РНК-связывающий белок

редактировать

РНК-связывающие белки (часто сокращенно RBP ) - это белки, которые связываются с двухцепочечной РНК в клетках и участвуют в образовании комплексов рибонуклеопротеина. RBP содержат различные структурные мотивы, такие как мотив распознавания РНК (RRM), цинковый палец и другие. Это цитоплазматические и ядерные белки. Однако, поскольку большая часть зрелой РНК экспортируется из ядра относительно быстро, большинство RBP в ядре существует в виде комплексов белка и пре-мРНК, называемых гетерогенными рибонуклеопротеидными частицами (hnRNP). RBP играют решающую роль в различных клеточных процессах, таких как клеточная функция, транспорт и локализация. Они особенно играют важную роль в посттранскрипционном контроле РНК, например: сплайсинг, полиаденилирование, стабилизация мРНК, локализация мРНК и перевод. Эукариотические клетки кодируют различные RBP, примерно 500 генов, с уникальной РНК-связывающей активностью и межбелковым взаимодействием. Во время эволюции разнообразие RBP значительно увеличивалось с увеличением количества интронов. Разнообразие позволило эукариотическим клеткам использовать экзоны РНК в различных формах, создавая уникальный РНП (рибонуклеопротеин) для каждой РНК. Хотя RBP играют решающую роль в посттранскрипционной регуляции экспрессии генов, относительно небольшое количество RBP было систематически изучено.

Содержание

  • 1 Структура
  • 2 Разнообразие
  • 3 Функция
    • 3.1 Процессинг и модификация РНК
      • 3.1.1 Альтернативный сплайсинг
      • 3.1.2 Редактирование РНК
      • 3.1.3 Полиаденилирование
    • 3.2 Экспорт
    • 3.3 Локализация мРНК
    • 3.4 Трансляция
  • 4 Взаимодействия белок-РНК
    • 4.1 Мотив распознавания РНК (RRM)
    • 4.2 Двухцепочечный мотив связывания РНК
    • 4.3 Цинковые пальцы
  • 5 Роль в эмбриональном развитии
    • 5.1 Развитие зародышевой линии
    • 5.2 Соматическое развитие
    • 5.3 Нейроны развитие
  • 6 Роль в раке
  • 7 Текущие исследования
  • 8 См. также
  • 9 Внешние ссылки
  • 10 Ссылки

Структура

Многие RBP имеют модульную структуру и состоят из множественные повторы всего нескольких конкретных базовых доменов, которые часто имеют ограниченные последовательности. Затем эти последовательности располагаются в различных комбинациях, чтобы удовлетворить потребность в разнообразии. Распознавание специфическим белком специфической РНК развилось через перестройку этих нескольких основных доменов. Каждый основной домен распознает РНК, но многие из этих белков требуют для функционирования нескольких копий одного из многих общих доменов.

Разнообразие

Поскольку ядерная РНК возникает из РНК-полимераза, транскрипты РНК немедленно покрываются РНК-связывающими белками, которые регулируют все аспекты метаболизма и функции РНК, включая биогенез РНК, созревание, транспорт, клеточную локализацию и стабильность. Все RBP связываются с РНК, однако они делают это с различной специфичностью и аффинностью к последовательностям РНК, что позволяет RBP быть столь же разнообразными, как их мишени и функции. Эти мишени включают мРНК, которая кодирует белки, а также ряд функциональных некодирующих РНК. NcRNA почти всегда функционируют как комплексы рибонуклеопротеина, а не как голые РНК. Эти некодирующие РНК включают микроРНК, малые интерферирующие РНК (миРНК), а также сплайсесомные малые ядерные РНК (мяРНК).

. Функция

Обработка и модификация РНК

Альтернативный сплайсинг

Альтернативный сплайсинг - это механизм, с помощью которого разные формы зрелых мРНК (матричных РНК) генерируются из одного и того же гена . Это регуляторный механизм, с помощью которого вариации включения экзонов в мРНК приводят к продукции более чем одного родственного белка, таким образом увеличивая возможные геномные выходы. ОДП активно регулируют этот процесс. Некоторые связывающие белки, такие как нейрональные специфические РНК-связывающие белки, а именно NOVA1, контролируют альтернативный сплайсинг подмножества гяРНК путем распознавания и связывания со специфической последовательностью в РНК (YCAY, где Y означает пиримидин, U или C). Эти белки затем рекрутируют белки сплайсесом на этот целевой сайт. SR-белки также хорошо известны своей ролью в альтернативном сплайсинге за счет рекрутирования snRNPs, которые образуют splicesome, а именно U1 snRNP и U2AF snRNP. Однако RBP также являются частью самого соединения. Сплайсинг представляет собой комплекс мяРНК и белковых субъединиц и действует как механический агент, который удаляет интроны и лигирует фланкирующие экзоны. Помимо основного комплекса сплайсинга, RBP также связываются с сайтами цис-действующих элементов РНК, которые влияют на включение или исключение экзонов во время сплайсинга. Эти сайты называют энхансерами экзонного сплайсинга (ESE), экзонными глушителями сплайсинга (ESS), интронными энхансерами сплайсинга (ISE) и интронными глушителями сплайсинга (ISS), и в зависимости от их местоположения связывания RBP работают как глушители или энхансеры сплайсинга.

