5'-Kääntämätön alue

5' - transloimaton alue (5'-UTR , lausutaan viiden vedon transloimattomaksi alueeksi , eng.  5'-transloitumaton alue, 5'-UTR ) tai johtosekvenssi [1] - mRNA:n  ei-koodaava alue , joka sijaitsee välittömästi korkin jälkeen , mutta ennen koodausaluetta. Transkriptin 5'-UTR:ää vastaavalla DNA -alueella on sama nimi [2] . 5′-UTR sisältää useita käännöstehokkuuden säätelyyn liittyviä elementtejä [3] .

Rakenne

Pituus ja nukleotidikoostumus

5'-UTR:n kokonaispituus on useimmiten suunnilleen sama kaikille taksonomisille eukaryoottiryhmille ja on noin 100–200 nukleotidia , mutta voi olla useita tuhansia [4] [5] . Siten hiivassa Schizosaccharomyces pombe 5'-UTR:n pituus ste11-transkriptissa on 2273 nukleotidia [6] [7] . 5'-UTR:n keskimääräinen pituus ihmisillä on noin 210 nukleotidia (samaan aikaan 3'-UTR :n keskimääräinen pituus  on 800 nukleotidia [8] ). Pisin tunnettu ihmisen 5'-UTR on Tre - onkogeenissä , sen pituus on 2858 nukleotidia ja lyhin ihmisen 5'-UTR on 18 nukleotidia pitkä [1] .

Emästen koostumus eroaa myös 3'- ja 5'-UTR:issa. Siten G + C :n pitoisuus on suurempi 5'-UTR :ssa kuin 3'-UTR:ssa. Tämä ero on erityisen havaittavissa lämminveristen selkärankaisten mRNA:ssa, jossa G+C:n pitoisuus 5'-UTR:ssa on 60 % ja 3'-UTR:ssa 45 % [9] .

Intronit

Transkriptin 5'-UTR:ää vastaavien DNA-alueiden sisällä on introneja , samoin kuin DNA-alueilla, jotka vastaavat mRNA:ta koodaavaa aluetta. Noin 30 prosentilla Metazoa- geeneistä on 5'-UTR:ää vastaavat alueet, jotka koostuvat vain eksoneista [4] . Ihmisillä noin 35 prosentilla geeneistä on introneja 5'-UTR:ssa. 5'-UTR:n intronit eroavat koodaavan alueen ja 3'-UTR :n introneista nukleotidikoostumuksen, pituuden ja tiheyden suhteen [10] . Tiedetään, että 5'-UTR:n intronien kokonaispituuden suhde eksonien pituuteen on pienempi kuin koodausalueella, mutta intronitiheys 5'-UTR:ssa on suurempi (muiden tietojen mukaan, päinvastoin se on pienempi [11] ), -UTR on noin kaksi kertaa niin pitkä kuin koodaavan alueen intronit. Intronit ovat paljon harvinaisempia 3'-UTR:ssä kuin 5'-UTR:ssä [12] .

Intronien kehitys ja toiminnot 5'-UTR:ssa ovat suurelta osin tutkimatta. On kuitenkin havaittu, että aktiivisesti ilmentyneillä geeneillä on useammin lyhyitä introneja 5'-UTR:ssa kuin pitkillä introneilla tai ne puuttuvat kokonaan. Vaikka intronien ja kudoksen pituuden ja lukumäärän välistä suhdetta ei ole vielä varmistettu, geenien intronien määrän ja niiden toimintojen välillä on havaittu jonkin verran korrelaatiota. Näin ollen erityisen paljon introneja löydettiin geeneistä, jotka suorittavat säätelytoimintoja [10] . Yleisesti ottaen ainakin yhden intronin läsnäolo 5'-UTR:ssa tehostaa geenin ilmentymistä tehostamalla transkriptiota (tässä tapauksessa puhumme transkriptin 5'-UTR:ää vastaavasta DNA-alueesta) tai stabiloimalla kypsää. mRNA. Esimerkiksi ubikvitiini C ( UbC ) -geenin ilmentyminen riippuu intronin läsnäolosta 5'-UTR:ssa. Intronin häviämisen myötä promoottorin aktiivisuus laskee jyrkästi, ja lisätutkimukset ovat osoittaneet, että transkriptiotekijät Sp1 ja Sp3 sitoutuvat DNA:n 5'-UTR-alueeseen [11] .

Toissijainen rakenne

5'-UTR:n rakenne- ja nukleotidikoostumus on tärkeä geeniekspression säätelylle; lisäksi osoitettiin eroja "kodinhoito"-geenien 5'-UTR-mRNA: n rakenteessa ja ontogenian säätelyyn osallistuvien geenien rakenteessa . 5'-UTR-geeneillä, joiden ilmentymiseen liittyy suuren proteiinimäärän muodostuminen, on yleensä lyhyt pituus, niille on ominaista alhainen G + C -pitoisuus , voimakkaiden proteiinin elementtien puuttuminen. toissijainen rakenne ja sisäiset AUG - kodonit ( aloituskodonit ), jotka sijaitsevat ennen pääaloituskodonia . Sitä vastoin 5'-UTR-geenit, jotka synnyttävät pienen määrän proteiinia, ovat pidempiä, niillä on korkeampi GC-pitoisuus ja niillä on suurempi määrä tunnusomaisia ​​sekundaarisia rakenneelementtejä. Erittäin rakenteelliset 5'-UTR:t ovat usein luontaisia ​​kehityksen säätelyyn osallistuvien geenien mRNA:ille; lisäksi näille näiden mRNA:iden muodostuksille on usein tunnusomaista kudos- ja ikäspesifisyys [13] .

