов, при считывании которой на расстоянии от 10 до 30 нуклеотидов до точки разрезания первичного транскрипта в его структуре появляется последовательность ААUААА. Специальный фермент полиАполимераза узнает эту последовательность и отщепляет от первичного транскрипта всю излишнюю последовательность нуклеотидов, а затем присоединяет к 3'концу молекулы от 100 до 200 остатков адениловой кислоты, формируя таким образом полиаденилатный блок на 3'конце молекулы.

Интересно, что и кэпирование, и полиаденилирование возможно только в присутствии РНКполимеразы II. Повидимому, ферменты, ответственные за эти два процесса, тесно связаны с РНКполимеразой II и в ее отсутствии неактивны.

Сплайсинг, т.е. удаление из первичного транскрипта последовательностей, эквивалентных интронам, представляет собой достаточно сложную задачу, в особенности если вспомнить, что число интронов в некоторых генах составляет несколько десятков. По современным представления этот процесс идет на структурно организованных частицах сплайсосомах, основу которых составляют специальные белки. В состав сплайсосом входят также малые ядерные рибонуклеопротеидные частицы, причем именно последние ответственны за разрезание первичных транскриптов с удалением интронов и последующим соединением концов экзонов. Принято считать, что для удаления каждого интрона необходимо формирование отдельной сплайсосомы.

Схема сплайсинга, включающая промежуточное образование

Превращение главных нуклеотидов РНКтранскрипта в минорные начинается уже по ходу сборки рибонуклеотидной цепи и продолжается в течение всего процессинга. По некоторым данным оно может продолжаться и после поступления мРНК в цитозоль. Эта «миноризация» нуклеотидов включает в себя достаточно большое количество вариантов их химической модификаци, такие как метилирование азотистых оснований и рибозы, гидроксиметилирование и ацетилирование азотистых оснований, восстановление урацила до дигидроурацила или преобразование уридиловой кислоты в псевдоуридиловую кислоту, встречается также и гликозилирование главных мононуклеотидов. Из различных природных объектов выделено около 50 вариантов минорных нуклеотидов.

Синтезированные молекулы мРНК перемещаются из ядра в цитозоль. К настоящему времени мало что известно о механизме этого процесса. Предполагают, что в ядерных порах имеются специальные белкирецепторы, которые «узнают» зрелые мРНК и с помощью механизма активного транспорта переносят их через ядерную мембрану. Молекулы мРНК, не прошедшие полностью процессинг, не могут участвовать в этом переносе. Рибосомальная РНК синтезируется на тандемно расположенныхкопиях идентичных генов. В геноме человека имеется около 200 копий гена в расчете на гаплоидный геном. Тандемы этих генов расположены на 5 различных хромосомах. Гены транскрибируются РНКполимеразой I, причем первичный транскрипт содержит рибонуклеотидные последовательности 3 из 4 рибосомных РНК: 18SРНК, 28SРНК и 5,8S РНК. В ходе процессинга происходит разрезание первичного транс крипта с удалением лишних последовательностей. Четвертая молекула рРНК 5SРНК образуется отдельно. Гены рРНК расположены в петлях ДНК, находящихся в ядрышке. Здесь же происходит и образование готовых молекул рРНК. Непосредственно в ядрышке рРНК взаимодействуют с поступающими сюда белками с образованием рибосом. Далее рибосомы из ядрышка поступают в цитозоль, где происходит их окончательное формирование за счет взаимодействия с цитозольными белками.

Транспортные РНК и 5SрРНК синтезируются с участием РНКполимеразы III. Молекулы тРНК первоначально образуются в виде больших предшественников, которые обычно содержат нуклеотидные последовательности для нескольких молекул тРНК. Эти первичные транскрипты подвергаются нуклеолитическому процессингу под действием специальных нуклеаз, в ходе которого из общего предшественника выделяются отдельные нуклеотидные последовательности, характерные для той или иной тРНК. Кроме того, в составе генов некоторых тРНК имеется интрон, он также удаляется в ходе нуклеолитического процессинга. Дальнейшая модификация молекул тРНК включает в себя превращение части главных нуклеотидов, из которых был синтезирован первичный транскрипт, в минорные за счет разных вариантов их химической модификации, а также присоединение к 3'концу молекулы тринуклеотида ССА, служащего акцепторным концом каждой тРНК.