Редактирование РНК

ADAR Protein. ADAR : связывающий РНК белок, участвующий в событиях редактирования РНК.

Наиболее широко изученная форма редактирования РНК включает белок ADAR. Этот белок функционирует посредством посттранскрипционной модификации транскриптов мРНК, изменяя содержание нуклеотидов в РНК. Это достигается путем превращения аденозина в инозин в ферментативной реакции, катализируемой ADAR. Этот процесс эффективно изменяет последовательность РНК по сравнению с последовательностью, кодируемой геномом, и расширяет разнообразие продуктов гена. Большая часть редактирования РНК происходит в некодирующих областях РНК; однако было показано, что некоторые белок-кодирующие РНК-транскрипты подлежат редактированию, что приводит к различию в аминокислотной последовательности их белков. Примером этого является мРНК рецептора глутамата, где глутамин превращается в аргинин, что приводит к изменению функциональности белка.

Полиаденилирование

Полиаденилирование представляет собой добавление «хвоста» аденилата остатков в транскрипте РНК примерно на 20 оснований ниже последовательности AAUAAA в пределах нетранслируемой области с тремя праймами. Полиаденилирование мРНК оказывает сильное влияние на ее ядерный транспорт, эффективность трансляции и стабильность. Все это, а также процесс полиаденилирования зависят от связывания специфических RBP. Все мРНК эукариот, за некоторыми исключениями, подвергаются процессингу для получения 3'-поли (A) -хвостов примерно из 200 нуклеотидов. Одним из необходимых белковых комплексов в этом процессе является CPSF. CPSF связывается с последовательностью 3 'хвоста (AAUAAA) и вместе с другим белком, называемым поли (A) -связывающим белком, рекрутирует и стимулирует активность поли (A) полимеразы. Поли (A) полимераза неактивна сама по себе и требует связывания этих других белков для правильного функционирования.

Экспорт

После завершения обработки мРНК необходимо транспортировать из от ядра до цитоплазмы клетки. Это трехэтапный процесс, включающий образование комплекса груз-носитель в ядре, за которым следует транслокация комплекса через ядерный поровый комплекс и, наконец, высвобождение груза в цитоплазму. Затем носитель перерабатывается. Гетеродимер TAP / NXF1: p15 считается ключевым игроком в экспорте мРНК. Сверхэкспрессия TAP у лягушек Xenopus laevis увеличивает экспорт транскриптов, которые в противном случае экспортируются неэффективно. Однако TAP необходимы адаптерные белки, потому что он не может напрямую взаимодействовать с мРНК. Белок Aly / REF взаимодействует и связывается с мРНК, рекрутирующей TAP.

локализация мРНК

локализация мРНК имеет решающее значение для регуляции экспрессии генов, позволяя регулировать продукцию белка в пространстве. Благодаря локализации мРНК белки транскрибируются в намеченном участке-мишени клетки. Это особенно важно на раннем этапе развития, когда быстрое расщепление клеток дает различным клеткам различные комбинации мРНК, которые затем могут приводить к кардинально разным судьбам клеток. RBP имеют решающее значение для локализации этой мРНК, которая гарантирует, что белки транскрибируются только в предназначенных для них областях. Один из этих белков - ZBP1. ZBP1 связывается с мРНК бета-актина в месте транскрипции и перемещается вместе с мРНК в цитоплазму. Затем он локализует эту мРНК в области ламеллы нескольких асимметричных типов клеток, где она может затем транслироваться. FMRP - еще один RBP, участвующий в локализации РНК. Было показано, что помимо других функций FMRP в метаболизме РНК, FMRP участвует в индуцированной стимулом локализации нескольких дендритных мРНК в нейрональных дендритах.