On osoitettu, että 5'-UTR:illä, joilla on suppressiivinen vaikutus translaatioon, on kompakteja rakenteita aloituskodonin ympärillä . Vaikka tällaisen repression spesifisiä mekanismeja ei tunneta, uskotaan, että 5'-UTR:n nukleotidi- ja rakenteelliset ominaisuudet määräävät erilaisten proteiinitekijöiden sitoutumisen siihen, jotka aktivoivat tai suppressoivat translaatiota [13] .

G-kvadrupleksit ovat tärkeitä ja hyvin tutkittuja 5'-UTR:n toissijaisia ​​rakenneelementtejä . Ne muodostuvat, kun guaniinilla rikastetut sekvenssit laskostuvat erittäin vakaaksi ei-kanoniseksi nelijuosteiseksi rakenteeksi; sellaisilla rakenteilla on tiukasti estävä vaikutus käännökseen. Bioinformatiikka -analyysi on osoittanut, että G-kvadrupleksit ovat usein erittäin konservoituneita ja niitä on noin 3000 ihmisen mRNA:ssa [14] . Esimerkkejä sellaisista ihmisen mRNA:ista ovat estrogeenireseptorin [ 15] mRNA:t , ekstrasellulaarinen metalloproteinaasi [16] , NRAS -proto-onkogeeni [14] . 5'-UTR:ien lisäksi G-kvadruplekseja on löydetty promoottoreista , telomeereistä ja 3'-UTR:istä. Translaation ja ontogeneesin säätelyyn osallistuvien proteiinien mRNA:ssa on erityisen paljon G-kvadruplekseja. G-kvadrupleksien estävä vaikutus sen mRNA:n translaatioon, jolla ne sijaitsevat, voi johtua sekä niiden sekundaarirakenteesta itsestään että niiden vuorovaikutuksesta proteiinien ja muiden tekijöiden kanssa [17] .

Translation aloituksen skannausmalli olettaa, että ribosomin pieni alayksikkö liikkuu mRNA:ta pitkin ("skannaukset") 5'-päästä 3'-päähän etsiessään sopivaa AUG- aloituskodonia ja aloittaa translaation siitä. Samanaikaisesti uskottiin myös, että sekundäärisen rakenteen stabiilien elementtien (esimerkiksi hiusneulien ) läsnäolo 5'-UTR:ssa vaikuttaa estävästi translaatioon, koska ribosomi ei pysty kulkemaan niiden läpi. Viimeaikaiset tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että näin ei aina ole. MRNA:n translaatio pitkällä, erittäin strukturoidulla 5'-UTR:lla voi edetä samoin kuin mRNA:n, jolla on lyhyt ja rakenteeton 5'-UTR, translaatio. Tämä selittyy sillä, että itse sekundaarirakenteen estovaikutus ei usein ilmene, koska sen määräävät ensisijaisesti sen kanssa vuorovaikutuksessa olevat proteiinit. Aiemmin vallinnut, edellä kuvattu virheellinen näkökulma ilmeni siitä, että aikaisemmat tutkijat käyttivät kanin retikulosyyttilysaattijärjestelmää (RRL ), jossa oli useita puutteita, eikä se vastannut in vivo -olosuhteita [18] .  

Vaihtoehtoiset 5′-UTR:t

On olemassa useita mekanismeja vaihtoehtoisten 5′-UTR:ien muodostamiseksi samalla koodaussekvenssillä:

Erilaisten 5'-UTR:ien läsnäolo saman geenin mRNA:ssa tarjoaa lisämahdollisuuksia sen ilmentymisen säätelyyn, koska pienetkin erot 5'-UTR:n sekundaarirakenteessa voivat vaikuttaa radikaalisti translaation säätelyyn. Nisäkkäiden transkriptomien analyysi on osoittanut, että vaihtoehtoisten 5'-UTR:ien ilmentyminen on yleinen ilmiö, ja mahdollisesti useimmat geenit voivat käyttää tätä säätelymekanismia. Vaihtoehtoisia 5'-UTR:ita jatkuvasti käyttävien geenien proteiinituotteet ovat yleisesti mukana prosesseissa, kuten transkriptio- ja signalointireitissä . Esimerkiksi estrogeenireseptorin β (ERβ) -geenissä on 3 mRNA:ta vaihtoehtoisten 5'-UTR:ien kanssa, jotka synnyttävät saman proteiinin isoformeja , ja syövissä havaitaan usein epäonnistumisia niiden toiminnassa [19] .

Toiminnot

Tärkeät toiminnalliset elementit, jotka liittyvät translaation aloitukseen ja geeniekspression säätelyyn, sijaitsevat 5'-UTR:n sisällä. Tämän todistaa ensinnäkin se tosiasia, että translaationopeus ei riipu 5'-UTR:n pituudesta ja rakenteesta sekä cappedissä että ei-capped-mRNA:ssa, ja myös se tosiasia, että jotkut geenit pystyvät ilmentymään. stressiolosuhteissa [20] . Tärkeimpiä näistä toiminnallisista elementeistä ovat sisäiset ribosomin sisääntulokohdat ( IRES ), sisäiset avoimet lukukehykset uORF :t , raudasta riippuvainen elementti ( IRE ) jne.

IRES

Sisäinen ribosomin sisääntulokohta ( IRES ) on  säätelevä mRNA-motiivi, joka suorittaa cap-riippumattoman translaation aloitusmekanismin, jossa ribosomin sisäänpääsy tapahtuu 5'-UTR:n sisällä, mutta lähellä translaation aloituskohtaa. IRES-mekanismia käyttävät sekä capped että ei-capped mRNA:t olosuhteissa, joissa cap-riippuvainen translaation aloitus vaimenee stressin vuoksi, tietyssä solusyklin vaiheessa ja apoptoosin aikana , mikä tarjoaa tarvittavien proteiinien pitkäaikaisen ilmentymisen. Useat IRES:ää käyttävät geenit , kuten c-Myc- , APAF1- , Bcl-2- geenit, ilmentyvät huonosti normaaleissa olosuhteissa ja IRES aktivoi ne stressiolosuhteissa. Oletetaan, että IRES voi myös olla osallisena useiden proteiinien alhaisen ekspression ylläpitämisessä normaaleissa olosuhteissa, ottamalla ribosomit haltuunsa ja estäen niitä aloittamasta translaatiota pääaloituskohdasta. Sisäisen translaation alkamismekanismia ymmärretään vielä huonosti, vaikka tiedetään hyvin, että IRES:n tehokkuuteen vaikuttavat suurelta osin trans'- säätelyproteiinitekijät, mikä mahdollistaa IRES:n soluspesifisen käytön translaatiossa [20] .

Eukaryoottisten IRES:ien rakenne on hyvin vaihteleva, eikä niille ominaisia ​​konservoituneita motiiveja ole toistaiseksi löydetty . Joillekin geeneille IRES vaatii spesifisiä stabiileja elementtejä mRNA:n sekundaarirakenteesta , toisissa geeneissä päinvastoin niillä on estävä vaikutus translaatioon. On ehdotettu, että IRES eivät ole staattisia rakenteita ja ovat alttiina liikkeelle, mikä muuttaa merkittävästi niiden toimintaa. IRES-elementit voivat myös synnyttää erilaisia ​​proteiini-isoformeja , mikä tarjoaa lisämahdollisuuksia erilaisten proteiinituotteiden saamiseksi samasta geenistä [21] .

uORF

Lyhyet avoimet lukukehykset ( eng.  upstream open reading frames, uORF ) sijaitsevat 5'-UTR:ssa ja niille on tunnusomaista, että niiden kehyksen sisäinen lopetuskodoni sijaitsee sisäisen aloituskodonin jälkeen ( eng.  upstream AUG, uAUG ), mutta ennen pääaloituskodonia , joka on jo käännetyllä (koodaus)alueella. uORF:ita löytyy noin 50 %:ssa ihmisen 5'-UTR- mRNA :ista , ja niiden läsnäolo aiheuttaa geeniekspression vähenemisen vähentäen toiminnallisen mRNA:n määrää 30 % ja proteiinin muodostumista 30-80 %. Ribosomit , jotka sitoutuvat uAUG:hen, aloittavat uORF:n translaation, mikä voi vaikuttaa haitallisesti päälukukehyksen (eli koodausalueen) translaatiotehokkuuteen. Jos ribosomilla ei ole tehokasta sitoutumista koodaavan alueen aloituskodoniin (eli translaation alkamista), seurauksena on proteiinin muodostumisen ja siten vastaavan geenin ilmentymistaso väheneminen. Tilanne voi olla myös päinvastainen: uORF:n translaatio jatkuu koodaavan alueen translaatioksi ja sen seurauksena muodostuu liian pitkä proteiini, joka voi olla haitallista elimistölle. Translaatiotehokkuuden heikkeneminen, joka johtuu uORF:n läsnäolosta 5'-UTR:ssa, on hyvin tutkittu vaikutus; yksi esimerkki, joka havainnollistaa sitä, on poly(A)-polymeraasi a ( eng.  poly(A)-polymerase a, PAPOLA ), jonka mRNA sisältää kaksi erittäin konservoitunutta uORF:ää 5'-UTR:ssa. Proksimaalisen uAUG:n mutaatio lisää tämän mRNA:n translaatiotehokkuutta, mikä viittaa siihen, että uORF vähentää merkittävästi tämän geenin ilmentymistä . Toinen esimerkki on kilpirauhashormonireseptori, jolla on aktivoiva tai tukahduttava vaikutus useiden kohdegeenien transkriptioon ; sen translaation voimakas repressio suoritetaan 15 nukleotidin pituisella uORF :llä mRNA:n 5'-UTR:ssa [22] .

Yleisesti uskotaan, että uORF:t vähentävät translaation tehokkuutta , koska uORF:ien translaation päätyttyä ribosomi ei voi aloittaa translaatiota uudelleen ja kääntää koodaavaa sekvenssiä ( CDS ) .  Viimeaikaiset tutkimukset yli 500 5'-UTR- geenilokuksesta ovat kuitenkin osoittaneet, ettei uORF:n vaikutuksen alavirran geeniekspressioon ja uORF:n ja koodaavan sekvenssin välisen etäisyyden välillä ole lopullista yhteyttä. Samalla tutkimuksen tekijät ehdottavat, että geeneissä, jotka sisältävät yhden uORF:n, CDS-translaatio tapahtuu todennäköisimmin sen jälkeen, kun uORF on skannattu ribosomin toimesta ilman sen dissosiaatiota, eikä translaation uudelleen aloittamisen kautta. Tämä oletus on hyvin erilainen kuin Kozakin (1987) päätelmät ja yleisesti ottaen kaikista uORF-käsityksistä. Lisäksi kokeet soluilla, joista puuttui Rent1 (tekijä, joka osallistuu viallisten mRNA :iden suunnattuun tuhoutumiseen  – nonsense-mediated decay, NMD ), osoittivat, että NMD:n puuttuessa uORF:ää sisältävät transkriptit transloitiin onnistuneesti. Tämä osoittaa, että NMD:llä on myös tärkeä rooli näiden transkriptien toiminnan säätelyssä. Todennäköisimmin uORF:n ja ribosomin vuorovaikutuksen jälkeen tapahtumien kehittymiselle on useita vaihtoehtoja: translaation jatkaminen, skannauksen jatkaminen tai koodaavan alueen translaation uudelleen aloittaminen, ja kumpi niistä tapahtuu, riippuu useat tekijät [22] .  

