• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy odkrywają nowy mechanistyczny obraz biogenezy i eksportu mRNA

    19.03.2012. 18:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Finansowany ze środków unijnych zespół naukowców z Hiszpanii i Polski odkrył strukturę kompleksu białkowego, który ma zasadnicze znaczenie dla biogenezy i eksportu matrycowego RNA (mRNA). W artykule opublikowanym w European Molecular Biology Organization (EMBO) Journal zespół opisuje, jak dane o jego architekturze pomogły w identyfikacji mechanizmu wykorzystywanego przez ten kompleks do rozpoznawania i wiązania kwasów nukleinowych.

    Kompleks białkowy, nazywany "kompleksem THO", jest bezpośrednio powiązany z transkrypcją, biogenezą i eksportem mRNA. Mimo iż transkrypcja DNA zachodzi w jądrach komórkowych, rybosomy przeprowadzające translację RNA na białka znajdują się w cytoplazmie. Z tego względu eksport mRNA - proces który nie został jeszcze w pełni poznany przez naukowców - jest niezbędny do ekspresji genów. Jednym z powodów, dla których naukowcy nadal borykają się z niedostatkiem wiedzy o tym procesie jest bardzo ograniczona rozpuszczalność kompleksu THO, co uniemożliwia oczyszczenie na potrzeby krystalografii rentgenowskiej.

    Badania zostały dofinansowane z projektu 3D-REPRETOIRE (Interdyscyplinarne podejście do określania budowy kompleksów białkowych w organizmie modelowym), który otrzymał ponad 13 mln EUR z tematu "Nauki przyrodnicze, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR) UE.

    Naukowcy posłużyli się mikroskopią elektroniczną i rozmaitymi technikami znakowania komórek w celu opracowania modelu atomowego. Dzięki trójwymiarowej rekonstrukcji odkryli, że kompleks nie ma czterech różnych białek, jak dotychczas sądzono, tylko pięć. Nowo odkryte białko jest odpowiedzialne za wiązanie się z innymi białkami, które mogą również regulować przetwarzanie, pakowanie i eksportowanie mRNA. Zespół zlokalizował również fragment kompleksu, który wiąże się bezpośrednio z kwasami nukleinowymi - rozwinięty region znajdujący się na jednym z białek kompleksu.

    Odkrycia pokazują, że ekspresję genów wyznacza fakt, że jej zmiana, w zależności od docelowego genu, wywołuje niestabilność genomiczną.

    Celem projektu 3D-REPERTOIRE było pogłębienie naszej wiedzy o sieci interakcji między genami, białkami i tworzonymi przez nie układami funkcjonalnymi.

    Zważywszy na fakt, że nawet najprymitywniejszy organizm jest niezwykle złożony i nauka ma jeszcze wiele do odkrycia o jego licznych zawiłościach, mało prawdopodobne jest, by w najbliższej przyszłości naukowcy byli w stanie poznać całą komórkę. Aby osiągnąć ten cel, naukowcy będą musieli poznać funkcję biologiczną wszystkich genów i białek w genomach. Białka rzadko działają samodzielnie, gdyż zazwyczaj wchodzą w interakcję z innymi makromolekułami, aby wykonać konkretne zadania komórkowe. Powstające w ten sposób zbiory są czymś więcej, aniżeli tylko sumą swoich części, a ich funkcji nie udaje się łatwo poznać nawet za pomocą najbardziej systematycznych analiz pojedynczych białek.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Białka wiążące DNA – szeroka klasa białek posiadających motywy strukturalne pozwalające im na wiązanie się do dwu- lub jednoniciowego DNA. Przykładem takich białek mogą być czynniki transkrypcyjne, których funkcją jest regulacja ekspresji genów oraz niektóre polimerazy zależne od kwasów nukleinowych, zaangażowane w replikację DNA i transkrypcję na mRNA. Wyciszenie genów w skrócie PTGS. Zwane jest również interferencją RNA.Ważną rolę odgrywa w nim dwuniciowy RNA (dsRNA), który pocięty jest na krótkie odcinki, zwane siRNA (small interfering RNA).Odcinki te mają długość 20 – 25 nukleotydów oraz te są komplementarne do określonych fragmentów mRNA. Dwuniciowy fragment RNA musi być dłuższy niż 200 nukleotydów. Następnie fragmenty RNA – siRNA, które w komórce zostały pocięte przez enzym Dicer łączą się w kompleksy z komponentami białkowymi i tworzą kompleks wyciszający RISC. Kolejnym etapem jest połączenie nici siRNA z fragmentem mRNA, dzieje się to dzięki reakcjom między między nukleotydami siRNA a mRNA. Dochodzi do degradacji mRNA i jego rozpadu, a tym samym wyciszenia genu. Zjawisko interferencji zostało odkryte niedawno, jednak jest powszechnie wykorzystywane. Kontrola translacji białek – jeden z mechanizmów regulacji ekspresji genów, który odbywa się na poziomie syntezy białek po zakończeniu transkrypcji i obróbki post-transkrypcyjnej matrycowego RNA, przed obróbką post-translacyjną białek. Poziom białka w komórce zwykle nie koreluje z ilością odpowiadającego mu matrycowego transkryptu, co zwykle objawia się zwiększeniem (kontrola pozytywna) lub zmniejszeniem (kontrola negatywna) liczby kopii białka przypadających na jedną kopię mRNA. Przyczyną obserwowanego efektu zmiany wydajności syntezy białek jest wymieniona powyżej kontrola translacji, która obok innych mechanizmów regulacji ekspresji genów takich jak:
    a) metylacja wysp CpG promotorów genów,
    b) kondensacja chromatyny (zależna od acetylacji, metylacji, fosforylacji, rybozylacji i ubikwitynacji histonów),
    c) kontrola transkrypcji,
    d) kontrola dojrzewania RNA (składania transkryptu pierwotnego),
    e) modyfikacje post-transkrypcyjne sekwencji mRNA,
    f) kontrola transportu RNA z jądra do cytoplazmy,
    g) kontrola stabilności i aktywności białka (modyfikacje post-translacyjne tj. glikozylacja, fosforylacja, ubikwitynacja), decyduje o końcowej ilości białka w komórce.

    Białka fuzyjne (białka chimeryczne) – białka powstające z połączenia 2 lub większej liczby genów, które pierwotnie były odpowiedzialne za produkcję niezależnych białek. Produktem genu fuzyjnego jest białko (polipeptyd), którego funkcja jest w pewnym stopniu pochodną funkcji białek kodowanych przez geny wchodzące w skład takiego połączenia. Splicing alternatywny – w procesie splicingu łączenie ze sobą różnych egzonów z pre-mRNA na różne sposoby, niekoniecznie po kolei (według genu), czasem z pominięciem niektórych egzonów lub z zachowaniem niektórych intronów. W ten sposób z jednego genu może powstać więcej niż jedna cząsteczka mRNA, co jest źródłem zmienności białek. Jeśli warianty splicingowe mRNA dotyczą sekwencji kodującej, powstałe na matrycy takich mRNA białka różnią się sekwencją aminokwasową, co może powodować np. zróżnicowanie ich funkcji lub lokalizacji w komórce. Splicing alternatywny obszarów niekodujących może wpływać na obecność elementów regulatorowych w mRNA, np. sekwencji wzmacniających translację (enhancerów) czy sekwencji wpływających na stabilność mRNA, a zatem wpływać na ilość produkowanego przez komórkę białka.

    Niekodujące RNA: Termin ten w szerokim znaczeniu odnosi się do wszystkich transkryptów lub ich elementów, które nie mają potencjału kodowania białek (brak otwartych ramek odczytu). Tym samym, obejmować może on wszystkie transkrypty z wyjątkiem matrycowych RNA (mRNA), jak również sekwencje intronów, usuwane w procesie dojrzewania pre-mRNA, czy też regiony nieulegające translacji przy końcach 5’ i 3’ mRNA. Ze względu na funkcje pełnione w komórce, niekodujące RNA podzielić można dalej na konstytutywne i regulatorowe. NMD (ang. Nonsense-Mediated Decay) - zachodzące w komórkach organizmów eukariotycznych zjawisko polegające na rozpoznawaniu i niszczeniu mRNA zawierających przedwczesny kodon STOP (PTC, ang. premature termination codon). Taki "proces kontroli jakości" mRNA zapobiega powstawaniu skróconych białek, które mogą być szkodliwe dla komórki. Proces NMD jest też wykorzystywany w komórce do regulacji ekspresji niektórych potrzebnych białek. Rozpoznawanie przedwczesnych kodonów STOP jest powiązane z procesami splicingu i translacji.

    miRNA (mikroRNA) – jednoniciowe cząsteczki RNA o długości ok. 21-23 nukleotydów, regulujące ekspresję innych genów. miRNA kodowane są przez genom komórki, jak normalne geny, i transkrybowane przez RNA polimerazę II, tak samo, jak mRNA. Prekursorem są niewielkie RNA, o strukturze spinki do włosów, które ulegają obróbce podobnie do siRNA. Wchodzą w skład kompleksów rybonukleoproteinowych blokujących specyficznie translację mRNA i nadają im specyficzność. W odróżnieniu od siRNA, miRNA nie posiadają 100%-owej identyczności sekwencji do docelowego mRNA. miRNA są zaangażowane w negatywną regulację ekspresji genów podczas rozwoju; ocenia sie, ze biorą udział w regulacji 30% ludzkich genów. Są mediatorami mechanizmu interferencji z translacją mRNA (RNAi). siRNA (small interfering RNA) – dwuniciowe cząsteczki RNA o długości ok. 20-25 par zasad, które powodują wyciszanie ekspresji genów o homologicznej sekwencji (interferencja RNA - RNAi). Powstają przez pocięcie dwuniciowego RNA (np. wirusowego) w komórce przez enzym Dicer na fragmenty odpowiedniej długości. Krótkie siRNA wiążą się z kompleksem białkowym o aktywności rybonukleazy zwanym RISC. Kompleks ten wiąże się z komplementarną do siRNA cząsteczką mRNA i tnie ją na kawałki, uniemożliwiając w ten sposób powstanie kodowanego przez nią białka. Zazwyczaj - w przeciwieństwie do miRNA - sekwencja siRNA jest w 100% komplementarna z sekwencją docelowego mRNA. Rośliny (i inne organizmy eukariotyczne) wykorzystują mechanizm interferencji RNA powodowany przez siRNA do obrony przed wirusami. Ponadto sztuczne siRNA wykorzystywane są w biologii molekularnej, prowadzone są też badania nad zastosowaniem ich w medycynie.

    Translacja (łac. translatio - tłumaczenie) – w biologii molekularnej, proces syntezy łańcucha polipeptydowego białek na matrycy mRNA. W jego wyniku dochodzi do ostatecznego przetłumaczenia informacji genetycznej zawartej pierwotnie w kodzie genetycznym DNA na konkretną strukturę białka, zależną od uszeregowania aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym.

    Ryboprzełącznik lub Przełącznik RNA (ang. Riboswitch) − łańcuch kwasu rybonukleinowego mRNA który reguluje ekspresję kodowanego przez siebie białka.

    Ekson (egzon, sekwencja kodująca) − w komórkach eukariotycznych odcinek genu (zazwyczaj krótszy od intronu), kodujący sekwencję aminokwasów w cząsteczce białka. Eksony bywają w genomie jądrowym oddzielone intronami. Pierwotny transkrypt zawiera wówczas na przemian ułożone odcinki intronowe i eksonowe. Po zsyntetyzowaniu czapeczki i poliadenylacji cząsteczki RNA, ale jeszcze przed jej eksportem z jądra do cytoplazmy następuje wycięcie wszystkich intronów oraz połączenie eksonów w jedną całość (splicing). Po zakończeniu tych procesów transkrypt staje się funkcjonalną cząsteczką informacyjnego RNA (mRNA), który w tej postaci może opuścić jądro komórkowe i zostać użytym w procesie translacji. Polirybosom, polisom, informosom – zespół rybosomów związanych z jedną cząsteczką mRNA i prowadzących jej translację, czyli syntezę białek. Odkryte i opisane w 1963 r. przez Jonathana Warner, Paula Knopf, i Alexa Rich. Polisomy mogą występować w postaci pojedynczych ziarenek w cytoplazmie, bądź systemu rybosomów przyczepionych do błon siateczki śródplazmatycznej szorstkiej (ER-g).

    Dodano: 19.03.2012. 18:26  


    Najnowsze