Трансляция

Трансляционная регуляция обеспечивает быструю механизм контроля экспрессии генов. Вместо того чтобы контролировать экспрессию генов на уровне транскрипции, мРНК уже транскрибируется, но рекрутирование рибосом контролируется. Это позволяет быстро генерировать белки, когда сигнал активирует трансляцию. ZBP1 помимо своей роли в локализации мРНК B-актина также участвует в репрессии трансляции мРНК бета-актина, блокируя инициацию трансляции. ZBP1 должен быть удален из мРНК, чтобы позволить рибосоме должным образом связываться и начать трансляцию.

Взаимодействия белок-РНК

РНК-связывающие белки демонстрируют высокоспецифичное распознавание своих РНК-мишеней, распознавая свои последовательности и структуры. Специфическое связывание РНК-связывающих белков позволяет им различать свои мишени и регулировать различные клеточные функции посредством контроля генерации, созревания и продолжительности жизни транскрипта РНК. Это взаимодействие начинается во время транскрипции, так как некоторые RBP остаются связанными с РНК до разрушения, тогда как другие только временно связываются с РНК, чтобы регулировать сплайсинг РНК, процессинг, транспорт и локализацию. В этом разделе будут обсуждены три класса наиболее широко изученных РНК-связывающих доменов (мотив распознавания РНК, мотив связывания двухцепочечной РНК, мотив цинкового пальца).

Мотив распознавания РНК (RRM)

Мотив распознавания РНК, который является наиболее распространенным мотивом связывания РНК, представляет собой небольшой белковый домен размером 75–85 аминокислоты, которая образует четырехцепочечный β-лист против двух α-спиралей. Этот мотив распознавания играет свою роль во многих клеточных функциях, особенно в процессинге мРНК / рРНК, сплайсинге, регуляции трансляции, экспорте РНК и стабильности РНК. Десять структур RRM были идентифицированы с помощью ЯМР-спектроскопии и рентгеновской кристаллографии. Эти структуры иллюстрируют сложность распознавания белок-РНК RRM, поскольку это влечет за собой взаимодействия РНК-РНК и белок-белок в дополнение к взаимодействиям белок-РНК. Несмотря на свою сложность, все десять структур имеют некоторые общие черты. Было обнаружено, что четырехцепочечный β-лист всех RRM «основных поверхностей белка» взаимодействует с РНК, которая обычно специфическим образом связывается с двумя или тремя нуклеотидами. Кроме того, сильная аффинность связывания РНК и специфичность в отношении вариаций достигаются за счет взаимодействия между междоменным линкером и РНК и между самими RRM. Эта пластичность RRM объясняет, почему RRM является наиболее распространенным доменом и почему он играет важную роль в различных биологических функциях.

Двухцепочечный РНК-связывающий мотив

Двухцепочечный РНК-связывающий мотив
PDB 2b7t EBI.jpg dsRBD из белка крысы ADAR2 (PDB : 2b7t ).
Идентификаторы
Символdrrm
Pfam PF14709
Pfam кланCL0196
InterPro IPR014720
CATH 1di2
SCOPe 1di2 / SUPFAM
Используйте клан Pfam для гомологичного суперсемейства.

Двухцепочечный РНК-связывающий мотив (dsRM, dsRBD), домен из 70–75 аминокислот, играет решающую роль в процессинге РНК, РНК локализации, РНК-интерференции и репрессии трансляции. Все три структуры домена, решенные по состоянию на 2005 г., обладают объединяющими признаками, которые объясняют, как дцРМ связываются только с дцРНК, а не с дцДНК. Было обнаружено, что dsRM взаимодействуют вдоль дуплекса РНК как через α-спирали, так и через петлю β1-β2. Более того, все три структуры dsRBM контактируют с сахарно-фосфатным остовом основной бороздки и одной малой бороздки, которая опосредуется петлей β1-β2 вместе с областью N-конца участка альфа спираль 2. Это взаимодействие является уникальной адаптацией к форме двойной спирали РНК, поскольку оно включает 2'-гидроксилы и фосфатный кислород. Несмотря на общие структурные особенности среди dsRBM, они демонстрируют различные химические каркасы, что обеспечивает специфичность для различных структур РНК, включая стержневые петли, внутренние петли, выпуклости или спирали, содержащие несовпадения.

Цинковые пальцы

Цинковый палец. "Цинковые пальцы ": мультипликационное изображение мотива" цинковый палец "в белках. Ион цинка (зеленый) координируется двумя аминокислотными остатками гистидина и двумя цистеиновыми остатками.

