WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 |

ренней инициации”. По такому механизму инициСчитывание мРНК в пределах одного цистрона не ируется трансляция на многих вирусных РНК, а всегда является непрерывным. Первоначально считакже на некоторых клеточных мРНК, кодирующих талось, что последовательность нуклеотидов в очень важные регуляторные белки, например факмРНК всегда читается непрерывно от инициируюторы роста фибробластов. Содержание этих белков щего до терминирующего кодона. Однако оказаобычно очень мало, а увеличение их количества лось, что при трансляции мРНК гена 60 фага Тв клетке может сопровождаться трансформацией последовательность значительной длины может клеток в раковые. Некоторые вирусы, генетическая пропускаться (рис. 3, д). При этом рибосома соверинформация которых считывается по механизму шает как бы прыжок по мРНК с одного глицинововнутренней инициации трансляции, способны выго кодона GGA, находящегося перед терминируюключить инициацию трансляции клеточных мРНК щим кодоном UAG, на другой глициновый кодон по сканирующему механизму и, таким образом, пеGGA, который отстоит от первого на 50 нуклеотиреключать белоксинтезирующий аппарат клетки на дов. Механизм этого явления пока не очень ясен.

синтез собственных белков.

Не исключено, что такое шунтирование мРНК Контекст может изменить значение кодона внутри обеспечивается ее особой пространственной струкцистрона. Долгое время полагали, что непосредсттурой, например выпетливанием той части молекувенно в белок включаются только двадцать станлы мРНК, которая пропускается при трансляции.

дартных аминокислот, приведенных в таблице генеВсе приведенные примеры нарушения общих тического кода (см. рис. 2). Другие многочисленные правил кодирования так или иначе связаны с сущеминорные аминокислотные остатки, обнаруживаествованием определенного контекста в мРНК. Этот мые в белках, появляются в них уже после синтеза контекст или перекодирующие сигналы иногда набелка в результате так называемых посттрансляцизывают вторым генетическим кодом.

онных модификаций некоторых из двадцати стандартных аминокислот. Сравнительно недавно, одна ко, было показано, что аминокислота селеноцистеин (очень редкая, но функционально очень важная аминокислота) непосредственно включается в беОколо половины мРНК эукариот полиаденилилок. Возникает закономерный вопрос, как же закоруются на 3'-конце во время процессинга в клеточдирована эта аминокислота. Ведь значение всех ном ядре. Сигналом ядерного полиаденилирования возможных кодонов уже четко определено, и все 3'-конца служит последовательность AAUAAA, расони используются в кодировании двадцати станположенная за 10–20 нуклеотидов от этого конца. В дартных аминокислот и сигналов терминации.

некоторых случаях, например в зрелых ооцитах амИсследования показали, что селеноцистеин ко- фибий или сухих, неактивных в белковом синтезе дируется UGA (терминирующим кодоном в таблице зародышах пшеницы, мРНК не полиаденилирогенетического кода), если за ним находится особая ваны. Активация белкового синтеза в развитии, ‹4, сопровождается полиаденилированием этих мРНК ность инициирующего кодона или 5'-конца мРНК в цитоплазме. Для цитоплазматического полиаде- для белоксинтезирующего аппарата.

нилирования мРНК должны содержать в 3'-нетранРегуляторными белками могут быть специальные слируемой области наряду с элементом ядерного белки клетки, выполняющие только эту функцию в полиаденилирования дополнительную последоваорганизме, а также белки, имеющие в организме друтельность – элемент цитоплазматического полигие функции и работающие в качестве регуляторных аденилирования. Такой последовательностью у амбелков “по совместительству”. Довольно часто в кафибий является (U)6AUAAAG. Поли(А)-хвост на честве белков, регулирующих активность определенмРНК узнается особым поли(А)-связывающим ных мРНК, могут выступать сами продукты их белком, который участвует в инициации транслятрансляции (авторегуляция). Обратимся теперь к неции мРНК по кэп-зависимому механизму.

которым конкретным примерам.

Трансляция мРНК треонил-тРНК-синтетазы у бактерий находится под контролем ее продукта (ав торегуляция). Авторегуляция достигается за счет специфического сродства треонил-тРНК-синтета зы к своей матрице. Связывание синтетазы с мРНК Матричная активность различных мРНК сильно происходит в ее 5'-НТО со специфической последоразличается. Очень активными (сильными) матри- вательностью (регуляторным элементом), которая цами являются фаговые и вирусные РНК, а также складывается во вторичную структуру, напоминаюклеточные мРНК для мажорных белков клетки, та- щую отдельные элементы вторичной структуры ких, например, как глобины. Наоборот, матрицы треониловой тРНК. При ограниченном количестве для белков, присутствующих в клетке в малых коли- фермента в клетке он ассоциирует главным образом чествах, как правило, являются очень слабыми. Си- со своим субстратом – треонил-тРНК. В этих услола матрицы чаще всего определяется эффективнос- виях мРНК треонил-тРНК-синтетазы может активтью процесса ее инициации. У эукариот помимо но транслироваться. При увеличении количества контекста нуклеотидов в районе инициирующего этого фермента избыточный фермент взаимодейсттриплета (см. выше) эффективность матрицы силь- вует с регуляторным элементом в 5'-НТО своей но падает при наличии в 5'-нетранслируемой обла- мРНК. Это приводит к переходу мРНК в такую консти развитой вторичной структуры (образовании формацию, в которой инициирующий триплет окадвуспиральных участков, таких, как шпильки), а зывается вовлеченным в двуспиральную структуру.



также, по-видимому, с увеличением длины 5'-НТО В результате инициация синтеза треонил-тРНКвыше определенного предела. Активность эукарио- синтетазы прекращается.

тических мРНК в трансляции катастрофически Яркий пример регуляции трансляции мРНК в уменьшается при их декэпировании или введении в эукариотических клетках получен при изучении ме5'-НТО кодонов AUG, в контексте, неоптимальном ханизмов поддержания в клетках уровня свободнодля инициации. Прокариотические мРНК плохо го железа. Железо входит в состав активных центров транслируются, если инициирующие кодоны нахоочень многих белков, таких, например, как гемодятся в двойных спиралях.

глобин, миоглобин, цитохромы, однако ионы своИзбирательное влияние на активность мРНК в бодного железа токсичны для клетки и поэтому святрансляции оказывают специфические регулятор- зываются и переводятся в нетоксичную форму ные белки или специальные регуляторные РНК. белком ферритином. Синтез ферритина в клетке, в Эти белки или РНК проявляют свое действие, свя- свою очередь, зависит от уровня свободного железа:

зываясь со специфическими последовательностями в присутствии железа ферритин синтезируется, в то или структурами в мРНК, которые называются ре- время как при его недостатке трансляция мРНК гуляторными элементами. В большинстве случаев ферритина останавливается на стадии инициации.

регуляторные элементы располагаются в 5'-НТО Выяснилось, что регуляция синтеза ферритина цевблизи инициирующего кодона. Однако в некото- ликом зависит от специфической последовательнорых случаях регулярные элементы могут быть на сти длиной 26 нуклеотидов, образующей шпилечзначительном расстоянии от инициирующего кодо- ную структуру в 5'-НТО мРНК ферритина (рис. 4, на, в том числе в 3'-НТО. Связываясь с мРНК вбли- а). Этот регуляторный элемент при отсутствии жези инициирующего кодона, регуляторные белки леза связывается со специфическим белком, котомогут создавать препятствия для компонентов бе- рый препятствует сканированию 5'-НТО рибосомалоксинтезирующего аппарата (мешать связыванию ми и, таким образом, подавляет трансляцию мРНК с мРНК или ее сканированию). При связывании с на стадии ее инициации. Этот белок-репрессор мРНК на большом расстоянии от места инициации имеет сродство к ионам железа и при связывании с регуляторные белки могут влиять на процесс ини- ними перестает связываться с ферритиновой мРНК.

циации путем изменения общей пространственной После диссоциации белка мРНК становится активструктуры мРНК, изменяя таким образом доступ- ной в синтезе ферритина. Вновь синтезированный.. мРНК ферритина мРНК рецептора трансферина AUG AUG AAA AAA Элементы нестабильности Fe Fe Fe Fe Аконитаза Аконитаза Fe Fe Fe Ферритин РНКаза AUG Регуляторный элемент AUG AAA Рис. 4. Регуляция железом трансляции мРНК ферритина и стабильности мРНК рецептора трансферина ферритин отнимает железо у репрессора. Утратив в клетке, равно как и момент их деградации, запрожелезо, репрессор опять приобретает сродство к ре- граммировано специфическими последовательногуляторному элементу ферритиновой мРНК, свя- стями или структурами в мРНК, часто в их 3'-незывается с ним и останавливает синтез ферритина.

транслируемой области. Эти последовательности Большим сюрпризом явилось то, что белок-репрес- (структуры) обычно узнаются специфическими сор оказался хорошо известным ферментом цикла белками. Их связывание с соответствующими белКребса – аконитазой.

ками обычно приводит к стабилизации мРНК.

Например, за деградацию гистоновых мРНК на определенной стадии клеточного цикла отвечает особая шпилечная структура в 3'-НТО – элемент Скорость синтеза белка зависит от количества нестабильности мРНК. Введение такой структуры в соответствующей мРНК в клетке. Содержание 3'-НТО очень стабильной глобиновой мРНК примРНК, в свою очередь, определяется скоростью ее водит к ее деградации одновременно с гистоновыми синтеза и распада. Механизмы регуляции транс- мРНК. Для того чтобы эта структура выполняла крипции мРНК начали исследовать еще в начале свою функцию элемента нестабильности, она долж60-х годов, механизмы регуляции процесса ее деграна находиться на определенном, достаточно близдации – значительно позже, всего 5–10 лет назад.

ком расстоянии от терминирующего кодона. Дестабилизирующим действием в мРНК онкобелка cВремя жизни разных мРНК в клетках эукариот myc обладает AU-богатая последовательность дливарьирует в очень широких пределах. Период их поной 60–80 нуклеотидов в 3'-НТО этой мРНК. В этой лураспада составляет от десятков минут до десятка последовательности был выявлен многократно посуток. Наиболее стабильными являются мРНК, на вторяющийся мотив AUUUA, который и является которых синтезируются белки, обеспечивающие функционирование организма как целого (напри- элементом нестабильности. Сходная последовательность была обнаружена в 3'-НТО мРНК для другого мер, мРНК сывороточного альбумина). Некоторые мРНК распадаются на определенных стадиях кле- онкобелка – c-fos. Однако в этой мРНК имеется точного цикла или определенных этапах процесса еще один элемент нестабильности, который нахоклеточной дифференцировки. Время жизни мРНК дится в транслируемой области.

, ‹4, Содержание свободного железа в клетке зависит реакций цикла Кребса – обратимое превращение не только от количества в клетке белка ферритина, лимонной кислоты в изолимонную, в форме без жено и от скорости его поступления в клетку. Скорость леза связывается с регуляторным элементом в 5'поступления железа в клетку возрастает с увеличе- НТО мРНК ферритина и репрессирует ее транслянием на поверхности клетки количества рецепто- цию, а также с элементами нестабильности в 3'ров для белка трансферина. Последний выполняет НТО мРНК рецептора трансферина и защищает эту функцию переносчика железа. Оказалось, что син- мРНК от деградации.





тез рецептора трансферина, так же как и ферритина, регулируется железом, но совсем по другому ме ханизму. В присутствии железа в клетке мРНК рецептора трансферина быстро деградирует и син тез этого белка замедляется, в то время как при деРазные мРНК в эукариотических клетках расфиците железа внутри клетки эта мРНК стабилизипределяются в них неодинаково, что особенно легко руется, обеспечивая высокий уровень синтеза белка.

наблюдать в крупных зародышевых клетках. НаибоНестабильность мРНК рецептора трансферина в присутствии железа определяется пятью шпилеч- лее хорошо изучено распределение мРНК в ооцитах ными структурами в 3'-НТО (рис. 4, б). Эти шпи- плодовой мушки дрозофилы. Так, мРНК, синтезируемые на генах oskar, nanos и bicoid, несколько раз лечные структуры (элементы нестабильности мРНК рецептора трансферина) очень похожи на регуля- меняют положение в клетке после своего синтеза, торный элемент в 5'-НТО мРНК ферритина. Эле- что контролируется комплексом генов, пока, накоменты нестабильности мРНК рецептора трансфе- нец, не займут своего окончательного положения:

