Rybosomalny RNA

„RRNA” przekierowuje tutaj. Dla firmy zobacz Rolls-Royce North America .
rRNA
T thermophilus S cerevisiae H sapiens.png
rRNA różnych gatunków
Identyfikatory
Inne dane
typ RNA gen ; rRNA
Struktury PDB PDBe

Rybosomalny kwas rybonukleinowy ( rRNA ) to rodzaj niekodującego RNA , który jest głównym składnikiem rybosomów , niezbędnym dla wszystkich komórek. rRNA jest rybozymem , który przeprowadza syntezę białek w rybosomach. Rybosomalny RNA jest transkrybowany z rybosomalnego DNA (rDNA), a następnie wiązany z białkami rybosomalnymi , tworząc małe i duże podjednostki rybosomów. rRNA jest fizycznym i mechanicznym czynnikiem rybosomu, który wymusza transfer RNA (tRNA) i informacyjnego RNA (mRNA) do przetwarzania i translacji tego ostatniego na białka. Rybosomalny RNA jest dominującą formą RNA występującą w większości komórek; stanowi około 80% komórkowego RNA, mimo że nigdy nie ulega translacji do samych białek. Rybosomy składają się z około 60% masowych rRNA i 40% rybosomalnych białek.

Struktura

Chociaż podstawowa struktura sekwencji rRNA może się różnić w różnych organizmach, parowanie zasad w tych sekwencjach zwykle tworzy konfiguracje łodyga-pętla . Długość i położenie tych pętelek rRNA pozwala im tworzyć trójwymiarowe struktury rRNA, które są podobne u różnych gatunków . Z powodu tych konfiguracji rRNA może tworzyć ścisłe i specyficzne interakcje z białkami rybosomalnymi, tworząc podjednostki rybosomalne. Te białka rybosomalne zawierają reszty zasadowe (w przeciwieństwie do reszt kwasowych) i aromatyczne (np. fenyloalanina , tyrozyna i tryptofan ), umożliwiając im tworzenie interakcji chemicznych z powiązanymi z nimi regionami RNA, takimi jak interakcje układania w stosy . Białka rybosomalne mogą również łączyć się krzyżowo ze szkieletem cukrowo-fosforanowym rRNA z miejscami wiązania składającymi się z reszt zasadowych (tj. lizyny i argininy). Zidentyfikowano wszystkie białka rybosomalne (w tym specyficzne sekwencje wiążące się z rRNA). Te interakcje wraz z połączeniem małych i dużych podjednostek rybosomu skutkują funkcjonującym rybosomem zdolnym do syntezy białek .

Przykład w pełni zmontowanej małej podjednostki rybosomalnego RNA u prokariotów, w szczególności Thermus thermophilus . Rzeczywisty rybosomalny RNA (16S) jest pokazany zwinięty na pomarańczowo z przyłączonymi rybosomalnymi białkami na niebiesko.

Rybosomalny RNA dzieli się na dwa typy głównych podjednostek rybosomu: dużą podjednostkę (LSU) i małą podjednostkę (SSU). Jeden z każdego typu łączy się, tworząc funkcjonujący rybosom. Podjednostki są czasami określane na podstawie ich pomiarów sedymentacji wielkości (liczba z przyrostkiem „S”). U prokariotów LSU i SSU nazywane są odpowiednio podjednostkami 50S i 30S. U eukariontów są nieco większe; LSU i SSU eukariontów są określane odpowiednio jako podjednostki 60S i 40S.

W rybosomach prokariotów, takich jak bakterie , SSU zawiera pojedynczą małą cząsteczkę rRNA (~ 1500 nukleotydów), podczas gdy LSU zawiera jedną małą cząsteczkę rRNA i jedną dużą cząsteczkę rRNA (~ 3000 nukleotydów). Są one łączone z około 50 białkami rybosomalnymi , tworząc podjednostki rybosomalne. W rybosomach prokariotycznych występują trzy rodzaje rRNA: rRNA 23S i 5S w LSU oraz rRNA 16S w SSU.