Домены цинкового пальца типа CCHH являются наиболее распространенным ДНК-связывающим доменом в эукариотическом геноме. Для достижения высокой последовательности-специфичного распознавания ДНК несколько цинковых пальцев используются модульным образом. Цинковые пальцы демонстрируют Белковая складка ββα, в которой β-шпилька и α-спираль соединены вместе посредством иона Zn.. Кроме того, взаимодействие между боковыми цепями белка α-спирали с основаниями ДНК в большой бороздке позволяет Распознавание, специфичное для последовательности ДНК. Несмотря на широкое признание ДНК, существует Недавние открытия показали, что цинковые пальцы также обладают способностью распознавать РНК. Помимо цинковых пальцев CCHH, недавно было обнаружено, что цинковые пальцы CCCH используют специфичное для последовательности распознавание одноцепочечной РНК через взаимодействие между межмолекулярными водородными связями и краями Уотсона-Крика оснований РНК. Цинковые пальцы CCHH-типа используют два метода связывания РНК. Во-первых, цинковые пальцы оказывают неспецифическое взаимодействие с основой двойной спирали , тогда как второй режим позволяет цинковым пальцам специфически распознавать отдельные основания, которые выступают наружу. В отличие от типа CCHH, цинковый палец CCCH-типа демонстрирует другой способ связывания РНК, при котором одноцепочечная РНК идентифицируется специфичным для последовательности образом. В целом цинковые пальцы могут напрямую распознавать ДНК посредством связывания с последовательностью дцДНК и РНК посредством связывания с последовательностью оцРНК.

Роль в эмбриональном развитии

Caenorhabditis elegans. Ползание C. elegans гермафродитный червь

транскрипционная и посттранскрипционная регуляция РНК-связывающих белков играет роль в регуляции паттернов экспрессии генов во время развития. Обширные исследования нематоды C. elegans идентифицировал РНК-связывающие белки как важные факторы во время зародышевой линии и на ранних этапах эмбрионального развития. Их специфическая функция включает развитие соматических тканей (нейронов, гиподермы, мышц и экскреторных клеток), а также обеспечение временных сигналов для события развития. Тем не менее, чрезвычайно сложно открыть механизм, лежащий в основе функции RBPs в процессе развития, из-за сложности идентификации их РНК-мишеней. Это связано с тем, что большинство RBP обычно имеют несколько мишеней РНК. Тем не менее, это не вызывает сомнения, что ОДП оказывает критический контроль в регулировании путей развития на согласованной основе.

Развитие зародышевой линии

У Drosophila melanogaster, Elav, Sxl и tra-2 представляют собой гены, кодирующие РНК-связывающий белок, которые имеют решающее значение для раннего определения пола и поддержание соматического сексуального состояния. Эти гены воздействуют на посттранскрипционный уровень, регулируя сплайсинг, специфичный для пола у Drosophila. Sxl осуществляет позитивную регуляцию феминизирующего гена tra, чтобы продуцировать функциональную мРНК tra у женщин. У C. elegans РНК-связывающие белки, включая FOG-1, MOG-1 / -4 / -5 и RNP-4, регулируют определение зародышевой линии и соматического пола. Кроме того, некоторые RBP, такие как GLD-1, GLD-3, DAZ-1, PGL-1 и OMA-1 / -2, проявляют свои регуляторные функции во время мейотической профазы прогрессирования, гаметогенез и созревание ооцитов.

соматическое развитие

Помимо функций RBP в развитии зародышевой линии, посттранскрипционный контроль также играет важную роль в соматическом развитии. В отличие от RBPs, которые участвуют в зародышевой линии и раннем развитии эмбриона, RBPs, функционирующие в соматическом развитии, регулируют тканеспецифический альтернативный сплайсинг мишеней мРНК. Например, MEC-8 и UNC-75, содержащие RRM-домены, локализуются в областях гиподермы и нервной системы соответственно. Более того, обнаружено, что другой RRM-содержащий RBP, EXC-7, локализуется в эмбриональных клетках экскреторных каналов и по всей нервной системе во время соматического развития.

