Transkrypcja;

Obróbka pre-

mRNA

dr Joanna

Łanuszewska

Centralny dogmat biologii molekularnej: przepływ
informacji

Transkrypcja u Procaryota i

Eucaryota

Brak rozdziału

pomiędzy

transkrypcją

i translacją – mRNA

krótkożyjące –

przeciętny czas

półtrwania = 3 min.

Przestrzenne rozdzielenie

transkrypcji

i translacji pozwala na
wypracowanie szeregu

poziomów regulacji. Przeciętny

czas półtrwania mRNA = 10

godz.

Remodelowanie chromatyny umożliwia

czynnikom transkrypcyjnym dostęp do DNA

W regulacji ekspresji genów

eukariotycznych istotną rolę pełnią enzymy

modyfikujące chromatynę i kompleksy

remodelujące ułożenie nukleosomów

Początek transkrypcji w organizmach

eukariotycznych wymaga przyłączenia szeregu

podstawowych czynników transkrypcyjnych

Aktywatory (specyficzne czynniki

transkrypcyjne) podwyższają wydajność

transkrypcji

Sekwencje regulatorowe genu są

rozmieszczone często w dużych

odległościach od promotora

podstawowego

Obróbka pre-mRNA

mRNA eukariotyczne różni się od

mRNA prokariotycznego

Większość genów eukariotycznych ma charakter nieciągły

Pre-mRNA powstające w wyniku

transkrypcji podlega obróbce

zapewniającej prawidłowe rozpoznanie

transkryptu, jego transport do cytoplazmy i

translację

Koniec 5’ transkrybowanego pre-

mRNA jest chroniony strukturą

zwaną Cap – „czapeczka”

Charakterystyczną

cechą

„czapeczki” jest występowanie
wiązania 5’-5’ poprzez mostek
trifosforanowy
oraz grupy metylowej w pozycji 7
guanozyny

Dodanie grupy
metylowej do zasady

Dodanie grupy
metylowej
do rybozy (tylko
w niektórych RNA)

Koniec 5’ rosnącego transkryptu RNA

Etapy powstawania „czapeczki”

Fosfataza

Transferaza guanylowa

Transferaza metylu

„Czapeczka” jest wiązana przez specjalny

kompleks białek CBC (cap-binding protein

complex), co umożliwia eksport mRNA z

jądra

Enzymy modyfikujące RNA

związane są z polimerazą II RNA

Już w czasie transkrypcji

następuje też wycinanie

intronów: „splicing”

Prawidłową lokalizację intronów

zapewniają krótkie sekwencje

graniczne pomiędzy intronem a

eksonem

W wycinaniu

intronów biorą

udział małe

jądrowe RNA

(snRNA) oraz

szereg białek

Etapy

dojrzewania RNA

– „splicingu”

1. Przeniesienie

wiązania

fosfodwuestrowego

Powstaje wiązanie

5’-2’ początku

intronu

z sekwencją
wewnętrzną

2. Reakcja

uwolnionego końca

3’ eksonu

z początkiem

następnego eksonu

Rearanżacje zachodzące w spliceosomie – tworzenie lariatu

Reakcje te angażują więcej niż 50 białek
m.in. helikazy

Struktura lariatu

Czynniki
uczestniczące w
procesie
dojrzewania
mRNA

snRNP –

kompleksy małych

jądrowych RNA z

białkami

5

typów

niskocząsteczkowych
jądrowych RNA snRNA:
U1, U2, U4, U5, U6

Każdy

tworzy

podjednostki
co

najmniej

z

7

białkami

Typy reakcji „splicingu”

Reakcje pomiędzy U6 snRNA i
sekwencją intronową w dwóch

typach splicingu

U niektórych organizmów (orzęski, fag T4, geny

mitochondrialne, chloroplasty) introny rRNA

ulegają

samo-splicingowi, bez udziału dodatkowych

czynników

Niektóre introny mogą się przemieszczać w genomie

Przykład:

Intron

omega

w

genomie

mitochondrialnym drożdży

Ekson Intron Ekson Miejsce przeniesienia

Endonukleaza Podwójnoniciowe cięcie DNA

Wkopiowanie intronu w miejsce cięcia - naprawa

Typy błędów splicingu

część eksonu 2

wybranie

niewłaściwego

miejsca splicingu

ominięcie

eksonu

Mutacje w miejscach określających splicing

mogą powodować schorzenia

Beta talassemia

P

ro

c

e

n

t

e

k

so

n

ó

w

Długość eksonu (w parach nukleotydów)

Wielkości eksonów w genomach

eukariotycznych

P

ro

c

e

n

t

in

tr

o

n

ó

w

Długość intronów (pary nukleotydów)

Wielkości intronów w genomach

eukariotycznych

W różnych typach komórek, lub na różnych

etapach rozwoju alternatywny splicing

powoduje powstawanie białek różniących

się niektórymi domenami

Alternatywny splicing w genie α-tropomiozyny

Alternatywny splicing bierze udział

w regulacji genów związanych z płcią u

Drosophila

Z genu troponiny T może powstać aż

64 różnych transkryptów, a w związku

z tym i białek

Po zakończeniu transkrypcji pre-
mRNA zostaje przycięty i zaopatrzony
w ogon poli-A

CPSF – cleavage and
polyadenylation specificity
factor
CStF – cleavage stimulating
factor (endonukleaza)
PAP – poly-A polymerase
PABP – poly-A binding protein

s

Wiązanie endonukleazy

mRNA związane z białkami jądrowymi

jest aktywnie przenoszone przez pory

jądrowe

Cząsteczki mRNA są „przygotowywane” do

transportu z jądra do cytoplazmy przez wiązanie

ze specyficznymi białkami

Obraz RNA przechodzącego przez pory

jądrowe,

uwidoczniony w mikroskopie elektronowym:

…i opracowany na jego podstawie model
eksportu mRNA
do cytoplazmy

Właściwości cząsteczek RNA

•Zwykle

mają

skomplikowaną strukturę II-

rzędową.

•Mogą

mieć

aktywność

enzymatyczną (rybozymy).

•Mogą

ulegać

samodegradacji.

•W niektórych przypadkach

sekwencja

nukleotydowa

kodujących sekwencji RNA

może

ulec

zmianie

w

procesie

dojrzewania

(editing).