On todettu, että AUG:n lisäksi translaation aloituskohtana voidaan käyttää kodoneja, jotka eroavat AUG:sta yhdellä nukleotidilla, ja aloitustehokkuus määräytyy kussakin tapauksessa epästandardin aloituskodonin ympäristön mukaan [23] .

Vaikka useimmat uORF:t vaikuttavat negatiivisesti geeniekspressioon, on tapauksia, joissa uORF:ien läsnäolo tehostaa translaatiota. Esimerkki on HIV -1- viruksen bikistrinen vpu-env-mRNA , joka sisältää konservoituneen hyvin pienen uORF:n. Tämä uORF sijaitsee vain 5 nukleotidia ennen AUG vpu:ta ja päättyy pian lopetuskodoniin, joka on päällekkäinen AUG vpu:n kanssa. Tällä uORF:llä on havaittu olevan merkittävä edullinen vaikutus env-käännökseen häiritsemättä vpu-käännöstä. Saatiin mutantteja, joissa uORF:n ja pää-AUG:n välinen etäisyys kasvoi 5 nukleotidilla, ja osoitettiin, että uORF ei ole osallisena vpu:n aloituksessa. Tämän perusteella tutkimuksen tekijät ehdottivat, että tämä pieni uORF voi toimia ribosomin hidastuskohtana, jonka aikana ribosomi on vuorovaikutuksessa RNA-rakenteiden kanssa, jotka helpottavat sen edistämistä, eli se ylittää fyysisesti osan 5'-UTR:stä päästäkseen pääaloituskodoni [24] .

Yllämainittujen lisäksi tunnetaan myös seuraavat uORF:n vaikutusmekanismit:

uORF:ien merkitys ribosomin sitoutumisen ja translaation säätelyyn osallistuvina säätelyelementteinä on hyvin tutkittu, mutta uORF:n koodaamien peptidien toimintaa ja jopa kohtaloa ei usein tunneta, mahdollisesti johtuen vaikeuksista analysoida ilmentymistasoa ja lokalisaatiota. peptidit [26] .

IRE

Raudan aineenvaihduntaan liittyvien proteiinien 5'-UTR-mRNA sisältää usein spesifisen säätelyelementin, raudasta riippuvaisen elementin . Sitä esiintyy sellaisten proteiinien 5'-UTR-mRNA:ssa, kuten ferritiini , transferriinireseptori , erytroidinen aminolevulinaattisyntaasi , mitokondrioiden akonitaasi , ferroportiini , kaksiarvoinen metallikuljettaja ( englanniksi  divalent metal transporter 1 ( englanniksi). DMT1) ) [27] (se löytyy kuitenkin myös sellaisten proteiinien mRNA:sta, jotka eivät liity raudan aineenvaihduntaan, esimerkiksi CDC42BPA-geenin proteiinituotteen mRNA:ssa, kinaasi , joka osallistuu sytoskeleton uudelleenjärjestelyyn [28] ) . IRE on hiusneula , joka on vuorovaikutuksessa spesifisten säätelyproteiinien  - IRP1 ja IRP2 ( raudan säätelyproteiinit ) kanssa .  Kun rautapitoisuus on alhainen, IRP1 ja IRP2 sitoutuvat IRE:hen luoden esteitä ribosomille ja tehden kohde-mRNA:n translaation mahdottomaksi [29] . Suurilla rautapitoisuuksilla näiden proteiinien ja hiusneulan välillä ei ole jäykkää sitoutumista, ja raudan aineenvaihduntaan osallistuvien proteiinien translaatio tapahtuu. Lisäksi todettiin, että beeta-amyloidiprekursoriproteiinin translaatiota säätelee myös IRE, ja sen IRE pystyy myös sitoutumaan IRP1:een ja IRP2:een, joten on mahdollista, että IRE:llä voi olla rooli Alzheimerin taudin kehittymisessä. sairaus [30] .

Muut vuorovaikutukset proteiinien kanssa

Eukaryooteissa tapahtuvan translaation alussa eIF4F -proteiinikompleksi kootaan transkriptin 5'-päähän cap-alueella , ja sen kaksi alayksikköä, eIF4E ja eIF4G  , ovat kiinnittyneet 5'-UTR-alue, mikä rajoittaa nopeutta, jolla translaation aloitus voi tapahtua [31] . 5'-UTR:n rooli esiinitiaattorikompleksin muodostuksessa ei kuitenkaan rajoitu tähän. Joissakin tapauksissa proteiinit sitoutuvat 5'-UTR:ään ja estävät initiaattorikompleksin muodostumisen. Esimerkkinä voidaan harkita msl-2- geenin säätelyä ( englanniksi  male-specific lethal 2  - male specific lethal 2), joka on osallisena sukupuolen määrittämisessä Drosophilassa . SXL-geenin ( sex lethal ) proteiinituote sitoutuu msl-2 :n primaarisen transkriptin 5'-UTR: ssa  sijaitsevaan introniin, minkä seurauksena tämä introni ei poistu silmukoinnin aikana [29] . Se edistää samanaikaista sitoutumista 5′-UTR- ja 3′-UTR- proteiineihin , jotka eivät salli aloituskompleksin muodostumista. SXL voi kuitenkin tukahduttaa mRNA:iden translaation, joista puuttuu poly(A) häntä tai jopa 3'-UTR [32] . Ornitiinidekarboksylaasin mRNA , joka osallistuu polyamiinien metaboliaan , ja c-myc :n mRNA 5'-UTR:ssa sisältävät repressoriproteiinin stabiloimia hiusneularakenteita , jotka estävät ribosomia laskeutumasta ne ja initiaattorikompleksin kokoonpano. Repressoriproteiinien lukumäärän vaihtelut aiheuttavat näiden hiusneulojen eri astetta stabiloitumista, ja vastaavasti näiden 5'-UTR:ien saatavuus initiaattoriproteiineille ja ribosomille voi olla erilainen [33] .  

Joidenkin 5'-UTR voi sitoa ei vain repressoriproteiinia, joka estää initiaattorikompleksin muodostumisen ja ribosomien sisäänpääsyn, vaan myös repressoriproteiineja, jotka stabiloivat erilaisia ​​rakenteellisia esteitä skannaavan ribosomikompleksin tiellä. Esimerkiksi ihmisen tymidylaattisyntaasin mRNA:n translaatiorepressio suorittaa sen translaatiotuote, tymidylaattisyntaasi, negatiivisen palautteen periaatteen mukaisesti; tymidylaattisyntaasi on vuorovaikutuksessa 5'-UTR:n 30 nukleotidin hiusneulan kanssa, stabiloimalla sitä ja estäen ribosomin etenemisen [34] .

5'-UTR:n ja 3'-UTR:n vuorovaikutus

Tiedetään, että mRNA pystyy sulkeutumaan renkaaksi (circularization) poly(A) -häntään sitoutuvien erityisten proteiinien vuorovaikutuksen ansiosta , mikä helpottaa eIF4F-tekijän sitoutumista korkkiin . Tämän seurauksena mRNA saa suljetun muodon, translaation aloitus stimuloituu ja translaation tehokkuus lisääntyy. Kuitenkin joissakin tapauksissa saman mRNA:n 5'-UTR:t ja 3'-UTR:t voivat sitoutua toisiinsa. Siten ihmisen p53 -geenin mRNA:ssa on 5'-UTR- ja 3'-UTR-alueet, jotka ovat komplementaarisia toisilleen. Sitoutumalla toisiinsa ja translaatiotekijään RPL26 ne lisäävät siten p53-proteiinin translaation tehokkuutta vasteena DNA -vaurioille [35] .

Ihmisen eri geenien mRNA:n analyysi osoitti, että 5'-UTR sisältää motiivin , joka on spesifisesti vuorovaikutuksessa miRNA:iden 3'-päiden kanssa, kun taas monilla näistä miRNA :ista on 5'-päässä 3'-UTR:lle komplementaarinen kohta. . Lisätutkimukset ovat osoittaneet, että 5'-UTR:n ja 3'-UTR:n sitoutuminen samaan mikro -RNA :han helpottaa mRNA:n 5'-pään sitoutumista 3'-päähän, kuten silta, ja mRNA:iden aktiivisuutta. jonka miRNA määrää merkittävästi, niillä on ennustettavissa olevat sitoutumiskohdat molemmissa NTO:issa. Tällaisia ​​mRNA:ita kutsutaan miBridgeksi. Lisäksi havaittiin, että näiden sitoutumiskohtien menetys vähensi transkriptin translaation miRNA-ohjattua repressiota. Siten havaittiin, että NTO:iden sitoutumiskohdat toisiinsa ovat välttämättömiä mRNA:n translaation suppressioon. Tämä osoittaa, että 5'-UTR:n ja 3'-UTR:n komplementaarinen vuorovaikutus on välttämätön geeniekspression tarkalle säätelylle [36] .

Prokaryoottien ja virusten 5′-UTR

Bakteerit

Bakteeri - mRNA sisältää myös transloimattomia 5'- ja 3'-alueita [38] [39] . Bakteerien 5'-UTR:n pituus on paljon lyhyempi kuin eukaryoottien ja on yleensä 3-10 nukleotidia. Esimerkiksi Escherichia colin laktoosioperonin 5'-UTR-transkriptin pituus on vain 7 nukleotidia [40] . Bakteerien 5'-UTR: ssa Shine-Dalgarno-sekvenssi ( AGGAGG) [41] on paikantunut , joka toimii ribosomin sitojana ja erotetaan välikappaleella aloituskodonista AUG. Vaikka bakteerien ja eukaryoottien 5'-UTR:t ovat erilaisia, osoitettiin, että CC-nukleotidien lisääminen Escherichia coli- ja Streptomyces -soluissa hyvin ilmentyvän bakteriofagin Mu Ner -geenin mRNA-väliaineeseen johti onnistuneeseen tämä geeni kanin retikulosyyttisoluissa [42] .

Toissijaisen rakenteen elementeillä, jotka sijaitsevat 5'-UTR:ssa, on pääsääntöisesti estävä vaikutus translaatioon [43] . Erityisesti 5'-UTR:ssa sijaitsevat yleensä vaimentimet - operonien  elementit, jotka aiheuttavat translaation ennenaikaisen lopettamisen [44] (kuuluisin esimerkki vaimennuksesta on tryptofaanioperonin työ ).

Lisäksi suurin osa ribokytkimistä [45]  sijaitsee bakteerien 5'-UTR:ssa, eli mRNA:n säätelyelementeissä, jotka pystyvät sitoutumaan pieniin molekyyleihin , mikä johtaa muutokseen tämän mRNA:n koodaaman proteiinin muodostumisessa [46] . ] .

Archaea

Transloitumattomia alueita on myös monien arkkien mRNA:ssa . Erityisesti SECIS-elementti , joka vastaa aminohapon selenokysteiinin liittämisestä polypeptidiketjuun , sijaitsee metanogeenisen arkean Methanococcus jannaschii mRNA:n 5'- ja 3'-UTR:issä (kuten muissakin jäsenissä Methanopyrales- ja Methanococcales - lahkoista ) [47] .

On todettu, että useimpien haloarchaeojen , samoin kuin Pyrobaculum ja Sulfolobus mRNA:ista puuttuu selvä 5'-UTR, mutta arkeaalisten metanogeenien mRNA:illa on pitkät 5'-UTR:t. Tässä suhteessa oletetaan, että translaation aloitusmekanismi metanogeenisissa arkeissa voi olla erilainen kuin muilla tämän alueen edustajilla [43] [48] .

Arkean 5'-UTR sisältää TPP-riboswitchin , joka sitoutuu tiamiinipyrofosfaattiin (TPP) (sellaisia ​​ribokytkimiä löytyy myös bakteereista ja eukaryooteista) [49] .

Virukset

Monissa viruksissa translaation aloitus tapahtuu cap - riippumattomalla mekanismilla, ja se suoritetaan jo mainittujen IRES -elementtien kautta, jotka on lokalisoitu 5'-UTR:iin [50] . Tämä tapahtuu esimerkiksi HIV- , hepatiitti A- ja C - viruksissa [51] . Tämä translaation aloitusmekanismi on kätevä, koska sen tapauksessa ei ole tarvetta skannata pitkää 5'-UTR-fragmenttia [40] .

Kliininen merkitys

5′-UTR:ään vaikuttavat mutaatiot johtavat usein erilaisten sairauksien ilmaantumiseen, koska ne häiritsevät tiettyjen geenien hienosäätelyjärjestelmän toimintaa. Alla olevassa kaaviossa on yhteenveto tiedoista 5'-UTR:n erilaisiin säätelyelementteihin vaikuttavista mutaatioista ja tässä tapauksessa kehittyvistä sairauksista [1] (tulisi selventää, että perinnöllisen hyperferritinemian/kaihioireyhtymä kehittyy IRE:n mutaation yhteydessä [1] ] [52] ).

