16.5: Udhibiti wa jeni wa Eukaryotic baada ya transcriptional

Ujuzi wa Kuendeleza

• Kuelewa kuchapisha RNA na kuelezea jukumu lake katika kusimamia kujieleza kwa jeni
• Eleza umuhimu wa utulivu wa RNA katika udhibiti wa jeni

RNA imeandikwa, lakini inapaswa kusindika kuwa fomu ya kukomaa kabla ya tafsiri kuanza. Usindikaji huu baada ya molekuli ya RNA imeandikwa, lakini kabla ya kutafsiriwa katika protini, inaitwa muundo wa baada ya transcriptional. Kama ilivyo kwa hatua za epigenetic na transcriptional za usindikaji, hatua hii ya baada ya transcriptional pia inaweza kudhibitiwa kudhibiti usemi wa jeni katika seli. Ikiwa RNA haijasindika, kuhamishwa, au kutafsiriwa, basi hakuna protini itaunganishwa.

RNA splicing, hatua ya kwanza ya kudhibiti baada ya transcriptional

Katika seli za eukaryotic, nakala ya RNA mara nyingi ina mikoa, inayoitwa introns, ambayo huondolewa kabla ya kutafsiri. Mikoa ya RNA ambayo kanuni ya protini inaitwa exons (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Baada ya molekuli ya RNA imeandikwa, lakini kabla ya kuondoka kwake kutoka kiini kutafsiriwa, RNA inachukuliwa na introni huondolewa kwa kuchapisha.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kabla ya mRNA inaweza kugawanywa kwa njia nyingine ili kuunda protini tofauti.

Uunganisho wa Mageuzi: Mchapishaji wa RNA Mbadala

Katika miaka ya 1970, jeni zilionekana kwanza kwamba zilionyesha mbadala ya RNA splicing. Mchanganyiko wa RNA mbadala ni utaratibu ambao inaruhusu bidhaa tofauti za protini kuzalishwa kutoka kwa jeni moja wakati mchanganyiko tofauti wa introni, na wakati mwingine exons, huondolewa kwenye nakala (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Hii splicing mbadala inaweza kuwa hapazard, lakini mara nyingi zaidi ni kudhibitiwa na vitendo kama utaratibu wa udhibiti wa jeni, na mzunguko wa njia mbadala tofauti splicing kudhibitiwa na seli kama njia ya kudhibiti uzalishaji wa bidhaa mbalimbali protini katika seli tofauti au katika hatua mbalimbali za maendeleo. Mchapishaji mbadala sasa unaeleweka kuwa utaratibu wa kawaida wa udhibiti wa jeni katika eukaryotes; kulingana na makadirio moja, asilimia 70 ya jeni kwa binadamu huonyeshwa kama protini nyingi kwa njia ya kuchapisha mbadala.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Kuna njia tano za msingi za kuchapisha mbadala.

Jinsi gani mbadala splicing kufuka? Introni zina mlolongo wa kutambua mwanzo na mwisho; ni rahisi kufikiria kushindwa kwa utaratibu wa kuchapisha kutambua mwisho wa introni na badala yake kupata mwisho wa introni inayofuata, hivyo kuondoa introni mbili na exon inayoingilia kati. Kwa kweli, kuna taratibu zilizopo ili kuzuia kuruka kwa intron kama hiyo, lakini mabadiliko yanaweza kusababisha kushindwa kwao. “Makosa” hayo yatakuwa zaidi ya uwezekano wa kuzalisha protini isiyo ya kazi. Hakika, sababu ya magonjwa mengi ya maumbile ni splicing mbadala badala ya mabadiliko katika mlolongo. Hata hivyo, mchanganyiko mbadala utaunda tofauti ya protini bila kupoteza protini ya awali, kufungua uwezekano wa kukabiliana na tofauti mpya kwa kazi mpya. Kurudia jeni kumekuwa na jukumu muhimu katika mageuzi ya kazi mpya kwa namna hiyo kwa kutoa jeni zinazoweza kufuka bila kuondoa protini ya awali, ya kazi.

Unganisha na Kujifunza

Tazama jinsi mRNA splicing inatokea kwa kuangalia mchakato katika hatua katika video hii. NDSU Virtual Kiini Mifano kwa michoro Project uhuishaji 'mRNA Splicing'

Udhibiti wa Utulivu wa RNA

Kabla ya mRNA inaondoka kiini, hutolewa “kofia” mbili za kinga ambazo huzuia mwisho wa strand kutoharibika wakati wa safari yake. Kofia ya 5', ambayo imewekwa kwenye mwisho wa 5' ya mRNA, kwa kawaida hujumuisha molekuli ya guanosini triphosphate ya methylated (GTP). Mkia wa Poly-a, unaohusishwa na mwisho wa 3', mara nyingi hujumuisha mfululizo wa nucleotides ya adenine. Mara baada ya RNA kusafirishwa kwa cytoplasm, urefu wa muda ambao RNA inakaa huko unaweza kudhibitiwa. Kila molekuli ya RNA ina maisha yaliyofafanuliwa na kuoza kwa kiwango maalum. Kiwango hiki cha kuoza kinaweza kuathiri kiasi gani cha protini kilicho kwenye seli. Ikiwa kiwango cha kuoza kinaongezeka, RNA haipo katika cytoplasm kwa muda mrefu, kupunguza muda wa kutafsiri kutokea. Kinyume chake, ikiwa kiwango cha kuoza kinapungua, molekuli ya RNA itaishi katika cytoplasm tena na protini zaidi inaweza kutafsiriwa. Kiwango hiki cha kuoza kinajulikana kama utulivu wa RNA. Ikiwa RNA imara, itaonekana kwa muda mrefu katika cytoplasm.

Kufungwa kwa protini kwa RNA kunaweza kuathiri utulivu wake. Protini, inayoitwa protini za RNA, au RBPs, zinaweza kumfunga mikoa ya RNA tu juu au chini ya mkoa wa protini-coding. Mikoa hii katika RNA ambayo haitafsiriwa katika protini inaitwa mikoa isiyoelezewa, au UTRs. Hao ni introns (wale wameondolewa katika kiini). Badala yake, haya ni mikoa ambayo hudhibiti ujanibishaji wa mRNA, utulivu, na tafsiri ya protini. Kanda kabla ya mkoa wa protini-coding inaitwa 5' UTR, ambapo kanda baada ya kanda ya coding inaitwa 3' UTR (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Kufungwa kwa RBP kwa mikoa hii kunaweza kuongeza au kupunguza utulivu wa molekuli ya RNA, kulingana na RBP maalum inayofunga.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mkoa wa protini-coding wa mRNA umefungwa na mikoa ya 5' na 3' isiyofafanuliwa (UTRs). Uwepo wa protini za RNA kwenye UTR ya 5' au 3' huathiri utulivu wa molekuli ya RNA.

Utulivu wa RNA na microRNAS

Mbali na RBP zinazofunga na kudhibiti (ongezeko au kupungua) utulivu wa RNA, vipengele vingine vinavyoitwa microRNAS vinaweza kumfunga kwa molekuli ya RNA. MicroRNAs hizi, au miRNAs, ni molekuli fupi za RNA ambazo ni nucleotidi 21—24 tu kwa urefu. MirNAs hufanywa katika kiini kama muda mrefu kabla ya mirnas. Hizi kabla ya mirnas hukatwa katika mirNAs kukomaa na protini inayoitwa dicer. Kama mambo ya transcription na RBPs, MirNAs kukomaa kutambua mlolongo maalum na kumfunga kwa RNA; hata hivyo, MirNAs pia kujiunga na ribonucleoprotein tata iitwayo RNA-ikiwa kimya tata (RISC). RISC hufunga pamoja na MirNA ili kuharibu mRNA ya lengo. Pamoja, MirNAs na tata ya RISC huharibu haraka molekuli ya RNA.

Muhtasari

Udhibiti wa baada ya transcriptional unaweza kutokea katika hatua yoyote baada ya transcription, ikiwa ni pamoja na RNA splicing, shuttling nyuklia, na utulivu RNA. Mara baada ya RNA imeandikwa, inapaswa kusindika ili kuunda RNA iliyokomaa iliyo tayari kutafsiriwa. Hii inahusisha kuondolewa kwa introns ambazo hazipatikani kwa protini. Spliceosomes kumfunga kwa ishara kwamba alama exon/Intron mpaka kuondoa introns na ligate exons pamoja. Mara hii inatokea, RNA ni kukomaa na inaweza kutafsiriwa. RNA imeundwa na kugawanywa katika kiini, lakini inahitaji kusafirishwa kwa cytoplasm ili kutafsiriwa. RNA hupelekwa kwenye cytoplasm kupitia tata ya pore ya nyuklia. Mara baada ya RNA iko katika saitoplazimu, urefu wa muda unakaa hapo kabla ya kuharibika, inayoitwa utulivu wa RNA, pia inaweza kubadilishwa ili kudhibiti kiasi cha jumla cha protini kinachotengenezwa. Utulivu wa RNA unaweza kuongezeka, na kusababisha muda mrefu wa kuishi katika cytoplasm, au kupungua, na kusababisha muda mfupi na chini ya protini awali. Utulivu wa RNA unadhibitiwa na protini za RNA (RBs) na microRNAs (MirNAs). RPB hizi na miRNAs hufunga kwa 5' UTR au 3' UTR ya RNA ili kuongeza au kupunguza utulivu wa RNA. Kulingana na RBP, utulivu unaweza kuongezeka au kupungua kwa kiasi kikubwa; hata hivyo, MirNAs daima hupungua utulivu na kukuza kuoza.

faharasa

3' UTR

Eneo la 3' lisilotafsiriwa; kanda tu chini ya mkoa wa protini-coding katika molekuli ya RNA ambayo haitafsiriwa

5' cap

methylated guanosine triphosphate (GTP) molekuli kwamba ni masharti ya 5 'mwisho wa RNA mjumbe kulinda mwisho kutoka uharibifu

5' UTR

Eneo la 5' lisilotafsiriwa; kanda tu juu ya mkoa wa protini-coding katika molekuli ya RNA ambayo haitafsiriwa

dicer

enzyme ambayo hupunguza kabla ya mirna katika fomu ya kukomaa ya MirNA

MicroRNA (MirNA)

molekuli ndogo za RNA (takriban nucleotidi 21 kwa urefu) ambazo hufunga kwa molekuli za RNA kuziharibu

Poly-mkia

mfululizo wa nucleotides za adenine ambazo zimeunganishwa na mwisho wa 3' wa mRNA ili kulinda mwisho kutoka kwa uharibifu

Protini ya kisheria ya RNA (RBP)

protini kwamba kumfunga kwa UTR 3' au 5' kuongeza au kupunguza utulivu RNA

Utulivu wa RNA

muda gani molekuli ya RNA itabaki intact katika cytoplasm

mkoa usiotafsiriwa

sehemu ya molekuli RNA ambayo si kutafsiriwa katika protini. Mikoa hii uongo kabla (mto au 5') na baada ya (chini au 3') kanda protini-coding

HATARI

protini tata ambayo hufunga pamoja na MirNA kwa RNA ili kuiharibu