Развитие нейронов

ZBP1, как было показано, регулирует дендритогенез (образование дендритов ) в нейронах гиппокампа. Другими РНК-связывающими белками, участвующими в образовании дендритов, являются Pumilio и Nanos, FMRP, CPEB и Staufen 1

Роль в раке

RBP начинают играть решающую роль в развитии опухоли. Сотни RBP заметно нерегулируются при раке человека и демонстрируют преимущественное подавление в опухолях, связанных с нормальными тканями. Многие RBP по-разному экспрессируются при разных типах рака, например KHDRBS1 (Sam68), ELAVL1 (HuR), FXR1. Для некоторых RBP изменение экспрессии связано с вариациями числа копий (CNV), например, CNV-приростом BYSL в клетках колоректального рака. и ESRP1, CELF3 при раке груди, RBM24 при раке печени, IGF2BP2, IGF2BP3 при раке легких или CNV-потери KHDRBS2 при раке легких. Некоторые изменения экспрессии вызваны мутациями, влияющими на белок в этих RBP, например NSUN6, ZC3H13, ELAC1, RBMS3 и ZGPAT, SF3B1, SRSF2, RBM10, U2AF1, SF3B1, PPRC1, RBMXL1, HNRNPCL1 и т. Д. исследования связали это изменение экспрессии RBP с аберрантным альтернативным сплайсингом при раке.

Текущие исследования

CIRBP. "CIRBP ": структура белка CIRBP.

Поскольку РНК-связывающие белки оказывают существенное влияние на контроль по многочисленным клеточным функциям, они были популярной областью исследований для многих исследователей. Ввиду их важности в области биологии, недавно были сделаны многочисленные открытия, касающиеся потенциала РНК-связывающих белков. Недавние разработки в области экспериментальной идентификации РНК-связывающих белков значительно увеличил количество РНК-связывающих белков

РНК-связывающий белок Sam68 контролирует пространственную и временную компартментализацию РНК метаболизма для достижения правильной синаптической функции в дендриты. Потеря Sam68 приводит к нарушению посттранскрипционной регуляции и в конечном итоге приводит к неврологическим расстройствам, таким как синдром хрупкого X-ассоциированного тремора / атаксии. Было обнаружено, что Sam68 взаимодействует с мРНК, кодирующей β-актин, которая регулирует синаптическое образование дендритных шипов с его компонентами цитоскелета. Следовательно, Sam68 играет решающую роль в регуляции количества синапсов посредством контроля постсинаптического метаболизма мРНК β-актина.

Бета-актин. "Бета-актин ": структура белка ACTB.

Нейрон-специфический РНК-связывающий белок семейства CELF UNC-75 специфически связывается с участком мРНК UUGUUGUGUUGU через его три мотива распознавания РНК для отбора экзона 7a в нейронных клетках C. elegans. Поскольку экзон 7a пропускается из-за его слабых сайтов сплайсинга в ненейронных клетках, UNC-75 был обнаружено, что специфически активирует сплайсинг между экзоном 7a и экзоном 8 только в нейрональных клетках.

Холод-индуцибельный связывающий РНК белок CIRBP играет роль в контроле клеточного ответа при столкновении с различными клеточными стрессов, в том числе коротковолнового ультрафиолетового света, гипоксии и гипотермии. Это исследование выявило потенциальные последствия для связи болезненных состояний с воспалением.

Было обнаружено, что серин-аргининовое семейство РНК-связывающего белка Slr1 оказывает кооперативное ntrol на поляризованный рост Candida albicans. Мутации Slr1 у мышей приводят к снижению филаментации и уменьшению повреждений эпителиальных и эндотелиальных клеток, что приводит к увеличению выживаемости по сравнению со штаммами Slr1 дикого типа. Таким образом, это исследование показывает, что SR-подобный белок Slr1 играет роль в инициировании образования гиф и вирулентности у C. albicans.

См. Также

Внешние ссылки

Викискладе есть носители, связанные с РНК-связывающими белками.
  • платформа starBase : платформа для декодирования сайтов связывания РНК-связывающих белков (RBP) из крупномасштабные наборы данных CLIP-Seq (HITS-CLIP, PAR-CLIP, iCLIP, CLASH).
  • База данных RBPDB : база данных РНК-связывающих белков.
  • oRNAment : база данных предполагаемых примеров сайтов связывания RBP как в кодирующей, так и в некодирующей РНК у различных видов.
  • База данных ATtRACt : база данных РНК-связывающих белков и связанных мотивов.
  • : база данных База данных вручную отвержденных РНК-связывающих белков человека.
  • RsiteDB : База данных сайтов связывания РНК
  • SPOT-Seq-RNA : прогнозирование РНК-связывающих белков и их сложных структур на основе матрицы.
  • S POT-Struct-RNA : прогнозирование белков, связывающих РНК, на основе трехмерных структур.
  • Проект ENCODE : набор наборов геномных данных (т.е. RNA Bind-n-seq, eCLIP, RBP-target shRNA RNA-seq) для RBP
  • База данных изображений RBP : изображения, показывающие клеточную локализацию RBP в клетках

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-03 04:45:56
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте