Изменение нуклеотидов

Известно несколько случаев, когда кодируемые генами мРНК млекопитающих «используют» процедуру замены оснований. Например, мРНК аполипопротеина В человека исходно кодирует длинную полипептидную цепь, но в определенных случаях, которые используются для регуляции экспрессии гена с образованием конкретного белкового продукта, в составе мРНК один из С заменяется на U, превращая тем самым кодон глутамина САА в терминирующий кодон UАА, что прерывает трансляцию такой мРНК на «середине пути». Такой тип редактирования РНК является результатом дезаминирования С (рис. 15-15А в книге), катализируемого специфической дезаминазой. Описаны по крайней мере два других примера подобного дезаминирования С в U в составе мРНК млекопитающих.

Гены митохондрий и хлоропластов некоторых низших эукариот и растений демонстрируют намного более частые, еще более специфические варианты превращения С в U в составе их матричных РНК. Ферментативные основы таких изменений и способы узнавания сайтов, подлежащих изменению все еще не определены, но уже ясно, что лейтмотив единой консервативной последовательности, узнаваемой дезаминазами, отсутствует. Транспортные РНК некоторых организмов таких различных как сумчатые млекопитающие, простейшее Acanthamoeba и паразитическое простейшее Leishmania также демонстрируют варианты превращения С в U.

Другие виды редактирования РНК включающие модификацию нуклеотидов в клетках эукариот являются результатом проявления активности аденозин-дезаминазы селективно превращающей остатки А в I в составе двухцепочечных участков некоторых РНК (рис. 15-15А в книге). В мРНК рецептора глутаминовой кислоты изменение смысла кодона происходит как часть регуляторной стратегии (как в случае аполипопротеина В). Неспособность инозина образовывать водородные связи с ранее комплементарным урацилом служит средством разделения цепей в модифицированной таким способом двухцепочечной области молекулы РНК.

Вставки и делеции нуклеотидов

Различные виды рода Trypanosoma и родственные им организмы являются представителями типа простейших, которые проявляют, вероятно, наиболее причудливую форму процессинга РНК. В случае этих организмов в первичные РНК-транскрипты митохондрий либо происходит встраивание остатков U в точно определенные сайты молекул РНК, либо, иногда (реже), происходит их удаление из этих РНК (рис. 15-15). Эти события способствуют появлению инициирующих кодонов AUG, появлению терминирующих кодонов, корректируют мутации со сдвигом рамки считывания и могут даже создавать множество последовательностей, кодирующих белки. Несмотря на то, что одни РНК-транскрипты митохондрий вообще не подвергаются редактированию, другие претерпевают редактирование только в небольших участках, тем не менее, приблизительно третья часть митохондриальных РНК-транскриптов подвергается сильному редактированию. Например, в субъединице III цитохромоксидазы митохондрий простейших более половины кодирующей последовательности зрелой мРНК содержит остатки U, добавленные посредством редактирования. Эти остатки U встраиваются в виде блоков состоящих из одного – нескольких уридиловых остатков приблизительно по 150 специфическим сайтам на протяжении всей белок-кодирующей области соответствующего митохондриального РНК-транскрипта. Заметьте, только, что если произошло встраивание одного остатка U в любой сайт, то этого и слишком много, и слишком мало для того, чтобы не произошло сдвига рамки считывания с образованием функционально неактивной мРНК. Это, безусловно, несколько необычный способ создания кодирующей области мРНК.

Механизм специфичности встраивания U оставался мистическим до тех пор, пока не были обнаружены небольшие молекулы РНК, названные направляющими РНК. Эти направляющие РНК содержат 5^/-концевую область, комплементарную редактируемой РНК как субстрату и которая может прикрепляться (присоединяться) к пре-мРНК. Прилегающая к ней, ее центральная область комплементарна редактируемой (варианту) области прилегающей последовательности и она (это), очевидно, направляет встраивание или делетирование U, которые разграничиваются (разграничены) несоответствием с последовательностью пре-редактируемой мРНК. Множество направляющих РНК с перекрывающимися последовательностями необходимы для управления редактированием почти всех мРНК.

Первоначально полагали, что необходимое расщепление и воссоединение фосфодиэфирных связей в остове пре-мРНК относится только к реакции переэтерификации (как, например, при сплайсинге мРНК и рРНК), но позже стало понятным, что такое редактирование происходит с участием нуклеазы и лигазы (рис. 15-15). Во-первых, направляющая РНК нацеливает эндонуклеазное расщепление на сайт редактирования (5^/-конец области мРНК спарен с анкерным регионом направляющей РНК). Затем, для U-делетирования, «избыточные» остатки U удаляются 3^/-U-специфической экзонуклеазой. Для U-вставок, остатки U добавляются к 3^/-рассоединенному концу с помощью терминальной U-трансферазы. Далее РНК-лигаза снова сшивает частично редактированную мРНК. Наконец, спаривание оснований между мРНК и направляющей РНК проскальзывает (перемещается) наподобие застежки-молнии к следующему сайту редактирования и начинается новый цикл редактирования. Однако, если редактирование было выполнено не корректно, спаривание оснований мРНК-направляющая РНК далее не распространяется, а сайт подвергается повторному редактированию. Функционально активный редактирующий комплекс, который катализирует как вставки, так и делетирование U был выделен. Он содержит только семь разных полипептидов, удивительно небольшое количество, если сравнивать со сплайсисомой. Редактирующий комплекс проявляет все ферментативные активности описанные выше. Неожиданно, но активности которые катализируют соответствующие этапы делетирования U и вставок U по-видимому различны предполагая, что реакции делетирования и вставок U могут протекать раздельно и только позднее эти компоненты объединяются в один и тот же комплекс. Редактирование РНК у трипаносом также имеет эволюционное значение (смысл) поскольку любая замена на А, С или G в редактируемой области мРНК потребовала бы двойного согласованного мутирования в ДНК – одного в последовательности кодирующей пре-мРНК и другого в соответствующей направляющей РНК.

Менее понятный, но в равной степени интригующий другой вариант вставочного редактирования РНК имеет место в случае митохондриальных мРНК, тРНК и рРНК слизистого гриба Physarum polycephalum. Эти транскрипты подвергаются вставкам нуклеотидов приблизительно одного на каждые 30 нуклеотидов. В отличие от вставок строго одного вида остатков, как было описано выше, редактирование РНК у Physarum связано с включением главным образом С, но может происходить включение и А, и G, и U. Ни предполагаемых консервативных сигналов узнавания сайтов редактирования, ни направляющих РНК в этом случае обнаружено не было, и эти недавние результаты указывают на то, что такой вид процессинга может быть тесно связан с транскрипцией, а не с пост-транскрипционной модификацией, как это имеет место при редактировании у Trypanosoma.

.