Transfer-messenger RNA (tmRNA, englanniksi Transfer-messenger RNA ), joka tunnetaan myös nimellä 10Sa-RNA ja SsrA-RNA [1] , on pieni 260-430 nukleotidin pituinen RNA , joka osallistuu ribosomien vapautumiseen, jotka ovat "jumittuneita" mRNA: n ongelma-alueiden translaatio sekä epätäydellisestä translaatiosta johtuvien viallisten peptidien tuhoaminen . Viallisen mRNA:n sisältävän ribosomin vapautumismekanismia tmRNA:n osallistuessa kutsutaan trans - translaatioksi. Ensimmäinen tmRNA löydettiin vuonna 1994 [2] Escherichia colistaEscherichia coli ja siitä lähtien tmRNA:t on kuvattu eri bakteeriryhmissä [3] . tmRNA- geenejä löytyy lähes kaikkien bakteerien genomeista ja monista organelleista [4] .
Kuten nimestä voi päätellä, tmRNA yhdistää sekä tRNA :n että mRNA:n ominaisuudet, ja tmRNA-molekyylit sisältävät domeeneja, jotka ovat rakenteellisesti ja toiminnallisesti samanlaisia kuin tRNA ja mRNA. tmRNA on kuitenkin lähes viisi kertaa suurempi kuin tRNA. Molekyylin erittäin konservoituneet päätyosat muodostavat rakenteen, joka on samanlainen kuin tRNA:n vastaanottajavarsi. Näiden alueiden vieressä on sekvenssejä, jotka ovat samanlaisia kuin tRNA:n T- ja D-silmukat ja joissa on vastaavat nukleotidimuunnokset . Yhdessä nämä alueet muodostavat rakenteen, joka on samanlainen kuin tRNA:n L-muoto, mutta vailla antikodonia [5] .
mRNA:n kaltaista domeenia edustaa tmRNA- molekyylin keskusosa, joka sisältää avoimen lukukehyksen , joka koodaa 10-27 aminohapon peptidiä ja päättyy lopetuskodoniin . Sillä ei ole aloituskodonia , joten sen normaali kääntäminen on mahdotonta. Avoimen lukukehyksen lyhentäminen tai pidentäminen yhdellä kodonilla on sallittua häiritsemättä trans - translation toimintaa [1] . 5'-päästä mRNA:n kaltainen domeeni on näennäissolmun muodostavan sekvenssin vieressä , ja 3'-päästä on vielä kolme pseudokolmuketta. Pseudoknotilla on tärkeä rooli molekyylin vuorovaikutuksessa ribosomin ja translaatiotekijöiden kanssa [6] . Pseudokävyt ovat yleensä konservoituneita, mutta joskus ne muuttuvat, esimerkiksi syanobakteereissa viimeinen pseudokoste korvataan kahdella pienemmällä peräkkäin järjestetyllä pseudokävyllä. Trans - käännöksen aikana emäspariutuminen kolmen viimeisen pseudokoston alueella tuhoutuu [7] [8] .
Joissakin tapauksissa tmRNA:ssa havaitaan pyöreitä permutaatioita (eli tmRNA -geenin fragmentti, joka koodaa yhtä tmRNA:n kahdesta toiminnallisesta osasta, käännetään vastakkaiseen suuntaan, minkä vuoksi tmRNA koostuu kahdesta erillisestä fragmentista). Ne ovat ominaisia kaikille Jakobida- ryhmän protistien α-proteobakteereille ja primitiivisille mitokondrioille , kahdelle syanobakteeriryhmälle ( Gloeobacter Prochlorococcus - suvun ja monien Synechococcus -suvun lajien sisältävä kladi ) . , samoin kuin joillekin β-proteobakteereille , esim. Cupriavidus . Tällaiset tmRNA:t koostuvat kahdesta osasta: akseptorista ja koodauksesta, ja lisäksi ne eivät koskaan sisällä enempää kuin kahta pseudokolmua [9] [10] .
Tyypillinen E. coli -solu sisältää noin 500 kopiota tmRNA:ta. Kuten monet muut RNA:t, tmRNA käy läpi transkription jälkeisen prosessoinnin , joka koostuu useiden nukleotidien poistamisesta molemmista päistä useiden RNaasien toimesta , mukaan lukien RNaasi P , joka toimii myös tRNA:n kypsymisessä, sekä eksonukleaasit RNaasi T ja RNaasi PH [11] [12] . Prosessoitu tmRNA sitoutuu SmpB- proteiiniin , ja tuloksena olevan kompleksin tunnistaa alanyyli-tRNA-syntetaasi , joka lisää yhden alaniinitähteen tmRNA:n 3'-päähän [13] . Toisin kuin monet muut aminoasyyli-tRNA-syntetaasit, alaniiniaminoasyyli-tRNA-syntetaasi ei tunnista aminoasyloidun tRNA:n antikodonia, joten se voi toimia myös tmRNA:n kanssa, josta puuttuu antikodoni [14] . Akseptorivarren kolmas emäspari on ei-Watson-Crick, G - U , ja alaniini-tRNA-syntetaasi tunnistaa sen [5] .
Joskus tmRNA:ita koodaavat liikkuvat geneettiset elementit , esimerkiksi niitä on 10 %:ssa mykobakteriofageista [15] . Monet transposoituvat elementit hajottavat tmRNA-geenejä. Näitä ovat itsesilmukoituvat tyypin I intronit , palindromiset riketsiaelementit ja integraasia [16] [17] [18] [19] koodaavat genomiset saaret .
Vuonna 2015 lanseerattiin tmRNA Website -tietokanta , joka sisältää tmRNA-sekvenssejä, niiden linjauksia ja annotaatioita sekä tmRNA:lle läheistä sukua olevan SmpB-proteiinin sekvenssit [4] .
SmpB on tärkein tmRNA:han sitoutuva proteiini . Se on yhtä vahvasti konservoitunut bakteerien keskuudessa kuin tmRNA. SmpB sitoutuu tmRNA:n tRNA:n kaltaiseen domeeniin ja estää tmRNA:ta tuhoutumasta sen ollessa ribosomin ulkopuolella , ja myös tehostaa tmRNA:n aminoasylaatiota. Proteiinin globulaarinen domeeni on vuorovaikutuksessa tRNA:n kaltaisen domeenin kanssa , minkä ansiosta tRNA:n L-muodon alemman puoliskon puuttuminen tmRNA:sta kompensoituu. Siten tRNA:n kaltainen domeeni jäljittelee tRNA:ta kompleksissa SmpB:n kanssa. E. colin ribosomissa on vähintään kaksi SmpB-sitoutumiskohtaa, toinen A-kohdassa ja toinen P-kohdassa, minkä ansiosta tmRNA:n ja SmpB:tä matkivan tRNA:n kompleksi säilyy myös ribosomissa. SmpB:n lisäksi ribosomin proteiini S1 ja translaation elongaatiotekijä EF-Tu voivat sitoutua tmRNA:han . S1 ei ole välttämätön ensimmäisissä transtranslaatiotapahtumissa (ennen uuden peptidisidoksen muodostumista ), mutta se voi olla tärkeä myöhemmissä vaiheissa. EF-Tu kompleksissa GTP :n kanssa sitoutuu alaniinitähteen sisältävään tmRNA:han ja kuljettaa sen ribosomin A-kohtaan, kuten normaalissa translaatiossa [5] .
Ribosomipysähdys mRNA:ssa voi tapahtua, jos se ei sisällä lopetuskodonia, jos se sisältää ryhmän kodoneja, joille solussa ei ole aminoasyloituja tRNA:ita, ja myös tapauksissa, joissa mRNA muodostaa vakaan kolmiulotteisen rakenteen, joka häiritsee ribosomin eteneminen. On kuitenkin huomattava, että jotkin mRNA:t läpikäyvät trans - translaatiota paljon useammin kuin toiset, ja eri mRNA:t käyvät läpi aktiivisen trans -translation eri bakteerilajeissa . Kun tmRNA-kompleksi on toimitettu SmpB:n kanssa, GTP hydrolysoituu GDP :ksi aiheuttaen konformationaalisia uudelleenjärjestelyjä, joiden seurauksena EF-Tu kompleksissa GDP:n kanssa poistuu ribosomista ja SmpB:hen liittyvä alaniinia sisältävä tRNA:n kaltainen domeeni ilmestyy Sivusto. Tämän prosessin aikana SmpB:n C-terminaalinen häntä on vuorovaikutuksessa A-kohdan takana sijaitsevan mRNA-kanavan kanssa. Jos kanavassa on mRNA:ta, vuorovaikutusta ei tapahdu. Sen jälkeen ennen ribosomin pysähtymistä syntetisoitu peptidi siirretään tmRNA:n alaniinitähteeseen. Tuloksena oleva peptidin, tRNA:n kaltaisen domeenin ja SmpB:n kompleksi siirtyy A-kohdasta ribosomin P-kohtaan, ja liikkuakseen SmpB:n C-terminaalisen hännän ja mRNA-kanavan välisen yhteyden on oltava olla rikki. Seuraavaksi tapahtuu SmpB:n C-terminaalisen hännän konformaatio uudelleenjärjestely, jonka seurauksena tmRNA:n translaatio voi alkaa [5] . Toisin sanoen ongelmallisen mRNA:n sijasta ribosomi alkaa kääntää avoimen lukukehyksen tmRNA:ksi. Ribosomin ensimmäisen translokaation aikana mRNA poistuu ribosomista EF-G-tekijän avulla, ja spesifiset RNaasit tuhoavat sen . Proteiinisynteesiä , jossa kahta koodaavaa RNA:ta käytetään peräkkäin, kutsutaan trans - translaatioksi. Kun ribosomi suorittaa tmRNA:n translaation, muodostuu kimeerinen peptidi, jonka C-pää luetaan tmRNA:sta. Sillä on leiman rooli, jonka bakteerien proteolyysijärjestelmät tunnistavat, jotka hajottavat viallisen peptidin [20] .
tmRNA- mutaatiot , jotka tekevät aminoasylaation mahdottomaksi, estävät myös tmRNA:n kyvyn koodata merkkipeptidiä, joten tRNA:na toimiminen ylittää koodaavan kyvyn [5] .
Jotta normaali tRNA pääsisi ribosomin A-kohtaan, vuorovaikutus sen antikodonin mRNA:n kanssa on välttämätöntä. tmRNA:lla ei kuitenkaan ole antikodonia, ja ilmeisesti antikodonin sisältävän tRNA:n alaosa jäljittelee SmpB:tä. GTP:n hydrolyysi vaaditaan transkriptista vapautuvan ribosomin tunnistamiseksi. Vasta sen jälkeen SmpB omaksuu konformaation, jonka avulla se voi arvioida mRNA-kanavan täyttöasteen [5] .
Siten trans -translaatio on välttämätön estämään katkaistujen peptidien ja viallisten mRNA :iden kerääntyminen soluun . Siten RNaasi R sitoutuu SmpB:hen kompleksina tmRNA:n kanssa. Se aktivoituu stressiolosuhteissa, ja Caulobacter crescentuksessa sen aktiivisuus riippuu solusyklin vaiheesta [5] .
Lukuisten bakteerien genomisekvenssien analyysi on osoittanut, että tmRNA ja trans -translaatio ovat olemassa jokaisessa bakteerisolussa. tRNA:ta vastaavalla tmRNA-alueella on konservoitunut sekvenssi, toisin kuin muualla molekyylissä. Merkkipeptidin sekvenssi ja sen pituus eivät ole kovin konservoituneita, mutta sen neljä viimeistä aminohappotähdettä ovat hyvin konservoituneita ja muodostavat A L AA -sekvenssin. Hän on periplasmisen proteaasin ja sytoplasmisten ATP-riippuvaisten proteaasien kohteena, jotka tuhoavat viallisia polypeptidejä [5] . Kummallista kyllä, Mycobacterium tuberculosis tmRNA:n ja E. coli SmpB :n kompleksi ei toimi, kun taas E. colin tmRNA:n ja M. tuberculosis SmpB :n kompleksi toimii menestyksekkäästi [21] .
Eukaryoottien ydingenomista ei löydy tmRNA :n kaltaista bifunktionaalista RNA :ta. Ne eivät luultavasti tarvitse translaation laadunvalvontaa yhtä paljon kuin bakteerit, johtuen mRNA:n laadunvalvonnan erilaisista mekanismeista . Hiivassa on kuitenkin kuvattu mekanismi, joka on samanlainen kuin proteiinien suorittama trans - translaatio . Saccharomyces cerevisiaessa viallisesta mRNA:sta transloituneet proteiinit ovat ubikvitinoituneita ja ne kohdistetaan tuhottavaksi proteasomissa . Emme voi sulkea pois mahdollisuutta, että eukaryooteilla on bifunktionaalisia proteiineja, jotka ovat toiminnaltaan samanlaisia kuin tmRNA [1] .
Ensimmäistä kertaa mitokondriaalinen tmRNA löydettiin Jakobida-ryhmän protistista Reclinomonas americanasta 9] . Myöhemmin ne tunnistettiin suurimmassa osassa Jakobidan [22] [23] edustajia . tmRNA-geenejä on tunnistettu myös munamykeettien mitokondriogenomeista [ 24] . Mitokondrioiden tmRNA:ille on ominaista pyöreät permutaatiot ja ne koostuvat kahdesta osasta, ja vain Jakoba liberassa löydettiin inversio , joka palautti tmRNA-geenin normaalin rakenteen, minkä ansiosta siitä syntetisoituu tavallista yksiosaista tmRNA:ta [23] .
On huomattava, että trans -translaation lisäksi bakteereilla on muita tapoja vapauttaa ribosomi ongelmallisen mRNA:n kanssa. Joillekin bakteereille, kuten Mycoplasma genitalium , Neisseria gonorrhoeae , Haemophilus influenzae , Helicobacter pylori , Shigella flexneri ja Mycobacterium tuberculosis , trans -translaatio on kuitenkin elintärkeää. Niissä bakteereissa, jotka voivat selviytyä ilman tmRNA:ta, trans -translation puuttuminen vähentää solujen vastustuskykyä stressille: korkea tai matala lämpötila , ravinteiden puute , käsittely etanolilla tai kalsiumilla , altistuminen hapoille ja erilaisille lääkkeille. Lisäksi stressiolosuhteissa trans - translaation intensiteetti kasvaa, mikä todennäköisesti liittyy viallisten mRNA:iden määrän kasvuun näissä olosuhteissa. Aminohappojen puutteessa aktivoituu RelE- endonukleaasi , joka katkaisee transkriptit muodostaen mRNA:ta ilman lopetuskodoneja, jotka tuhoutuvat tmRNA:n mukana. trans -translaatio liittyy myös stressivasteeseen osallistuvien geenien ilmentymisen säätelyyn . Lisäksi, kun kolisiinit E5 ja D tuhoavat tRNA:n, E. coli siirtyy bakteriostaasin tilaan tmRNA:n ja SmpB:n osallistuessa [25] . Trans -translation rikkominen vähentää joidenkin bakteerien patogeenisyyttä , joten kehitetään antibiootteja , jotka häiritsevät tätä prosessia [5] .
trans -translaatio on mukana myös soluprosesseissa, jotka eivät liity stressiin. Esimerkiksi Caulobacter crescentus -bakteerissa solusykli ja DNA:n replikaation aloitus ovat trans -translation hallinnassa . TmRNA:n ja SmpB:n ilmentyminen tässä bakteerissa lisääntyy myöhäisessä G1-vaiheessa , mutta replikaation alussa DNA tuhoutuu nopeasti. G1-vaiheen aikana tmRNA on stabiili, mutta S-vaiheen alussa RNaasi R tuhoaa sen [1] . E. colissa , jos trans - translaatiota ei ole , DNA:n replikaation aloitus viivästyy ja kasvunopeus hidastuu [26] . Bacillus subtiliksessa trans - translaatio on osallisena itiöiden muodostumisessa [5] .
Lukuisat rakenteelliset yhtäläisyydet, kuten säilyneet hiusneulat ja silmukat, viittaavat siihen, että tmRNA:n alkuperä liittyy läheisesti tRNA:han. tmRNA:lla on lukuisia rakenteellisia yhtäläisyyksiä tRNA- intronien kanssa, jotka bakteereissa ovat itsesilmukoituvia tyypin I introneita. Jää kuitenkin epäselväksi, onko tmRNA peräisin tRNA:sta, jossa on ryhmän I introni, vai päinvastoin. Kummallista kyllä, alaniini (ainoa aminohappo, joka aminoasyloi tmRNA:ta) on yksi niistä aminohapoista, joiden kodonit esiintyivät esi-isien geneettisen koodin vanhimmassa variantissa ; tämä voi olla osoitus tmRNA:n alkuperän antiikista. Useat tutkijat pitävät tmRNA:ta välilinkkinä RNA-maailman ja nykyaikaisen elämän välillä, joka perustuu proteiinisynteesiin ribosomien avulla. Oletetaan, että aivan ensimmäinen tmRNA-muoto ilmaantui kahden hiusneula lyhyen RNA:n fuusiossa; sellaiset tmRNA:t sisälsivät akseptorivarren, jossa oli suuri introni, sekä avoimen lukukehyksen. Todennäköisesti muinaisilla tmRNA:illa oli useita akseptorivarsia, jotka kantoivat muita aminohappoja alaniinin lisäksi. Myöhemmin tällaiset proto-tmRNA:t saivat aikaan moderneja tRNA:ita ja mRNA:ita sekä modernin tyyppisiä tmRNA:ita [14] .
RNA:n tyypit | |
---|---|
Proteiinin biosynteesi | |
RNA:n käsittely |
|
Geeniekspression säätely |
|
cis-säätelyelementtejä | |
Parasiittiset elementit | |
Muut |
|
Nukleiinihappotyypit _ | ||||
---|---|---|---|---|
Typpipitoiset emäkset | ||||
Nukleosidit | ||||
Nukleotidit | ||||
RNA | ||||
DNA | ||||
Analogit | ||||
Vektorityypit _ |
| |||
|
Käännös bakteereissa | |||
---|---|---|---|
| |||
30S alayksikkö |
| ||
50S alayksikkö |
| ||
Initiaatio |
| ||
Pidentymä |
| ||
Irtisanominen |
| ||
Kierrätys |
| ||
Antibiootit |
|