W rybosomach eukariontów, takich jak ludzie , SSU zawiera pojedynczy mały rRNA (~ 1800 nukleotydów), podczas gdy LSU zawiera dwa małe rRNA i jedną cząsteczkę dużego rRNA (~ 5000 nukleotydów). Eukariotyczny rRNA ma ponad 70 białek rybosomalnych , które wchodzą w interakcję, tworząc większe i bardziej polimorficzne jednostki rybosomalne w porównaniu z prokariotami. Istnieją cztery typy rRNA u eukariontów: 3 gatunki w LSU i 1 w SSU. Drożdże były tradycyjnym modelem obserwacji organizmów eukariotycznych zachowanie i procesy rRNA, prowadzące do deficytu w dywersyfikacji badań. Dopiero w ostatniej dekadzie postęp techniczny (zwłaszcza w dziedzinie Cryo-EM ) pozwolił na wstępne zbadanie zachowania rybosomów u innych eukariotów . W drożdżach LSU zawiera rRNA 5S, 5,8S i 28S. Połączone 5.8S i 28S są w przybliżeniu równoważne pod względem wielkości i funkcji prokariotycznemu podtypowi rRNA 23S, bez segmentów ekspansji (ES), które są zlokalizowane na powierzchni rybosomu, o których sądzono, że występują tylko u eukariotów . Jednak ostatnio doniesiono, Asgardu , a mianowicie Lokiarchaeota i Heimdallarchaeota , uważany za najbliższych archeonów spokrewnionych z Eukaryą , posiada dwie superwymiarowe ES w swoich 23S rRNA. Podobnie rRNA 5S zawiera 108-nukleotydową insercję w rybosomach halofilnego archeonu Halococcus morrhuae .

Eukariotyczny SSU zawiera podjednostkę 18S rRNA, która zawiera również ES. ES SSU są na ogół mniejsze niż ES LSU.

Sekwencje rRNA SSU i LSU są szeroko stosowane do badania ewolucyjnych związków między organizmami, ponieważ mają starożytne pochodzenie, występują we wszystkich znanych formach życia i są odporne na poziomy transfer genów . Sekwencje rRNA są konserwowane (niezmienione) w czasie ze względu na ich kluczową rolę w funkcjonowaniu rybosomu. filogenetyczne pochodzące z 16s rRNA są obecnie wykorzystywane jako główna metoda wyznaczania granic między podobnymi gatunkami prokariotycznymi poprzez obliczanie podobieństwa nukleotydów . Kanoniczne drzewo życia jest rodowodem systemu tłumaczeń.

Podtypy rRNA LSU nazwano rybozymami , ponieważ białka rybosomalne nie mogą wiązać się z miejscem katalitycznym rybosomu w tym obszarze (szczególnie z centrum transferazy peptydylowej lub PTC).

Podtypy rRNA SSU dekodują mRNA w jego centrum dekodowania (DC). Białka rybosomalne nie mogą dostać się do DC.

Struktura rRNA może drastycznie zmienić się, wpływając na wiązanie tRNA z rybosomem podczas translacji innych mRNA. Uważa się, że w 16S rRNA ma to miejsce, gdy niektóre nukleotydy w rRNA wydają się zmieniać pary zasad między jednym a drugim nukleotydem, tworząc „przełącznik”, który zmienia konformację rRNA. Proces ten może wpływać na strukturę LSU i SSU, co sugeruje, że ta zmiana konformacyjna w strukturze rRNA wpływa na cały rybosom pod względem jego zdolności do dopasowywania kodonu do jego antykodonu w selekcji tRNA, a także dekodowania mRNA.

Montaż

Integracja i składanie rybosomalnego RNA w rybosomy rozpoczyna się od ich fałdowania, modyfikacji, przetwarzania i składania z białkami rybosomalnymi w celu utworzenia dwóch podjednostek rybosomalnych, LSU i SSU. U prokariotów wbudowanie rRNA zachodzi w cytoplazmie z powodu braku organelli związanych z błoną. Jednak u eukariontów proces ten zachodzi przede wszystkim w jąderku i jest inicjowany przez syntezę pre-RNA. Wymaga to obecności wszystkich trzech polimeraz RNA. W rzeczywistości transkrypcja pre-RNA przez polimerazę RNA I odpowiada za około 60% całkowitej komórkowej transkrypcji RNA. Następnie następuje fałdowanie pre-RNA, dzięki czemu można go złożyć z białkami rybosomalnymi. To fałdowanie jest katalizowane przez endo- i egzonukleazy , helikazy RNA , GTPazy i ATPazy . rRNA następnie podlega obróbce endo- i egzonukleolitycznej w celu usunięcia zewnętrznych i wewnętrzne transkrybowane odstępniki . Pre-RNA przechodzi następnie modyfikacje, takie jak metylacja lub pseudourydynylacja, zanim czynniki składania rybosomów i białka rybosomalne połączą się z pre-RNA, tworząc cząstki pre-rybosomalne. Po przejściu kolejnych etapów dojrzewania, a następnie wyjściu z jąderka do cytoplazmy, cząstki te łączą się, tworząc rybosomy. zasadowe i aromatyczne znajdujące się w pierwszorzędowej strukturze rRNA pozwalają na korzystne układanie w stosy interakcje i przyciąganie do białek rybosomalnych, tworząc efekt sieciowania między szkieletem rRNA a innymi składnikami jednostki rybosomalnej. Więcej szczegółów na temat inicjacji i początkowej części tych procesów można znaleźć w sekcji „Biosynteza”.

Funkcjonować

Uproszczony obraz rybosomu (ze SSU i LSU sztucznie odłączonymi tutaj w celu wizualizacji) przedstawiający miejsca A i P oraz małe i duże podjednostki rybosomu działające w połączeniu.

Powszechnie konserwowane drugorzędowe elementy strukturalne w rRNA wśród różnych gatunków pokazują, że te sekwencje są jednymi z najstarszych odkrytych. Pełnią one kluczowe role w tworzeniu katalitycznych miejsc translacji mRNA. Podczas translacji mRNA rRNA wiąże zarówno mRNA, jak i tRNA, aby ułatwić proces translacji sekwencji kodonów mRNA na aminokwasy. rRNA inicjuje katalizę syntezy białek, gdy tRNA jest umieszczony pomiędzy SSU i LSU. W SSU mRNA oddziałuje z antykodonami tRNA. W LSU rdzeń akceptora aminokwasu tRNA oddziałuje z rRNA LSU. Rybosom katalizuje wymianę estrowo-amidową, przenosząc C-koniec powstającego peptydu z tRNA na aminę aminokwasu. Procesy te mogą zachodzić dzięki miejscom w rybosomie, w których te cząsteczki mogą się wiązać, utworzonym przez pętle macierzyste rRNA. Rybosom ma trzy z tych miejsc wiązania zwanych miejscami A, P i E:

Pojedynczy mRNA może być tłumaczony jednocześnie przez wiele rybosomów. Nazywa się to polisomem .

U prokariotów wykonano wiele pracy w celu dalszego określenia znaczenia rRNA w translacji mRNA . Na przykład stwierdzono, że miejsce A składa się głównie z 16S rRNA. Postawiono hipotezę, że oprócz różnych elementów białkowych, które oddziałują z tRNA w tym miejscu, gdyby te białka zostały usunięte bez zmiany struktury rybosomu, miejsce to nadal działałoby normalnie. W miejscu P, poprzez obserwację struktur krystalicznych , wykazano, że koniec 3' 16s rRNA może złożyć się w miejsce, jak gdyby cząsteczka mRNA . Powoduje to interakcje międzycząsteczkowe, które stabilizują podjednostki. Podobnie, jak miejsce A, miejsce P zawiera przede wszystkim rRNA z kilkoma białkami . Na przykład centrum transferazy peptydylowej jest utworzone przez nukleotydy z podjednostki 23S rRNA. W rzeczywistości badania wykazały, że transferazy peptydylowej nie zawiera białek i jest całkowicie inicjowane przez obecność rRNA. W przeciwieństwie do miejsc A i P, miejsce E zawiera więcej białek . Ponieważ białka nie są niezbędne do funkcjonowania miejsc A i P, skład molekularny miejsca E wskazuje, że być może wyewoluował on później. W prymitywnych rybosomach jest prawdopodobne, że tRNA opuściły miejsce P. Dodatkowo wykazano, że tRNA w miejscu E wiąże się zarówno z podjednostkami rRNA 16S, jak i 23S.

Podjednostki i związane z nimi rybosomalne RNA

Diagram typów rybosomalnego RNA i sposobu, w jaki łączą się, tworząc podjednostki rybosomalne.

Zarówno rybosomy prokariotyczne , jak i eukariotyczne można podzielić na dwie podjednostki, jedną dużą i jedną małą. Przykładowe gatunki użyte w poniższej tabeli dla ich odpowiednich rRNA to bakteria Escherichia coli ( prokariota ) i człowiek ( eukariota ). Należy zauważyć, że „nt” reprezentuje długość typu rRNA w nukleotydach, a „S” (tak jak w „16S) reprezentuje jednostki Svedberga .

Typ Rozmiar Duża podjednostka ( rRNA LSU ) Mała podjednostka ( rRNA SSU )
prokariotyczny 70S 50S ( 5S : 120 nt, 23S : 2906 nt) 30S ( 16S : 1542nt)
eukariotyczny 80S 60S ( 5S : 121 nt, 5,8S : 156 nt, 28S : 5070 nt) 40S ( 18S : 1869 nt)

Jednostek S podjednostek (lub rRNA) nie można po prostu dodać, ponieważ reprezentują raczej miary szybkości sedymentacji niż masy. Na szybkość sedymentacji każdej podjednostki wpływa jej kształt, a także masa. Jednostki nt można dodawać, ponieważ reprezentują one całkowitą liczbę jednostek w liniowych polimerach rRNA (na przykład całkowita długość ludzkiego rRNA = 7216 nt).

Klastry genów kodujące rRNA są powszechnie nazywane „ rybosomalnym DNA ” lub rDNA (należy zauważyć, że termin ten wydaje się sugerować, że rybosomy zawierają DNA, co nie jest prawdą).

U prokariotów

U prokariotów mała podjednostka rybosomu 30S zawiera rybosomalny RNA 16S . Duża podjednostka rybosomu 50S zawiera dwa rodzaje rRNA ( rybosomalny RNA 5S i 23S ). Można zatem wywnioskować, że zarówno u bakterii , jak i archeonów istnieje jeden gen rRNA, który koduje wszystkie trzy typy rRNA: 16S, 23S i 5S.

Bakteryjne geny 16S rybosomalnego RNA, 23S rybosomalnego RNA i 5S rRNA są zazwyczaj zorganizowane jako współtranskrybowany operon . Jak pokazano na obrazie w tej sekcji, między genami 16S i 23S rRNA znajduje się wewnętrzna transkrybowana przekładka . Może istnieć jedna lub więcej kopii operonu rozproszonych w genomie (na przykład Escherichia coli ma siedem). Zazwyczaj w bakteriach jest od jednej do piętnastu kopii.

Archaea zawiera pojedynczy operon genu rRNA lub do czterech kopii tego samego operonu .

Koniec 3' rybosomalnego RNA 16S (w rybosomie) rozpoznaje sekwencję na końcu 5' mRNA zwaną sekwencją Shine-Dalgarno .

U eukariontów

Mała podjednostka rybosomalnego RNA, domena 5' pobrana z bazy danych Rfam . Ten przykład to RF00177 , fragment z niehodowanej bakterii.

W przeciwieństwie do tego eukarionty mają na ogół wiele kopii genów rRNA zorganizowanych w powtórzenia tandemowe . U ludzi około 300-400 powtórzeń jest obecnych w pięciu klastrach, zlokalizowanych na chromosomach 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) i 22 ( RNR5 ). Diploidalni ludzie mają 10 klastrów genomowego rDNA , które w sumie stanowią mniej niż 0,5% ludzkiego genomu .

Wcześniej akceptowano, że powtarzające się sekwencje rDNA są identyczne i służą jako rezerwy lub zabezpieczenia w celu uwzględnienia naturalnych błędów replikacji i mutacji punktowych . Jednak zaobserwowano zmienność sekwencji rDNA (a następnie rRNA) u ludzi na wielu chromosomach , zarówno w obrębie osobników ludzkich, jak i między nimi. Wiele z tych odmian to sekwencje palindromiczne i potencjalne błędy spowodowane replikacją. Pewne warianty są również wyrażane w sposób tkankowo-specyficzny u myszy.

Komórki ssaków mają 2 mitochondrialne ( 12S i 16S ) cząsteczki rRNA i 4 typy cytoplazmatycznego rRNA (podjednostki 28S, 5.8S, 18S i 5S). RRNA 28S, 5,8S i 18S są kodowane przez pojedynczą jednostkę transkrypcyjną (45S) oddzieloną 2 wewnętrznie transkrybowanymi odstępnikami . Pierwszy przerywnik odpowiada temu znalezionemu w bakteriach i archeonach , a drugi przerywnik to insercja do tego, co było 23S rRNA u prokariotów. 45S rDNA jest zorganizowany w 5 klastrów (każdy ma 30–40 powtórzeń) na chromosomach 13, 14, 15, 21 i 22. Są one transkrybowane przez polimeraza RNA I. DNA dla podjednostki 5S występuje w macierzach tandemowych (~ 200–300 prawdziwych genów 5S i wiele rozproszonych pseudogenów), największy na chromosomie 1q41-42. 5S rRNA jest transkrybowany przez polimerazę RNA III . 18S rRNA u większości eukariontów znajduje się w małej podjednostce rybosomu, a duża podjednostka zawiera trzy rodzaje rRNA ( 5S , 5,8S i 28S u ssaków, 25S u roślin, rRNA).

Trzeciorzędowa struktura małej podjednostki rybosomalnego RNA (SSU rRNA) została rozwiązana za pomocą krystalografii rentgenowskiej . Struktura drugorzędowa rRNA SSU zawiera 4 różne domeny — domenę 5', środkową, główną 3' i 3' mniejszą. Pokazano model struktury drugorzędowej dla domeny 5' (500-800 nukleotydów ).

Biosynteza

Główny artykuł: Biogeneza rybosomów

U eukariontów

Jako budulec organelli , produkcja rRNA jest ostatecznie etapem ograniczającym szybkość syntezy rybosomu . W jąderku rRNA jest syntetyzowany przez polimerazę RNA I przy użyciu specjalnych genów ( rDNA ), które go kodują, które są wielokrotnie znajdowane w całym genomie . Geny kodujące 18S, 28S i 5.8S rRNA znajdują się w regionie organizatora jąderka i są transkrybowane do dużych prekursorowych cząsteczek rRNA (pre-rRNA) przez polimerazę RNA I . Te cząsteczki pre-rRNA są oddzielone zewnętrznymi i wewnętrznymi sekwencjami dystansowymi, a następnie metylowane , co jest kluczowe dla późniejszego składania i fałdowania . Po rozdzieleniu i uwolnieniu jako pojedyncze cząsteczki, białka montażowe wiążą się z każdą nagą nicią rRNA i fałdują ją do jej funkcjonalnej postaci, wykorzystując kooperatywne składanie i stopniowe dodawanie większej liczby fałdowanych białek w razie potrzeby. Dokładne szczegóły, w jaki sposób fałdowane białka wiążą się z rRNA i jak osiąga się prawidłowe fałdowanie, pozostają nieznane. Kompleksy rRNA są następnie dalej przetwarzane w reakcjach obejmujących cięcia egzo- i endo-nukleolityczne kierowane przez snoRNA (małe jąderkowe RNA) w kompleksie z białkami. Ponieważ kompleksy te są zagęszczane razem, tworząc spójną jednostkę, interakcje między rRNA i otaczającymi białkami rybosomalnymi są stale przebudowywane podczas składania, aby zapewnić stabilność i chronić miejsca wiązania . Ten proces jest określany jako faza „dojrzewania” cyklu życiowego rRNA. Stwierdzono, że modyfikacje zachodzące podczas dojrzewania rRNA bezpośrednio przyczyniają się do kontroli ekspresji genów , zapewniając fizyczną regulację dostępu translacyjnego tRNA i mRNA . Niektóre badania wykazały, że w tym czasie konieczna jest również intensywna metylacja różnych typów rRNA, aby utrzymać stabilność rybosomów .

Geny dla 5S rRNA znajdują się wewnątrz jąderka i są transkrybowane do pre-5S rRNA przez polimerazę RNA III . Pre-5S rRNA wchodzi do jąderka w celu przetworzenia i złożenia z 28S i 5,8S rRNA w celu utworzenia LSU. 18S rRNA tworzy SSU łącząc się z licznymi białkami rybosomalnymi . Po złożeniu obu podjednostek są one indywidualnie eksportowane do cytoplazmy , tworząc jednostkę 80S i rozpoczynając inicjację translacji mRNA .

Rybosomalny RNA jest niekodujący i nigdy nie ulega translacji na żadne białka : rRNA jest transkrybowany tylko z rDNA , a następnie dojrzewa do wykorzystania jako strukturalny element budulcowy rybosomów. Transkrybowany rRNA wiąże się z białkami rybosomalnymi , tworząc podjednostki rybosomów i działa jako struktura fizyczna, która przepycha mRNA i tRNA przez rybosom w celu ich przetworzenia i translacji.

Regulacja eukariotyczna

Synteza rRNA jest regulowana w górę iw dół, aby utrzymać homeostazę poprzez różne procesy i interakcje:

U prokariotów

Podobnie jak u eukariontów , produkcja rRNA jest etapem ograniczającym szybkość w prokariotycznej syntezie rybosomu . W E. coli , że rRNA jest stwierdzono transkrybowany z dwóch promotorów P1 i P2 znajdujących się w siedmiu różnych operonach rrn . Promotor P1 jest szczególnie odpowiedzialny za regulację syntezy rRNA podczas umiarkowanego do wysokiego tempa wzrostu bakterii. Ponieważ aktywność transkrypcyjna tego promotora jest wprost proporcjonalna do tempa wzrostu, odpowiada przede wszystkim za regulację rRNA . Zwiększone stężenie rRNA służy jako mechanizm ujemnego sprzężenia zwrotnego do syntezy rybosomów. Stwierdzono, że wysokie stężenie NTP jest wymagane do wydajnej transkrypcji promotorów rrn P1. Uważa się, że tworzą stabilizujące kompleksy z polimerazą RNA i promotorami . W bakteriach w szczególności to powiązanie wysokiego stężenia NTP ze zwiększoną syntezą rRNA dostarcza molekularnego wyjaśnienia, dlaczego synteza rybosomów, a tym samym białek, zależy od tempa wzrostu. Niskie tempo wzrostu daje niższe tempo syntezy rRNA/rybosomów, podczas gdy wyższe tempo wzrostu daje wyższe tempo syntezy rRNA/rybosomów. Pozwala to komórce oszczędzać energię lub zwiększać aktywność metaboliczną w zależności od jej potrzeb i dostępnych zasobów.

W komórkach prokariotycznych każdy gen rRNA lub operon jest transkrybowany do pojedynczego prekursora RNA, który zawiera sekwencje 16S, 23S, 5S rRNA i tRNA wraz z transkrybowanymi odstępnikami. Przetwarzanie RNA rozpoczyna się przed zakończeniem transkrypcji . Podczas reakcji przetwarzania rRNA i tRNA są uwalniane jako oddzielne cząsteczki.

Regulacja prokariotyczna

Ze względu na istotną rolę, jaką rRNA odgrywa w fizjologii komórki prokariotów , mechanizmy regulacji rRNA w dużym stopniu się pokrywają . Na poziomie transkrypcji istnieją zarówno pozytywne, jak i negatywne efektory transkrypcji rRNA, które ułatwiają komórce utrzymanie homeostazy :

Degradacja

Rybosomalny RNA jest dość stabilny w porównaniu z innymi powszechnymi typami RNA i utrzymuje się przez dłuższy czas w zdrowym środowisku komórkowym. Po złożeniu w jednostki funkcjonalne rybosomalny RNA w rybosomach jest stabilny w stacjonarnej fazie cyklu życiowego komórki przez wiele godzin. Degradacja może zostać wywołana przez „zatrzymanie” rybosomu, stan, który występuje, gdy rybosom rozpoznaje wadliwy mRNA lub napotyka inne trudności w przetwarzaniu, które powodują zatrzymanie translacji przez rybosom. Po zatrzymaniu rybosomu inicjowana jest wyspecjalizowana ścieżka na rybosomie, aby skierować cały kompleks do demontażu.

U eukariontów

Jak w przypadku każdego białka lub RNA , produkcja rRNA jest podatna na błędy skutkujące produkcją niefunkcjonalnego rRNA. Aby to naprawić, komórka umożliwia degradację rRNA poprzez niefunkcjonalny szlak rozpadu rRNA (NRD). Wiele badań w tym temacie przeprowadzono na komórkach eukariotycznych, w szczególności na Saccharomyces cerevisiae . Obecnie dostępna jest jedynie podstawowa wiedza na temat tego, w jaki sposób komórki są w stanie celować w funkcjonalnie wadliwe rybosomy w celu ubiquinacji i degradacji u eukariontów.

U prokariotów

Chociaż dostępnych jest znacznie mniej badań dotyczących degradacji rybosomalnego RNA u prokariotów w porównaniu z eukariontami , nadal istnieje zainteresowanie, czy bakterie stosują podobny schemat degradacji w porównaniu z NRD u eukariontów. Wiele badań przeprowadzonych dla prokariotów przeprowadzono na Escherichia coli . Odkryto wiele różnic między degradacją rRNA u eukariotów i prokariotów, co skłoniło badaczy do przypuszczenia, że ​​te dwie degradacje przebiegają różnymi drogami.

  • Pewne mutacje w rRNA, które były w stanie wywołać degradację rRNA u eukariontów , nie były w stanie tego dokonać u prokariotów .
  • Mutacje punktowe w 23S rRNA spowodowałyby degradację zarówno 23S, jak i 16S rRNA, w porównaniu z eukariotami , u których mutacje w jednej podjednostce spowodowałyby degradację tylko tej podjednostki.
  • Naukowcy odkryli, że usunięcie całej struktury helisy (H69) z 23S rRNA nie spowodowało jego degradacji. To doprowadziło ich do przekonania, że ​​H69 ma kluczowe znaczenie dla rozpoznawania i degradacji zmutowanego rRNA przez endonukleazy .

Zachowanie i stabilność sekwencji

Ze względu na powszechność i niezachwianą naturę rRNA we wszystkich organizmach , badanie jego odporności na transfer genów , mutacje i zmiany bez niszczenia organizmu stało się popularnym obszarem zainteresowania. Stwierdzono, że geny rybosomalnego RNA są tolerancyjne na modyfikację i wtargnięcie. Kiedy sekwencjonowanie rRNA jest zmienione, stwierdzono, że komórki ulegają upośledzeniu i szybko przestają normalnie funkcjonować. Te kluczowe cechy rRNA stały się szczególnie ważne w projektach baz danych genów (kompleksowe zasoby internetowe, takie jak SILVA lub SINA), w których dopasowanie sekwencji rybosomalnego RNA z różnych domen biologicznych znacznie ułatwia „przypisanie taksonomiczne, analizę filogenetyczną i badanie różnorodności drobnoustrojów . "

Przykłady odporności:

  • Dodanie dużych, bezsensownych fragmentów RNA do wielu części jednostki 16S rRNA nie zmienia w zauważalny sposób funkcji jednostki rybosomalnej jako całości.
  • Niekodujący RNA RD7 ma zdolność zmiany przetwarzania rRNA, aby uczynić cząsteczki odpornymi na degradację przez kwas karboksylowy . Jest to kluczowy mechanizm utrzymywania stężeń rRNA podczas aktywnego wzrostu, kiedy gromadzenie się kwasów (ze względu na fosforylację substratu wymaganą do wytworzenia ATP ) może stać się toksyczne dla funkcji wewnątrzkomórkowych .
  • Wstawienie rybozymów młotkowatych , które są zdolne do rozszczepienia cis wzdłuż 16S rRNA, znacznie hamuje funkcję i zmniejsza stabilność.
  • Podczas gdy większość funkcji komórkowych ulega znacznej degradacji już po krótkim okresie ekspozycji na środowiska z niedotlenieniem , rRNA pozostaje niezdegradowany i rozwiązany po sześciu dniach przedłużonej hipoksji. Dopiero po tak długim okresie czasu związki pośrednie rRNA (wskazujące na ostateczną degradację) zaczynają się prezentować.

Znaczenie

Ten diagram przedstawia, w jaki sposób sekwencjonowanie rRNA u prokariotów może ostatecznie zostać wykorzystane do produkcji farmaceutyków do zwalczania chorób wywoływanych przez te same drobnoustroje, z których pierwotnie uzyskano rRNA.

Charakterystyka rybosomalnego RNA jest ważna w ewolucji , a więc w taksonomii i medycynie .

Ludzkie geny

  • 45S: RNR1 , RNR2 , RNR3 , RNR4 , RNR5 ; (bez klastrów) RNA18SN1, RNA18SN2, RNA18SN3, RNA18SN4, RNA18SN5, RNA28SN1, RNA28SN2, RNA28SN3, RNA28SN4, RNA28SN5, RNA45SN1, RNA45SN2, RNA45SN3, RNA45SN4, RNA45 SN5, RNA5-8SN1, RNA5-8SN2, RNA5-8SN3, RNA5-8SN4, RNA5 -8SN5
  • 5S: RNA5S1, RNA5S2, RNA5S3, RNA5S4, RNA5S5, RNA5S6, RNA5S7, RNA5S8, RNA5S9, RNA5S10, RNA5S11, RNA5S12, RNA5S13, RNA5S14, RNA5S15, RNA5S16, RNA5S17
  • Mt: MT-RNR1 , MT-TV (kooptowane), MT-RNR2

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ribosomal_RNA&oldid=1140115246 ”