мРНК oskar и nanos на заднем, а мРНК bicoid на перина, так же как регуляторный элемент мРНК ферритина, связывают аконитазу в форме, не со- реднем конце яйца. Правильное положение этих мРНК задается специфическими последовательнодержащей железа. В комплексе с аконитазой мРНК стабилизируется и активно транслируется. В ре- стями в их 3'-НТО. Интересно, что сигналы внутризультате на поверхности клеток увеличивается ко- клеточной локализации в 3'-НТО очень протяженные. Вероятно, они формируют сложные вторичные личество рецепторов трансферина и повышается поступление железа в клетки. При увеличении со- структуры. За окончательную локализацию мРНК держания свободного железа в клетках оно связыва- oskar и bicoid отвечает белок – продукт гена staufen, ется с аконитазой. Аконитаза диссоциирует из ком- узнающий специфическую двухспиральную структуру в 3'-НТО этих мРНК. Интересно, что активная плекса с мРНК. Молекула мРНК дестабилизируется и быстро распадается. Это ведет к снижению скоро- трансляция мРНК oskar и bicoid происходит только в местах их специфической локализации, а их делости синтеза рецептора трансферина, уменьшению количества рецепторов на поверхности клетки и за- кализация приводит к подавлению трансляционной активности за счет связывания со специфичесмедлению поступления железа в клетку.

кими репрессорными белками.

Таким образом, один и тот же клеточный белок – аконитаза выполняет в клетке различные функции: Таким образом, на примере развития дрозофилы в железосодержащей форме катализирует одну из видно, что регуляция активности различных мРНК Сигналы инициации трансляции по сканирующему механизму Перекодирующие сигналы Сигналы Изменение цитоплазматического Сдвиг Прыжок смысла и ядерного рамки рибосомы кодона полиаденилирования Кэп 5'-НТО AUG Транслируемая область Стоп 3'-НТО поли(А) Сигнал внутренней Элементы инициации нестабильности мРНК Сигнал внутриклеточной локализации Регуляторные элементы Рис. 5. Схема расположения функциональных участков на молекуле мРНК.. может задаваться их локализацией в разных клеточ- участки молекулы мРНК сближаются при форминых компартментах. Продукты трансляции этих ровании ее пространственной структуры. ФункцимРНК, вероятно, создают в клетке белковые гради- ональные сигналы в мРНК могут узнаваться рибоенты, и это, в свою очередь, лежит в основе диффе- сомами, молекулами РНК (тРНК, регуляторными ренцировки клеток и определяет очередность РНК) или белками.

трансляции и активность различных мРНК в проБлагодарю моих коллег В.М. Евдокимову, цессе развития. Процесс, определяющий локалиД.В. Нащекина и П.В. Рузанова за ценные советы и зацию мРНК в клетке, как правило, состоит из помощь при подготовке статьи.

нескольких последовательных стадий, обеспечивающих транспорт новосинтезированных молекул из ядра и затем “заякоривание” их в цитоплазме.

Так, транспорт мРНК гена g1 дрозофилы после ее выхода из ядра осуществляется путем взаимодейст1. Спирин А.С. Молекулярная биология: Структура ривия с тубулином микротрубочек, тогда как “заяко- босомы и биосинтез белка. М.: Высш. шк., 1986.

ривание” этой мРНК происходит в результате ее 2. Спирин А.С. Регуляция трансляции мРНК-связывасвязывания с актиновыми филаментами.

ющими факторами у высших эукариот//Успехи биол.

химии. 1996. Т. 36. С. 3–48.

3. Высоцкая В.С., Гарбер М.Б. Регуляция экспрессии генов рибосомных белков Escherichia coli // Там же.

Таким образом, в молекулах мРНК содержится 1995. Т. 35. С. 67–95.

информация не только о последовательности ами4. Gesteland R.F., Weiss R.B., Atkins J.F. Recoding: Reнокислот для определенного белка или белков, но programmed Genetic Decoding // Science. 1992. Vol.

также информация о том, когда, в каком количест257. P. 1640–1641.

ве, в каком месте клетки и при каких условиях этот 5. Cleveland D.W., Yen T.J. Multiple Determinants of белок будет синтезирован. Схема расположения соEukaryotic mRNA Stability // New Biologist. 1989. Vol. 1.

ответствующей информации на молекуле мРНК P. 121–126.

Pages:     | 1 || 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.