Регуляция на уровне процессинга мРНК

В эукариотических клетках возможен процессинг, имеющий несколько вариантов или исходов(альтернативный процессинг).

Виды регуляции биосинтеза белка на уровне процессинга мРНК:

- разрешение или запрещение процессинга

В ядре содержится значительно больший набор первичных транскриптов, чем соответствующих им зрелых мРНК в цитоплазме. Следовательно, в ядре принимается решение подлежит или не подлежит данный транскрипт (пре-мРНК) процессингу.

- дифференциальный процессинг

Принимается решение какие участки первичного транскрипта (экзоны) будут входить, а какие не будут входить в зрелую мРНК, т.е. происходит дифференциация. В ходе дифференциального процессинга одного и того же транскрипта возможно образование отличающихся друг от друга мРНК (рис. 15), на которых в последующем будут синтезированы полипептиды с различной аминокислотной последовательностью.

Рис. 15

Например, в нейронах и С-клетках щитовидной железы на основе одного и того же гена синтезируются разные пептиды. Так, в нейронах синтезируется нейропептид СGRP (англ.: Calcitonin Gene Related Peptide - пептид, соответствующий гену кальцитонина), а в С-клетках щитовидной железы - гормон кальцитонин. Причиной данного несоответствия выступает дифференциальный процессинг: из одной и той же пре-мРНК в С-клетках и нейронах образуются различные мРНК. Различие этих мРНК по комбинации экзонов обусловливают синтез в нейронах нейропептида СGRP (обладает сосудорасширяющим действием и влияет на нервно-мышечную передачу), а в С-клетках - кальцитонина (участвует в регуляции обмена кальция).
Характеристика биосинтеза белка в эукариотических клетках

Рекогниция (распознавание, активация аминокислот) - процесс связывания молекулы тРНК с соответствующей ей аминокислотой. При участии аминоацил-тРНК-синтетазы, Mg^{2 +} и энергии двух фосфатных связей АТФ образуется сложноэфирная связь между ОН-группой 3`-концевого аденозина и карбоксильной группой аминокислоты.

I Инициация - начало процесса трансляции. Данный этап наиболее сложен, он включает в себя несколько фаз.

1) Подготовка рибосомы к трансляции. 80S рибосома, при участии белкового фактора инициации - 3 (ФИ-3), разделяется на малую и большую субъединицы (рис. 2). Малая (40S) субъединица рибосомы и ФИ-3 образуют комплекс.

Рис. 2

2) Подготовка мРНК к трансляции. К мРНК, которая, как уже отмечалось, кэпирована, присоединяются кэп-связывающие белки (КСБ, рис.3). В дальнейшем эти белки будут участвовать в связывания мРНК с рибосомой.

3) Подготовка инициаторной аа-тРНК. Кодон мРНК эукариот, с которого начинается считывание информации (стартовый кодон), представлен триплетом АУГ. Данный триплет соответствует аминокислоте метионину. Поэтому, в качестве инициаторной аа-тРНК выступает метионил-тРНК (мет-тРНК).

Подготовка инициаторной мет-тРНК включает присоединение к ней белкового фактора инициации - 2 (ФИ-2) и ГТФ (рис. 4).

Рис. 4

4) Образование инициирующего комплекса. Происходит соединение инициаторной мет-тРНК с 40S рибосомы (рис. 5). Способствует образованию комплекса - ФИ-3.

Уровни регуляция биосинтеза белка у эукариот

1. Регуляция на уровне транскрипции

- групповая репрессия генов белками гистонами. Сегмент ДНК, связанный с гистонами не доступен для транскрипции, заблокирован. Гистоны взаимодействуют с достаточно протяженным участком ДНК, поэтому они запрещают транскрипцию сразу с нескольких генов.

- амплификация генов (от англ.: amplification - расширение, увеличение). Термин обозначает увеличение числа копий определенного гена, которое достигается многократным синтезом участка ДНК в одном и том же репликационном пузыре (рис. 14). В результате амплификации, возможна транскрипция одновременно с нескольких копий гена. Как следствие - растет количество соответствующей мРНК и увеличивается синтез данного белка.

Рис. 14

Например, при лечении онкологических больных метотрексатом нередко наблюдается устойчивость к данному препарату. Оказывается, происходит амплификация гена дигидрофолатредуктазы - фермента, который является точкой приложения метотрексата. Поэтому, не смотря на высокую дозировку, препарат теряет эффективность.

- регуляция транскрипции сигналами - усилителями, их роль выполняют энхансерные элементы ДНК (энхансеры, от англ.: to enhance - усиливать). Механизм действия энхансеров остается неясным, однако известны некоторые особенности энхансера.

1. Энхансер значительно удален от промотора.

2. Усиливающий эффект не зависит от ориентации, расположения в ДНК, энхансера.

3. Действие энхансеров неспецифично - усиливают транскрипцию с многих промоторов.

4. Энхансер значительно усиливает транскрипцию (отмечено 200-кратное повышение скорости транскрипции под влиянием энхансера).

5. Энхансер не кодирует синтез какого-либо эффектора

Сигналы - усилители транскрипции имеют большое значение в реализации эффекта некоторых гормонов, действующих по цитозольному
Сигнальный участок данного белка распознается только на том внутриклеточном элементе, в который белок должен поступить (адресоваться), что во многом определяет специфичный для органеллы набор белков.

Адресование и процессинг белка тесно связаны. Такая взаимосвязь четко прослеживается на примере биосинтеза инсулина. Инсулин - гормон, являющийся низкомолекулярным белком, синтезируется в виде препроинсулина (110АК). Препроинсулин имеет гидрофобный сигнальный участок, который адресует его в эндоплазматический ретикулум. В эндоплазматическом ретикулуме этот сигнальный участок отщепляется и образуется проинсулин. Проинсулин подвергается дальнейшему процессингу: протеазы отщепляют внутренний сегмент одноцепочечной молекулы проинсулина и образуются две цепи (21АК и 30АК), соединенные дисульфидными связями, - это структура функционально зрелого белка инсулина (51 АК), который выделяется в кровь.

Дата добавления: 2014-12-27