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 4 Sangeeta Chatterjee, Jayanta K. Pal. mRNA:iden 5- ja 3-transloitumattomien alueiden rooli ihmisen sairauksissa  // Biol. solu. - 2009. - S. 251-262 . - doi : 10.1042/BC20080104 .  (linkki ei saatavilla)
  2. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. 9.
  3. ↑ Molekyylibiologian sanasto: 5′ Kääntämätön alue (5′ UTR) . Haettu 1. kesäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 5. kesäkuuta 2014.
  4. ↑ 1 2 Flavio Mignone, Carmela Gissi, Sabino Liuni, Graziano Pesole. mRNA:iden transloimattomat alueet  // Genome Biol.. - 2002. - V. 3 , No. 3 . Arkistoitu alkuperäisestä 19. kesäkuuta 2020.
  5. ↑ Lodish, Havery. Molekyylisolubiologia  . _ - New York, New York: W. H. Freeman and Company, 2004. - s. 113. - ISBN 0-7167-4366-3 .
  6. ↑ Rhind, Nicholas; Chen, Zehua; Yassour, Moran; Thompson, Dawn A.; Haas, Brian J.; Habib, Naomi; Wapinski, Ilan; Roy, Sushmita; Lin, Michael F.; Heiman, David I.; Young, Sarah K.; Furuya, Kanji; Guo, Yabin; Pidoux, Alison; Chen, Huei Mei; Robertse, Barbara; Goldberg, Jonathan M.; Aoki, Keita; Bayne, Elizabeth H.; Berlin, Aaron M.; Desjardins, Christopher A.; Dobbs, Edward; Dukaj, Livio; Tuuletin, Lin; Fitzgerald, Michael G.; ranska, Courtney; Gujja, Sharvari; Hansen, Klavs; Keifenheim, Dan; Levin, Joshua Z. Fission Yeasts Comparative Functional Genomics  (Englanti)  // Science : Journal. - 2011. - Voi. 332 , no. 6032 . - s. 930-936 . - doi : 10.1126/tiede.1203357 . — PMID 21511999 .
  7. ↑ Tämän jälkeen osissa "Rakenne" ja "Toiminnot" annetaan tietoa eukaryoottisista solujen 5'-UTR:ista. Tietoja bakteerien, arkkien ja virusten 5'-UTR:stä käsitellään vastaavassa osiossa.
  8. ↑ Mignone, Flavio; Graziano Pesole. mRNA:n kääntämättömät alueet (UTR:t  ) . - 2011. - 15. elokuuta. - doi : 10.1002/9780470015902.a0005009.pub2 .
  9. ↑ Pesole G, Liuni S, Grillo G, Saccone C. Eukaryoottisten  mRNA :iden translatoitumattomien alueiden rakenne- ja koostumuspiirteet  // Gene. - Elsevier , 1997. - Voi. 205 , no. 1-2 . - s. 95-102 .
  10. ↑ 1 2 Cenik C., Derti A., Mellor JC, Berriz GF, Roth FP Ihmisen 5' transloimattoman alueen intronien genominlaajuinen toiminnallinen analyysi . - 2010. - T. 11 , nro 3 . - doi : 10.1186/gb-2010-11-3-r29 . Arkistoitu alkuperäisestä 30. lokakuuta 2013.
  11. ↑ 1 2 Barrett et. ai., 2013 , s. 21.
  12. ↑ Xin Hong, Douglas G. Scofield, Michael Lynch. Intronien koko, runsaus ja jakautuminen geenien kääntämättömillä alueilla  // Molekyylibiologia ja evoluutio. - Oxford University Press , 2006. - V. 23 , nro 12 . - S. 2392-2404 . - doi : 10.1093/molbev/msl11 . Arkistoitu alkuperäisestä 7. kesäkuuta 2014.
  13. ↑ 1 2 Barrett et. ai., 2013 , s. kymmenen.
  14. ↑ 1 2 Kumari S. , Bugaut A. , Huppert JL , Balasubramanian S. RNA G-quadruplex NRAS-proto-onkogeenin 5' UTR:ssä moduloi translaatiota.  (englanti)  // Luonnonkemiallinen biologia. - 2007. - Voi. 3, ei. 4 . - s. 218-221. - doi : 10.1038/nchembio864 . — PMID 17322877 .
  15. ↑ Balkwill GD , Derecka K. , Garner TP , Hodgman C. , Flint AP , Searle MS Ihmisen estrogeenireseptorin alfan translaation tukahduttaminen G-kvadrupleksin muodostumisella.  (englanti)  // Biokemia. - 2009. - Vol. 48, nro. 48 . - P. 11487-11495. doi : 10.1021 / bi901420k . — PMID 19860473 .
  16. ↑ Morris MJ , Basu S. Epätavallisen stabiili G-kvadrupleksi MT3-matriisin metalloproteinaasin mRNA:n 5'-UTR:n sisällä repressoi translaatiota eukaryoottisoluissa.  (englanti)  // Biokemia. - 2009. - Vol. 48, nro. 23 . - P. 5313-5319. doi : 10.1021 / bi900498z . — PMID 19397366 .
  17. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. yksitoista.
  18. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. 12.
  19. ↑ 1 2 Barrett et. ai., 2013 , s. 13.
  20. ↑ 1 2 Barrett et. ai., 2013 , s. neljätoista.
  21. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. viisitoista.
  22. ↑ 1 2 Barrett et. ai., 2013 , s. 16.
  23. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. 17.
  24. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. 17-18.
  25. ↑ Somers, Joanna; Poyry, Tuija; Willis, Anne E. Näkökulma nisäkkäiden ylävirran avoimeen lukukehykseen  //  The International Journal of Biochemistry & Cell Biology : päiväkirja. - 2013. - Vol. 45 , no. 8 . - s. 1690-1700 . - doi : 10.1016/j.biocel.2013.04.020 . — PMID 23624144 .
  26. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. kahdeksantoista.
  27. ↑ Paul Piccinelli, Tore Samuelsson. Rautaan reagoivan elementin evoluutio  // RNA. - 2007. - T. 13 , nro 7 . - S. 952-966 . - doi : 10.1261/rna.464807 .
  28. ↑ T. Leung, XQ Chen, I. Tan, E. Manser & L. Lim. Myotonisen dystrofian kinaasiin liittyvä Cdc42:ta sitova kinaasi toimii Cdc42-efektorina sytoskeletaalin uudelleenorganisaatiossa  //  Molekyyli- ja solubiologia : päiväkirja. - 1998. - tammikuu ( osa 18 , nro 1 ) . - s. 130-140 . — PMID 9418861 .
  29. ↑ 1 2 Araujo, Patricia R.; Yoon, Kihoon; Ko, Daijin; Smith, Andrew D.; Qiao, Mei; Suresh, Uthra; Burns, Suzanne C.; Penalva, Luiz OF Ennen kuin se alkaa: Käännösten säätely 5′ UTR:ssä  //  Comparative and Functional Genomics : Journal. - 2012. - Vol. 2012 . — s. 1 . - doi : 10.1155/2012/475731 .
  30. ↑ Rogers, Jack T.; Bush, Ashley I.; Cho, Hyan-Hee; Smith, Deborah H.; Thomson, Andrew M.; Friedlich, Avi L.; Lahiri, Debomoy K.; Leedman, Peter J.; Huang, Xudong; Cahill, Catherine M. Rauta ja amyloidiprekursoriproteiinin (APP) ja ferritiinin mRNA:iden translaatio: Riboregulaatio hermoston oksidatiivisia vaurioita vastaan ​​Alzheimerin taudissa  // Biochemical Society  Transactions : päiväkirja. - 2008. - Voi. 36 , ei. 6 . - s. 1282-1287 . - doi : 10.1042/BST0361282 . — PMID 19021541 .
  31. ↑ Kang, Min-Kook; Han, Seung Jin. Transkription ja translaation jälkeinen säätely hiiren munasolujen kypsymisen aikana  (englanniksi)  // BMB Reports : Journal. - 2011. - Voi. 44 , no. 3 . - s. 147-157 . - doi : 10.5483/BMBREp.2011.44.3.147 . — PMID 21429291 .
  32. ↑ Penalva, LOF; Sanchez, L. RNA:ta sitova proteiini sukupuolitappava (Sxl) ja Drosophilan sukupuolen määrityksen ja annostuksen kompensoinnin valvonta  //  Mikrobiologian ja molekyylibiologian arvostelut : päiväkirja. — American Society for Microbiology, 2003. - Voi. 67 , no. 3 . - s. 343-359 . - doi : 10.1128/MMBR.67.3.343-359.2003 . — PMID 12966139 .
  33. ↑ Spirin, 2011 , s. 414-415.
  34. ↑ Spirin, 2011 , s. 416.
  35. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. 32.
  36. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. 32-33.
  37. ↑ Edwards TE, Ferré-D'Amaré AR Tiamiinipyrofosfaattianalogeihin sitoutuneen thi-box-riboswitchin kristallirakenteet paljastavat adaptiivisen RNA-pienmolekyylitunnistuksen  //  Rakenne : Journal. - 2006. - Voi. 14 , ei. 9 . - s. 1459-1468 . - doi : 10.1016/j.str.2006.07.008 . — PMID 16962976 .
  38. ↑ Lewin B. Genes . - BINOM, 2012. - S.  144 . — 896 s. — ISBN 978-5-94774-793-5 .
  39. ↑ N. V. Ravin, S. V. Shestakov. Prokaryoottien genomi  // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. - 2013. - T. 17 , nro 4/2 . - S. 972-984 . Arkistoitu alkuperäisestä 31. toukokuuta 2014.
  40. ↑ 1 2 Brown, TA Genomes 3  . — New York, New York: Garland Science Publishing, 2007. — s  . 397 . — ISBN 0 8153 4138 5 .
  41. ↑ John W. Pelley. Elsevierin Integrated Review Biochemistry . - 2. painos. - 2012. - ISBN 978-0-32307-446-9 .
  42. ↑ 5′ transloimaton alue, joka ohjaa tarkan ja vankan translaation prokaryoottisten ja nisäkkään ribosomien toimesta .
  43. ↑ 1 2 Jian Zhang. Geenien ilmentyminen Archaeassa: Methanocaldococcus jannashchiin transkriptiopromoottorien, lähetti-RNA:n prosessoinnin ja viiden ensisijaisen transloimattoman alueen tutkimukset . - 2009. Arkistoitu 31. toukokuuta 2014.
  44. ↑ Magali Naville, Daniel Gautheret. Transkription vaimennus bakteereissa: teema ja muunnelmat  // Brief Funct Genomic Proteomic. - 2009. - T. 8 . - S. 482-492 . Arkistoitu alkuperäisestä 4. kesäkuuta 2014.
  45. ↑ Riboswitches: yhteinen RNA-säätelyelementti . Käyttöpäivä: 5. kesäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 31. toukokuuta 2014.
  46. ↑ Nudler E., Mironov AS Bakteerien aineenvaihdunnan riboswitch-ohjaus  (englanniksi)  // Trends Biochem Sci : päiväkirja. - 2004. - Voi. 29 , ei. 1 . - s. 11-7 . - doi : 10.1016/j.tibs.2003.11.004 . — PMID 14729327 .
  47. ↑ R. Wilting, S. Schorling, B.C. Persson, A. Bock. Selenoproteiinisynteesi arkeassa: Methanococcus jannaschiin mRNA-elementin tunnistaminen, joka todennäköisesti ohjaa selenokysteiinin lisäystä  // J. Mol. Biol.. - 1997. - T. 266 . - S. 637-641 . Arkistoitu alkuperäisestä 23. syyskuuta 2015.
  48. ↑ Brenneis M., Hering O., Lange C., Soppa J. Translaation ja transkription kannalta tärkeiden Cis-toimivien elementtien kokeellinen karakterisointi halofiilisessa arkeassa // PLoS Genet .. - 2007. - V. 3 , No. 12 . - doi : 10.1371/journal.pgen.0030229 .
  49. ↑ Kosuke Fujishima, Akio Kanai. Arkeaalisten ei-koodaavien RNA:iden monimuotoisuus, toiminta ja käsittely  // Sakura Y. Kato Archaea: rakenne, elinympäristöt ja ekologinen merkitys. - Nova Science Publishers, Inc., 2011. - S. 69-94 . — ISBN 978-1-61761-932-8 . Arkistoitu alkuperäisestä 31. toukokuuta 2014.
  50. ↑ Thompson, Sunnie R. Temppuja, joita IRES käyttää ribosomien orjuuttamiseen  //  Trends in Microbiology : päiväkirja. - Cell Press , 2012. - Voi. 20 , ei. 11 . - s. 558-566 . - doi : 10.1016/j.tim.2012.08.002 . — PMID 22944245 .
  51. ↑ Jeffrey S. Kieft. Viruksen IRES-RNA-rakenteet ja ribosomivuorovaikutukset  //  Trends in Biochemical Sciences. - Cell Press , 2008. - Voi. 33 , ei. 6 . - s. 274-283 . - doi : 10.1016/j.tibs.2008.04.007 . Arkistoitu alkuperäisestä 24. lokakuuta 2022.
  52. ↑ Barrett et. ai., 2013 , s. 19.

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat