Информация

Как мРНК находят рибосомы?

Как мРНК находят рибосомы?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

После того, как мРНК высвобождается из ядра, следующим процессом является ее трансляция рибосомами. С помощью какого физического, химического или биохимического процесса мРНК достигает рибосомы в цитоплазме?


пожалуйста, взгляните на эту статью и ее изображения.

Р. Джексон и др., 2010, Nature Rev. Mol. Cell Biol. 11: 113.

https://www.nature.com/articles/nrm2838

В двух словах, распознавание мРНК рибосомой происходит в несколько этапов, к чему приводит взаимодействие мРНК с (эукариотическими) факторами инициации (eIF). Комплекс eIF4 взаимодействует с мРНК, и затем с помощью гидролиза АТФ образуется промежуточная кольцевая мРНК. Эта кольцевая мРНК прикрепляется к малой субъединице рибосомы (к маленькой субъединице присоединяется дюжина вспомогательных белков). кольцевой мРНК к малой субъединице, можно сказать, что мРНК «нашла» рибосому, поскольку малая субъединица затем образует комплекс с большой субъединицей и начинает стадию элонгации трансляции.


Ответ на первую часть вашего вопроса: распространение. После транскрипции и некоторой обработки мРНК эукариот экспортируется в цитоплазму. Здесь он плавает, пока не встретится с рибосомой. Связывание рибосомы с мРНК облегчается белками, называемыми факторами инициации (IFs), и 5'-кэпом мРНК.$^1$.

Вторая часть вашего вопроса в основном касается внеклеточного синтеза белка с использованием шаблона РНК. Это уже работает: вспоминается знаменитый эксперимент Ниренберга-Маттеи$^2$, что в конечном итоге привело к взлому генетического кода. Ниренберг и Маттеи работали с экстрактами бактериальных клеток, но были также разработаны системы на основе экстрактов эукариотических клеток.$^3$.


Ссылки и дополнительная литература:

  1. Нельсон Д.Л., Кокс ММ. Принципы биохимии Ленингера. 7-е изд (международное издание). Бейзингсток, Англия: Высшее образование Макмиллана; c2017. Глава 27, Обмен белков; п. 1077-1126.
  2. Ниренберг MW, Matthaei JH. Зависимость внеклеточного синтеза белка в E. coli от природных или синтетических полирибонуклеотидов. PNAS. 1961 г., 1 октября; 47 (10): 1588-1602. https://doi.org/10.1073/pnas.47.10.1588
  3. Чонг С. Обзор внеклеточного синтеза белка: исторические вехи, коммерческие системы и расширяющиеся области применения. Curr Protoc Mol Bio. 2014 1 октября; 108 (1): 16.30.1-11. https://doi.org/10.1002/0471142727.mb1630s108

Введение в биологию РНК: мультипликационное издание

ДНК содержит инструкции о том, как построить все в нашем теле. Каждая из ваших клеток содержит копию вашей ДНК - как набор чертежей. Части этих инструкций выполняются по мере необходимости в разных ячейках.

Обычно для создания различных белков следуют инструкциям в схемах ДНК. Белки выполняют большую часть работы, необходимой для поддержания функционирования организма. В любой момент одна клетка может следовать инструкциям по выработке иммунного белка для защиты организма от захватчиков, таких как вирусы, в то время как другая вырабатывает белок, который помогает желудку переваривать пищу.

Дженнифер Кук-Хрисос / Институт Уайтхеда

Как правило, ДНК хранится внутри ядра, где есть центральная библиотека чертежей для всей клетки. Однако белки встраиваются в другую часть клетки. Как инструкции для белков передаются из схем ДНК туда, где на самом деле белки построены? Они переносятся в форме информационной РНК или мРНК. Каждая мРНК содержит копию определенного плана из более крупной библиотеки ДНК. Он переносит этот план в клетку, где производятся белки. (мРНК - не единственный вид РНК. Есть много других типов, которые выполняют другие функции, и мы поговорим о них позже!)

Дженнифер Кук-Хрисос / Институт Уайтхеда

МРНК создается в процессе, называемом транскрипцией. Фермент, называемый РНК-полимеразой, перемещается по цепи ДНК, привнося комплементарные строительные блоки РНК для создания «транскрипта» информации, содержащейся в ДНК. Получающаяся в результате молекула представляет собой цепь РНК с миссией: передать свое сообщение той части клетки, которая создает белки.

Дженнифер Кук-Хрисос / Институт Уайтхеда

Дженнифер Кук-Хрисос / Институт Уайтхеда

После создания транскрипта он должен пройти несколько модификаций, чтобы быть готовым к трансляции (процесс, посредством которого содержимое мРНК считывается молекулярной машиной, называемой рибосомой, и транслируется в последовательность строительных блоков белка, называемых аминокислотами).

Дженнифер Кук-Хрисос / Институт Уайтхеда

Дженнифер Кук-Хрисос / Институт Уайтхеда

Как регулируется мРНК?

Клетки разработали несколько способов регулирования того, какие белки производятся и когда. мРНК будут естественным образом деградировать с течением времени, причем большинство из них имеют относительно короткую продолжительность жизни: молекулы мРНК в клетках млекопитающих могут оставаться в течение от нескольких минут до нескольких дней, прежде чем они распадутся. Один из способов, которым клетки регулируют, сколько определенного белка вырабатывается в данный момент, - это контролировать, как долго мРНК остается неповрежденной. Пока мРНК не повреждена, ее можно транслировать снова и снова, чтобы производить больше белков.

Некоторые мРНК существуют в тысячу раз дольше, чем другие. Одним из основных регуляторов того, как долго мРНК остаются интактными, является другой тип РНК, называемый мироРНК (миРНК).

Маленький, но мощный

МикроРНК - один из многих типов РНК, не кодирующих белки. Эти крошечные РНК, состоящие всего из 22 строительных блоков, не транслируются в рибосоме, как информационные РНК. Вместо этого они нацелены и связываются с последовательностями конкретных мРНК и могут блокировать трансляцию мРНК.


Фон

Удлинение трансляции - это важный процесс, посредством которого генетическая информация в транскрипте последовательно декодируется рибосомами в пептидную цепь. Тем не менее, последовательность мРНК кодирующих областей может нести больше информации, чем аминокислотная последовательность [1], локальная скорость элонгации трансляции неоднородна и точно настроена [2, 3]. Запрограммированное изменение скорости удлинения может участвовать в регуляции сворачивания белков [2, 4, 5], что является сложной задачей в тесноте и липкой клеточной среде [6, 7]. Изменение скорости удлинения трансляции может привести к неправильной укладке белков [2, 5], что в дальнейшем ведет к аномалиям развития, неврологическим заболеваниям и раку [8].

Несмотря на важность удлинения трансляции, оно в основном изучается с использованием гетерологичных репортерных генов [9,10,11]. В эти репортерные гены часто помещался сильный сигнал остановки рибосомы, 5'-удлиненная рибосома сталкивается с остановившейся рибосомой, что приводит к образованию дибосомы (в дальнейшем мы называем такие сложенные в стопку рибосомы, индуцированные сильным сигналом остановки рибосомы в гетерологичных репортерах, как ди -рибосомы) или даже три-рибосомы. Анализ структуры показал, что ди-рибосомы и три-рибосомы часто были неспособны возобновить трансляцию и могут запускать путь контроля качества ассоциированного с рибосомами белка (RQC) [9, 12,13,14,15,16].

Знание причин эндогенных пауз трансляции остается весьма ограниченным, главным образом потому, что обнаружение трансляционных пауз в эндогенных генах технически сложно. Разработка ribo-seq, подхода, который устанавливает последовательность защищенных рибосомами фрагментов мРНК при разрешении кодонов, значительно расширила наши знания о элонгации трансляции [17, 18]. Накопление следов рибосом на сайте указывает на медленное удлинение трансляции (т. Е. На трансляционную паузу). Основываясь на этой идее, были обнаружены детерминанты последовательности удлинения трансляции, такие как использование синонимичных кодонов [19,20,21], положительно заряженные растущие пептиды [ 22] и вторичных структур мРНК [23]. Однако традиционный ribo-seq пропускает информацию о столкновении рибосом [24, 25]. Вместо этого столкновения рибосом можно изучить путем секвенирования фрагментов мРНК, защищенных дисомами, которые в данном исследовании относятся к эндогенным уложенным друг на друга рибосомам. Дисомы были обнаружены центрифугированием в градиенте сахарозы [26] и обнаружены в дефектных мРНК или 3'-нетранслируемых областях [24]. Однако геномный ландшафт и детерминанты последовательности эндогенных столкновений рибосом остаются в значительной степени неизвестными в кодирующих последовательностях точно транскрибируемых мРНК.

Последствия эндогенной трансляционной паузы также остаются неясными. Было высказано предположение, что удлинение трансляции может регулировать котрансляционный фолдинг белков [2, 4, 5, 27, 28]. Например, накопление доказательств подтверждает, что экспансия CAG при болезни Хантингтона приводит к неправильной паузе трансляции и, следовательно, к неправильной укладке сигнального пептида для субклеточной локализации белка Htt [29]. Неоптимальные кодоны образуют кластеры в процессе эволюции [30, 31], они могут создавать участки медленной трансляции и участвовать в сворачивании белков [32]. Однако механизмы, с помощью которых трансляционные паузы регулируют котрансляционный фолдинг белков, остаются недостаточно изученными.

В этом исследовании мы захватили следы мРНК, защищенные двумя сложенными друг на друга рибосомами в быстро пролиферирующих дрожжевых клетках. Такие данные дают возможность выявить трансляционную динамику, не обнаруживаемую традиционным рибо-секвенированием (т. Е. Моносом-секвенированием). Мы идентифицируем особенности последовательности, которые связаны с столкновениями рибосом, и подтверждаем некоторые особенности с помощью репортерных генов. Крио-электронная микроскопия (крио-ЭМ) анализ показывает, что большинство эндогенных столкновений рибосом образуют структуру, отличную от структуры дибосом, индуцирующих RQC. С помощью биоинформатического анализа мы показываем, что паузы или столкновения рибосом имеют тенденцию происходить в промежутках между α-спиралями. Фактически, приостановленные или столкнувшиеся рибосомы часто связаны со специфическими шаперонами, которые могут способствовать сворачиванию белка, как показывают масс-спектрометрические анализы. Как следствие, возникающий пептид готов к правильному свертыванию во время трансляции.


Пре-мРНК эукариот проходит обширную обработку, прежде чем она будет готова к трансляции. Дополнительные этапы созревания эукариотической мРНК создают молекулу с гораздо более длительным периодом полужизни, чем прокариотическая мРНК. МРНК эукариот существуют в течение нескольких часов, тогда как типичные Кишечная палочка мРНК длится не более пяти секунд.

Пре-мРНК сначала покрываются РНК-стабилизирующими белками, которые защищают пре-мРНК от деградации, пока она обрабатывается и выводится из ядра. Три наиболее важных этапа процессинга пре-мРНК - это добавление стабилизирующих и сигнальных факторов на 5'- и 3'-концах молекулы и удаление промежуточных последовательностей, которые не определяют подходящие аминокислоты. В редких случаях транскрипт мРНК может быть "отредактирован" после того, как он будет транскрибирован.

5 'Укупорка

Пока пре-мРНК все еще синтезируется, 7-метилгуанозиновый кэп добавляется к 5'-концу растущего транскрипта фосфатной связью. Этот фрагмент (функциональная группа) защищает возникающую мРНК от деградации. Кроме того, факторы, участвующие в синтезе белка, распознают кэп, помогая инициировать трансляцию рибосомами.

3 'Поли-A Хвост

После завершения элонгации пре-мРНК расщепляется эндонуклеазой между консенсусной последовательностью AAUAAA и последовательностью, богатой GU, оставляя последовательность AAUAAA на пре-мРНК. Затем фермент, называемый поли-А-полимеразой, добавляет цепочку из примерно 200 остатков А, называемую поли-А хвост. Эта модификация дополнительно защищает пре-мРНК от деградации и сигнализирует об экспорте клеточных факторов, необходимых транскрипту, в цитоплазму.

Сплайсинг пре-мРНК

Эукариотические гены состоят из экзоны, которые соответствуют кодирующим белок последовательностям (бывший-на означает, что они бывшийнажата), и intпоследующие последовательности, называемые интроны (intрон обозначает их intervening роль), которые могут участвовать в регуляции генов, но удаляются из пре-мРНК во время процессинга. Последовательности интронов в мРНК не кодируют функциональные белки.

Открытие интронов стало неожиданностью для исследователей 1970-х годов, которые ожидали, что пре-мРНК будут определять белковые последовательности без дальнейшей обработки, как они наблюдали у прокариот. Гены высших эукариот очень часто содержат один или несколько интронов. Эти области могут соответствовать регуляторным последовательностям, однако биологическое значение наличия большого количества интронов или очень длинных интронов в гене неясно. Возможно, интроны замедляют экспрессию генов, потому что для транскрипции пре-мРНК с большим количеством интронов требуется больше времени. С другой стороны, интроны могут быть нефункциональными остатками последовательности, оставшимися после слияния древних генов на протяжении всей эволюции. Это подтверждается тем фактом, что отдельные экзоны часто кодируют отдельные белковые субъединицы или домены. По большей части последовательности интронов можно мутировать, в конечном итоге не влияя на белковый продукт.

Все интроны пре-мРНК должны быть полностью и точно удалены перед синтезом белка. Если процесс ошибается хотя бы на один нуклеотид, рамка считывания воссоединившихся экзонов сместится, и результирующий белок будет дисфункциональным. Процесс удаления интронов и воссоединения экзонов называется сращивание (Рисунок 1). Интроны удаляются и разрушаются, пока пре-мРНК все еще находится в ядре. Сплайсинг происходит с помощью механизма, специфичного для последовательности, который обеспечивает удаление интронов и воссоединение экзонов с точностью до одного нуклеотида. Сплайсинг пре-мРНК осуществляется комплексами белков и молекул РНК, называемыми сплайсосомами.

Практический вопрос

Рисунок 1. Сплайсинг пре-мРНК включает точное удаление интронов из первичного транскрипта РНК. Процесс сплайсинга катализируется белковыми комплексами, называемыми сплайсосомами, которые состоят из белков и молекул РНК, называемых мяРНК. Сплайсосомы распознают последовательности на 5'- и 3'-концах интрона.

Ошибки при сварке связаны с раком и другими заболеваниями человека. Какие мутации могут привести к ошибкам сплайсинга?

Обратите внимание, что может присутствовать более 70 индивидуальных интронов, и каждый должен пройти процесс сплайсинга - в дополнение к 5'-кэппированию и добавлению поли-A-хвоста - только для того, чтобы генерировать единственную транслируемую молекулу мРНК.

Редактирование РНК в трипаносомах

Фигура 2. Trypanosoma brucei является возбудителем сонной болезни у человека. МРНК этого патогена должны быть изменены путем добавления нуклеотидов, прежде чем может произойти синтез белка. (кредит: модификация работы Торстена Оксенрайтера)

Трипаносомы - это группа простейших, в состав которых входит возбудитель Trypanosoma brucei, вызывающий сонную болезнь у людей (рис. 2). Трипаносомы и практически все другие эукариоты имеют органеллы, называемые митохондриями, которые снабжают клетку химической энергией. Митохондрии - это органеллы, которые выражают свою собственную ДНК и считаются остатками симбиотических отношений между эукариотом и прокариотом. Митохондриальная ДНК трипаносом представляет собой интересное исключение из «Центральной догмы»: их пре-мРНК не имеют правильной информации для определения функционального белка. Обычно это происходит из-за того, что в мРНК отсутствует несколько нуклеотидов U. Клетка выполняет дополнительный этап обработки РНК, называемый редактированием РНК, чтобы исправить это.

Другие гены митохондриального генома кодируют направляющие РНК из 40–80 нуклеотидов. Одна или несколько из этих молекул взаимодействуют посредством комплементарного спаривания оснований с некоторыми нуклеотидами в транскрипте пре-мРНК. Однако направляющая РНК имеет больше нуклеотидов А, чем пре-мРНК имеет нуклеотиды U для связывания. В этих областях направляющая РНК выходит наружу. 3'-концы направляющих РНК имеют длинный поли-U-хвост, и эти U-основания вставлены в области транскрипта пре-мРНК, по которым замыкаются направляющие РНК. Этот процесс полностью опосредуется молекулами РНК. То есть направляющие РНК - а не белки - служат катализаторами при редактировании РНК.

Редактирование РНК - это не просто феномен трипаносом. В митохондриях некоторых растений редактируются почти все пре-мРНК. Редактирование РНК также было обнаружено у млекопитающих, таких как крысы, кролики и даже люди. Что могло быть эволюционной причиной этого дополнительного шага в процессинге пре-мРНК? Одна из возможностей состоит в том, что митохондрии, являющиеся остатками древних прокариот, имеют столь же древний метод, основанный на РНК, для регулирования экспрессии генов. В поддержку этой гипотезы изменения, внесенные в пре-мРНК, различаются в зависимости от клеточных условий. Хотя это предположение, процесс редактирования РНК может быть пережитком тех древних времен, когда молекулы РНК, а не белки, были ответственны за катализатор реакций.


Открытие сенсора столкновения рибосом

Совместная команда из отдела клеточной биологии и структурных исследований LMB определила клеточный фактор, который обнаруживает столкновения рибосом. Рибосома - это молекулярная машина, отвечающая за считывание генетического кода для производства белков, процесс, известный как трансляция. Такие столкновения между рибосомами являются признаком того, что что-то пошло не так во время трансляции, и фактор обнаружения столкновений имеет решающее значение для инициирования путей решения проблемы. Известно, что если застопорившиеся рибосомы не разрешаются эффективно у мышей, у них развивается нейродегенерация. Таким образом, новое исследование проливает свет на то, как наш организм контролирует свои конвейеры по производству белка, чтобы проблемы могли быть быстро решены до того, как они вызовут клеточный стресс и заболевание.

Каждая клетка нашего тела содержит миллионы рибосом, которые переводят информационные РНК (мРНК), носители генетического кода, в белки, факторы, которые осуществляют большинство биохимических реакций, необходимых для жизни. В высокоактивных клетках большинство мРНК имеют от 4 до 12 рибосом по своей длине, каждая из которых транслирует около 6 кодонов в секунду. Здоровая клетка зависит от бесперебойной работы этих сборочных линий по производству белка. Чрезмерно медленные рибосомы являются одним из индикаторов того, что что-то может работать неправильно, поэтому для решения этой проблемы в клетках используется процесс, называемый контролем качества, связанным с рибосомами (RQC). Путь RQC перерабатывает проблемные рибосомы и инициирует деградацию связанной с ними мРНК и частично синтезированного белка. Но как клетки выборочно обнаруживают медленные или остановленные рибосомы?

В более ранней работе Шимон Юшкевич из группы Ману Хегде в отделе клеточной биологии LMB обнаружил, что критическим фактором пути RQC является белок под названием ZNF598. Этот белок прикрепляет убиквитиновую метку к определенному сайту на рибосоме, который, как оказалось, необходим для инициирования пути RQC. В новом исследовании Шимон изучил то, что на самом деле распознает ZNF598, ожидая, что он будет связываться с остановившимися, но не активно транслируемыми рибосомами. Неожиданно он обнаружил, что ZNF598 связывается с остановившейся рибосомой только тогда, когда другая рибосома сталкивается с ней сзади.

Параллельно с этим Виш Чандрасекаран из лаборатории Венки Рамакришнана в отделе структурных исследований LMB исследовал полирибосомы, подозревая, что их отличительная архитектура может быть распознана клеткой при некоторых обстоятельствах. Виш разработал методы выделения таких столкнувшихся полирибосом и определил их структуру с помощью криоэлектронной микроскопии. Структура показала, что две столкнувшиеся рибосомы находятся в точной ориентации, так что сайт прикрепления убиквитиновой метки для ZNF598 находится рядом с границей раздела между рибосомами. Распознавая этот отличительный интерфейс, ZNF598 способен обнаруживать несколько причин замедления трансляции, избегая при этом всех нормально транслируемых рибосом.

Понимание того, как клетки обнаруживают ошибочную трансляцию, важно, потому что накопление дефектных белков является основной причиной заболеваний у людей, особенно нейродегенерации. Теперь команда пытается точно понять, как ZNF598 взаимодействует с столкнувшимися рибосомами, как убиквитиновый тег, прикрепленный к столкнувшимся рибосомам, используется для их разборки и какие клеточные мРНК особенно подвержены проблемам, вызывающим столкновения рибосом.

Эта работа была поддержана MRC, Wellcome Trust, Институтом Агурон и Фондом Луи-Жанте.


Жалоба DMCA

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или несколько ваших авторских прав, сообщите нам об этом, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее информацию, описанную ниже, указанным агент, указанный ниже. Если Varsity Tutors предпримет действия в ответ на Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент, с помощью самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажаете информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что контент, размещенный на Веб-сайте или связанный с ним, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от их имени. Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены. Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в достаточном деталь, чтобы позволить репетиторам Varsity находить и однозначно идентифицировать этот контент, например, нам нужна ссылка на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит контент, и описание конкретной части вопроса - изображение, ссылка, текст и т. д. - ваша жалоба касается вашего имени, адреса, номера телефона и адреса электронной почты, а также вашего заявления: не разрешено законом, или владельцем авторских прав, или агентом такого владельца (b) что вся информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо правообладатель или лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, офис 300
Сент-Луис, MO 63105


Вступление

Локализация мРНК внутри клеток функционирует для пространственного ограничения экспрессии генов, что является критическим для детерминации клеточной судьбы и правильного формирования паттерна тела во время эмбриогенеза (St Johnston, 2005). Локализованная трансляция мРНК также важна для многих процессов в дифференцированных соматических клетках (Kislauskis et al., 1997 Adereth et al., 2005 Huttelmaier et al., 2005) и широко используется в нейрональных клетках для ограничения экспрессии определенных белков синапсами ( Киблер и Басселл, 2006). В Xenopus laevis а также Drosophila melanogasterмРНК, кодирующие белки, участвующие в митотической прогрессии, обогащены на митотическом веретене (Raff et al., 1990 Groisman et al., 2000). Кроме того, цитологические и биохимические исследования X. laevis веретена экстракта яиц и микротрубочки морского ежа показали, что рибосомы тесно связаны с митотическими микротрубочками, это указывает на то, что локализованная трансляция может быть ключевым регулятором митоза (Suprenant, 1993 Liska et al., 2004 Mitchison et al., 2004). Однако степень нацеливания мРНК на специфические субклеточные структуры, такие как веретено, не была всесторонне исследована, а лежащие в ее основе механизмы и функции плохо изучены.

Чтобы получить представление о роли локализованных мРНК во время митоза, мы всесторонне идентифицировали мРНК, которые локализуются в микротрубочках в мейотическом теле. X. laevis экстракты яиц и экстракты митотических клеток человека с использованием микрочипов Affymetrix. Мы обнаружили, что специфическая и консервативная группа мРНК, называемая мРНК, связанной с микротрубочками (МТ-мРНК), обогащена микротрубочками. Мы наблюдали, что только часть MT-мРНК была связана с полирибосомами, связанными с микротрубочками, что указывает на то, что митотические веретена содержат как трансляционно активные, так и неактивные мРНК. Кроме того, мы обнаружили, что активная трансляция не требуется для нацеливания эндогенных или экзогенных мРНК на митотические микротрубочки. Мы предполагаем, что локализация специфических мРНК на веретене является консервативным механизмом для усиления локализации белка и для сегрегации трансляционно неактивных мРНК.


Рибосома

Беглый взгляд:
Рибосома функционирует как микромашина для производства белков. Рибосомы состоят из особых белков и нуклеиновых кислот. ПЕРЕВОД информации и связывание аминокислот лежат в основе процесса производства белка.
Рибосома, образованная из двух сцепляющихся вместе субъединиц, выполняет следующие функции: (1) переводит закодированную информацию из ядра клетки, предоставляемую матричной рибонуклеиновой кислотой (мРНК), (2) связывает вместе аминокислоты, выбранные и собранные из цитоплазмы, путем переноса рибонуклеиновой кислоты ( тРНК). (Порядок, в котором аминокислоты связаны друг с другом, определяется мРНК) и (3) Экспорт полученного полипептида в цитоплазму, где он сформирует функциональный белок.

Рибосомы обнаруживаются & # 8216free & # 8217 в цитоплазме или связаны с эндоплазматическим ретикулумом (ER) с образованием грубого ER. В клетке млекопитающего может быть до 10 миллионов рибосом. К одной и той же цепи мРНК могут быть присоединены несколько рибосом, такая структура называется полисомой. Рибосомы существуют только временно. Когда они синтезируют полипептид, две субъединицы разделяются и либо повторно используются, либо разбиваются.

Рибосомы могут соединять аминокислоты со скоростью 200 в минуту. Таким образом, небольшие белки могут быть произведены довольно быстро, но для более крупных белков, таких как массивный мышечный белок титин, состоящий из 30 000 аминокислот, требуется два-три часа.

Рибосомы прокариот используют несколько иной процесс производства белков, чем рибосомы эукариот. К счастью, это различие представляет собой окно молекулярных возможностей для атаки антибиотиков, таких как стрептомицин. К сожалению, некоторые бактериальные токсины и вирус полиомиелита также используют его, чтобы атаковать механизм трансляции.

Чтобы просмотреть обзорную диаграмму производства белка, нажмите здесь.
(Схема откроется в отдельном окне)

Это изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, показывает часть шероховатой эндоплазматической сети в клетке корня растения кукурузы. Темные пятна - это рибосомы.

(любезно предоставлено Крисом Хоузом, Исследовательская школа биологии и молекулярных наук, Оксфордский университет Брукса, Оксфорд, Великобритания)

ПОСМОТРЕТЬ Рибосомы:

Рибосомы - это макромолекулярные производственные единицы. Они состоят из рибосомных белков (рибопротеинов) и рибонуклеиновых кислот (рибонуклеопротеидов). Слово «рибосома» образовано от «взятия»рибо'Из рибонуклеиновой кислоты и добавив ее к'сома', Латинское слово, обозначающее тело. Рибосомы могут быть связаны мембраной (мембранами), но они не являются мембранными.

Рибосома: микромашина для производства белков
Рибосома - это, по сути, очень сложная, но элегантная микромашина для производства белков. Каждая полная рибосома состоит из двух субъединиц. Рибосома эукариот состоит из нуклеиновых кислот и около 80 белков и имеет молекулярную массу около 4200000 Да. Около двух третей этой массы состоит из рибосомальной РНК, а одна треть - из примерно 50+ различных рибосомных белков.

Рибосомы находятся в прокариотических и эукариотических клетках митохондрий, хлоропластов и бактерий. Те, что обнаруживаются у прокариот, обычно меньше, чем у эукариот. Рибосомы в митохондриях и хлоропластах по размеру сходны с таковыми у бактерий. В клетке млекопитающего около 10 миллиардов белковых молекул, и большинство из них вырабатываются рибосомами. Быстрорастущая клетка млекопитающего может содержать около 10 миллионов рибосом. [Одна ячейка E. Coli содержит около 20 000 рибосом, что составляет около 25% от общей массы клеток].

Белки и нуклеиновые кислоты, которые образуют субъединицы рибосомы, образуются в ядрышке и экспортируются через ядерные поры в цитоплазму. Два субблока не равны по размеру и существуют в этом состоянии до тех пор, пока не потребуются для использования. Более крупная подгруппа примерно в два раза больше, чем меньшая.

Более крупный субблок выполняет в основном каталитическую функцию, меньший субблок - декодирующий. В большой субъединице рибосомная РНК выполняет функцию фермента и называется рибозимом. Меньшая единица связывается с мРНК, а затем фиксируется на более крупной субъединице. Однажды сформированные рибосомы не являются статическими единицами. Когда производство определенного белка завершается, две субъединицы разделяются и затем обычно разбиваются. Рибосомы существуют только временно.

Иногда субъединицы рибосомы допускают мРНК, как только мРНК выходит из ядра. Когда это происходит с множеством рибосом, структура называется полисомой. Рибосомы могут функционировать в «свободном» состоянии в цитоплазме, но они также могут «оседать» на эндоплазматическом ретикулуме с образованием «грубого эндоплазматического ретикулума». Там, где имеется грубый эндоплазматический ретикулум, ассоциация между рибосомой и эндоплазматическим ретикулумом (ER) облегчает дальнейшую обработку и проверку вновь образованных белков с помощью ER.

Белковая фабрика: сайт и услуги.

Все предприятия нуждаются в таких услугах, как газ, вода, канализация и коммуникации. Для того, чтобы они были предоставлены, должно быть место или участок.

Производство протеина также требует сервисных требований. Сайт, требующий предоставления услуг, образуется в небольшой субъединице рибосомы, когда цепь мРНК входит через одну селективную щель, а цепь инициаторной тРНК - через другую. Это действие заставляет маленькую субъединицу связываться с большой субъединицей рибосомы, чтобы сформировать полную и активную рибосому. Теперь можно начинать удивительный процесс производства белка.

Для трансляции и синтеза белка задействованы многие химические вещества-инициаторы и высвобождающие вещества, а также происходит множество реакций с использованием ферментов. Однако существуют общие требования, и они должны быть выполнены. В приведенном ниже списке показаны основные требования и способы их выполнения:

  • Требование: Безопасное (без загрязнений) и подходящее оборудование для процесса производства белка.
  • Обеспечение: это средство обеспечивается двумя рибосомными субединицами. Когда две субъединицы соединяются вместе, образуя полную рибосому, входящие и выходящие молекулы могут делать это только через селективные щели или туннели в молекулярной структуре.
  • Требование: Поставка информации в форме, которую рибосома может переводить с высокой степенью точности. Перевод должен быть точным, чтобы производились правильные белки.
  • Обеспечение: Информация доставляется ядром и доставляется к рибосоме в виде цепи мРНК. Когда мРНК образуется в ядре, интроны (некодирующие участки) вырезаются, а экзоны (кодирующие участки) соединяются вместе посредством процесса, называемого сплайсингом.
  • Требование: Запас аминокислот, из которых рибосомный механизм может получать определенные необходимые аминокислоты.
  • Обеспечение: Аминокислоты, поступающие в основном с пищей, обычно свободно доступны в цитоплазме.
  • Требование: Система, которая может выбирать и фиксировать аминокислоту в цитоплазме и доставлять ее к сайту трансляции и синтеза в рибосоме.
  • Обеспечение: Короткие цепи переносящей рибонуклеиновой кислоты (тРНК), сделанные в ядре и доступные в цитоплазме, действуют как «адаптерные инструменты». Когда цепь тРНК зафиксирована на аминокислоте, тРНК называется «заряженной». тРНК диффундирует в меньшую субъединицу рибосомы, и каждая короткая цепь тРНК будет доставлять ОДИН аминокислота.
  • Требование: Средство высвобождения в цитоплазму: а) новообразованный полипептид, (б) мРНК, которая использовалась в процессе трансляции, и (c) тРНК, которая доставила аминокислоту, которую она несла, и теперь "незаряжена".
  • Положение: (а) когда вновь образованная пептидная цепь продуцируется глубоко внутри большой субъединицы рибосомы, она направляется в цитоплазму по туннелю или щели. (б) «Использованная» мРНК покидает меньшую субъединицу рибосомы через туннель на стороне, противоположной точке входа. Движение через рибосому вызывается только односторонним, прерывистым движением рибосомы вдоль и в направлении входящей цепи мРНК. (c) тРНК в «незаряженном» состоянии уходит через туннель в молекулярной архитектуре большой субъединицы рибосомы.

Белковая фабрика: что происходит внутри?
- Посмотрите на линию по производству протеина, которая может соединять аминокислоты со скоростью 200 в минуту!

Теперь, когда мы рассмотрели требования и условия, необходимые для работы машины для производства белка, мы можем взглянуть на внутреннюю работу.

Как упоминалось ранее, в рибосоме происходит множество детальных биохимических реакций, и здесь приводится лишь краткое описание, чтобы проиллюстрировать эту концепцию.
(Пожалуйста, также смотрите «Схема рибосомы» в конце раздела)

В рибосоме есть ТРИ ЭТАПА и ТРИ РАБОЧИХ САЙТА, ​​задействованных в производственной линии белка.

Три ЭТАПЫ это (1) начало, (2) удлинение и (3) прекращение.

Три операционных или обязательных МЕСТА находятся А, П а также E чтение с сайта входа мРНК (обычно с правой стороны).

Сайты А а также п охватывают обе субъединицы рибосомы, причем большая часть находится в большой субъединице рибосомы, а меньшая часть - в меньшей субъединице. Сайт E, сайт выхода, находится в большой субъединице рибосомы.

Таблица сайтов связывания, положений и функций в рибосоме
(также см. схему рибосомы в конце раздела)

Сайт привязки

сайт входа нити мРНК

Биологический термин

Основные процессы

Допуск кодона мРНК и «заряженной» цепи тРНК. Проверка и расшифровка и начало «передачи» одной молекулы аминокислоты

Синтез пептидов, консолидация, удлинение и перенос пептидной цепи в сайт A

Siтe E

Подготовка «незаряженной» тРНК к выходу

Три этапа:

  1. Посвящение. На этом этапе небольшая субъединица рибосомы связывается с «начальным концом» цепи мРНК. «Инициатор тРНК» также входит в небольшую субъединицу. Затем этот комплекс присоединяется к большой субъединице рибосомы. В начале цепи мРНК есть сообщение «начало трансляции», и цепь тРНК, «заряженная» одной конкретной аминокислотой, входит сайт А рибосомы. Производство полипептида уже начато. Чтобы тРНК не отвергалась, трехбуквенная кодовая группа, которую она несет (называемая антикодоном), должна совпадать с трехбуквенной кодовой группой (называемой кодоном) на цепи мРНК. в рибосоме. Это очень важная часть перевод процесс, и удивительно, как мало происходит «ошибок перевода». [В общем, конкретная аминокислота, которую он несет, определяется трехбуквенным антикодоном, который он несет, например если трехбуквенный код - CAG (Cиттозин, Аденин граммuanine), затем он будет выбирать и транспортировать аминокислоту глутамин (Gln)].
  1. Удлинение.Этот термин охватывает период между инициированием и прекращением, и именно в это время вырабатывается основная часть обозначенного белка. Процесс состоит из серии циклов, общее количество которых определяется мРНК. Одним из основных событий при удлинении является транслокация. Это когда рибосома перемещается вдоль мРНК на одну кодонную выемку, и начинается новый цикл. Во время процесса «запуска» «инициирующая тРНК» переместится в сайт P (см. схему рибосомы в конце раздела), и рибосома войдет в участок А, новая тРНК, «заряженная» одной аминокислотой. «заряженная» тРНК находится в сайт А пока он не будет проверен и принят (или отклонен) и пока растущая пептидная цепь не присоединится к тРНК в сайт P, был передан ферментами в «заряженную» тРНК в сайт А. Здесь одна новая аминокислота передается тРНК и добавляется к пептидной цепи. Благодаря этому процессу длина пептидной цепи увеличивается на одну аминокислоту. [Образованию пептидной связи между растущей пептидной цепью и вновь поступившей аминокислотой способствует пептидилтрансфераза и происходит в большой субъединице рибосомы. Реакция происходит между тРНК, которая несет формирующуюся пептидную цепь, пептидил-тРНК, и тРНК, которая несет входящую аминокислоту, аминоацил-тРНК]. Когда это произошло, тРНК в сайт P, перенеся свою пептидную цепь и теперь без каких-либо прикреплений перемещается в сайт E сайт выхода. Далее, тРНК в участок А, в комплекте с пептидной цепью, увеличенной на одну аминокислоту, переходит на сайт P. В сайт P рибопротеины укрепляют связь пептидной цепи с вновь добавленной аминокислотой. Если пептидная цепь длинная, самая старая часть будет перемещена в цитоплазму, и за ней последует остальная часть цепи по мере ее образования.Следующий цикл
    С участием сайт А сейчас пусто перемещение происходит. Рибосома перемещается на расстояние в одну (трехбуквенную) кодонную выемку вдоль мРНК, чтобы ввести новый кодон в зону обработки. тРНК, "заряженная" присоединенной аминокислотой, теперь входит участок А, и при условии удовлетворительного совпадения кодона мРНК и антикодона тРНК цикл начинается снова. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет достигнута стадия завершения.
  2. Прекращение действия. Когда рибосома достигает конца цепи мРНК, появляется сообщение о конце или «конце белкового кода». This registers the end of production for the particular protein coded for by this strand of mRNA. ‘Release factor’ chemicals prevent any more amino acid additions, and the new protein (polypeptide) is completely moved out into the cytoplasm through a cleft in the large sub-unit. The two ribosome sub-units disengage, separate and are re-used or broken down.

  • Nearly all the proteins required by cells are synthesised by ribosomes. Ribosomes are found ‘free’ in the cell cytoplasm and also attached to rough endoplasmic reticulum.
  • Ribosomes receive information from the cell nucleus and construction materials from the cytoplasm.
  • Рибосомы translate information encoded in messenger ribonucleic acid (mRNA).
  • Они ссылка together specific amino acids to form polypeptides and they export these to the cytoplasm.
  • A mammalian cell may contain as many as 10 million ribosomes, but each ribosome has only a temporary existence.
  • Ribosomes can link up amino acids at a rate of 200 per minute.
  • Ribosomes are formed from the locking of a small sub-unit on to a large sub-unit. The sub-units are normally available in the cytoplasm, the larger one being about twice the size of the smaller one.
  • Each ribosome is a complex of ribonucleoproteins with two-thirds of its mass is composed of ribosomal RNA and about one-third ribosomal protein.
  • Protein production takes place in three stages: (1) initiation, (2) elongation, and (3) termination.
  • During peptide production the ribosome moves along the mRNA in an intermittent process called translocation.
  • Antibiotic drugs such as streptomycin can be used to attack the translation mechanism in prokaryotes. This is very useful. Unfortunately some bacterial toxins and viruses can also do this.
  • After they leave the ribosome most proteins are folded or modified in some way. This is called ‘post translational modification’.

An overview diagram of protein production, including a note about protein modification.


Neuroendocrinology: The Normal Neuroendocrine System

Vladimir Stanišić , . Bert W. O’Malley , in Progress in Brain Research , 2010

Regulation of steroid hormone receptor availability by modulation of steroid receptor mRNA stability and translation

Regulation of steroid receptor mRNA stability and translation occurs primarily through binding of specific mRNA-binding proteins or micro-RNAs (miRNA) to 3′UTR regulatory elements. Two regulatory elements are most prominent, AU-rich elements (AREs) and C-rich elements. AREs containing multiple copies of a 5′-AUUUA-3′ motif destabilize mRNAs, while C-rich elements are recognized and differentially regulated by poly(C)-binding proteins. The miRNAs are a class of regulatory modalities that interact with specific complementary sequences present in the 3′ UTR region of the receptor’s mRNA. All steroid hormone receptors contain an unusually long 3′UTR and a large number of ARE sequences in the 3′UTR, and allow steroid hormones to auto-regulate the mRNA expression levels of their cognate receptors ( Ing, 2005 ).

The ERα mRNA is 4.3 kb long and has a steady-state half-life of approximately five hours ( Fig. 4 ). The mRNA contains an extensive 3′ UTR which is three times as long as its open reading frame. The ERα 3′UTR is known to contain several regulatory elements including 14 putative class I AREs ( Green et al., 1986 Keaveney et al., 1993 Kenealy et al., 2000 ), but its stability can be altered in response to different stimuli ( Kenealy et al., 2000 ). Proteins such as AUFp45 bind ERα mRNA and increase its stability by protecting it from RNases ( Ing et al., 2008 ). Recently, several miRNAs – miR18a, miR22, miR206 and miR221/222 – have been shown to bind and negatively affect ERα mRNA stability and/or translation ( Adams et al., 2007 Liu et al., 2009 Pandey and Picard, 2009 Zhao et al., 2008b ). Functionally, the expression of miRNAs leads to a decrease in the cellular receptor pool and subsequently to attenuated cellular responses to estrogen stimulation.

Androgen receptor mRNA spans 7 kbs and is extensively regulated post-transcriptionally ( Waltering et al., 2006b ). Towards the 5′ end of the AR 3′UTR, the RNA-binding protein HuR binds and stabilizes mRNA by interacting with AREs. HuR belongs to the Elav/Hu family of RNA-binding proteins, which in addition to being a regulator of mRNA stability also has a function in shuttling AR mRNA from the nucleus to the cytoplasm. Two proteins bind the C-rich elements in the AR mRNA-CP1 and -CP2 both affect AR mRNA stability and the rate of translation ( Wilce et al., 2002 ). Recently, a new regulator of AR mRNA translation, hnRNP-K, has been identified in prostate cancer cells. The hnRNP-K can bind to both the 5′ and 3′ UTR regions as well as the coding region of the AR mRNA to inhibit its translation ( Mukhopadhyay et al., 2009 ). Overall, androgens and progestins generally increase the stability of AR and PR mRNA in prostate and endometrial cancers, respectively ( Ing, 2005 ).

Human GR mRNA contains numerous ARE elements and is subject to post-transcriptional regulation ( Schaaf and Cidlowski, 2002 ). In addition to its regulation by a protein binding to an ARE element in the GR 3′UTR, GR mRNA is also negatively regulated by two miRNAs – miR18 and miR124a. Interestingly, while miR18 is broadly expressed in many tissues, miR124a is exclusively expressed in the brain, suggesting a probable tissue-specific regulatory requirement for controlling GR mRNA expression in the nervous system ( Vreugdenhil et al., 2009 ). Generally, glucocorticoids tend to decrease the stability of GR mRNA in the kidney, liver and colon cells ( Ing, 2005 ).


Engineering RBS issues

Efficiency

Different RBSs bind ribosomes with different efficiencies. While the overall efficiency of translation may not be directly proportional to this RBS-binding efficiency, it is an important variable. In the future, we expect that this data book will have a table such as the following:

Standard BioBrick Ribosome Binding Sites

Part Number Binding Efficiency Последовательность
BBa_B0030 0.6 att aaa gag gag aaa
BBa_B0031 0.07 tca cac agg aaa cc
BBa_B0032 0.3 tca cac agg aaa g


A BioBrick engineer, armed with this table, could perform a first-order re-engineering of the transfer function by measuring a component with BBa_B0031 and then selecting a more appropriate RBS.

In order to allow for easy variation in the RBS, some BioBrick parts have their RBSs and their protein coding regions implemented as separate parts. For convenience, the combined, normalized part is also available. In order to divide the BioBrick part into its RBS and coding region, a set of BioBrick restriction sites must be designed.

Standard Assembly and the RBS

В RBS is physically near the start codon. (In BioBricks, this will always be ATG.) The "sequence logo", similar to a consensus sequence, for the RBS is shown below. The size of each letter is proportional to the frequency of that base in the RBS part.

This figure shows the RBS as an A/G-rich region about 10 bases upstream of the start codon. This leaves little room for a BioBrick restriction enzyme site. The standard assembly method of BioBricks normally results in an 8-base region containing a 6-base mixed SpeI/XbaI restriction site surrounded by a base on each end as shown below. If a start codon followed this sequence, the RBS would be significantly disturbed.

This problem is solved by changing the rightmost base from a G to a T. This results in the sequence shown below and limits the impact of the BioBrick overhead to six bases.


Смотреть видео: рибосома (February 2023).