Messenger RNA

Messenger -RNA eller mRNA er ribonukleinsyren, der overfører den genetiske kode fra cellekernens DNA til et ribosom i cytoplasmaet , det vil sige den, der bestemmer rækkefølgen, hvori et proteins aminosyrer vil blive forbundet og fungerer som en skabelon eller et mønster til syntesen af ​​proteinet. Det er en enkeltstrenget nukleinsyre , i modsætning til dobbeltstrenget DNA.

Selvom de fleste eukaryote mRNA'er er monocistroniske , dvs. de indeholder information om en enkelt polypeptidkæde , har nogle undersøgelser vist, at visse eukaryote gener organiseret i klynger transskriberes som polycistroniske , ligesom i prokaryote organismer . Polycistroniske mRNA'er koder for mere end ét protein . ]

Messenger-RNA-cyklussen i en eukaryot celle. Translation og transkription : DNA transskriberes til mRNA i cellekernen. Efterfølgende interagerer et ribosom, mRNA og mange tRNA'er, hver bundet til en aminosyre, for at producere et peptid- eller proteinmolekyle.

støbt

Messenger RNA-behandling

Messenger-RNA'et opnået efter transkription er kendt som primært transskriberet RNA eller precursor-RNA eller pre-RNA , som i de fleste tilfælde ikke frigives fra transkriptionskomplekset i en fuldt aktiv form, men skal undergå modifikationer, før det udøver sin funktion ( RNA- behandling eller modning ). Blandt disse modifikationer er eliminering af fragmenter ( splejsning ), tilføjelse af andre, der ikke er kodet i DNA'et og kovalent modifikation af visse nitrogenholdige baser . ]

Behandling i eukaryote celler

Figur 1. Faser af messenger-RNA: transkription, RNA-modning og translation

Specifikt omfatter behandlingen af ​​RNA i eukaryoter forskellige faser (figur 1):

Beskyttelse af den fælles landbrugspolitik

Processen begynder med tilføjelsen til 5'-enden af ​​den såkaldte " cap "- eller "cap"-struktur, som er et modificeret guanin - nukleotid , 7-methylguanosintriphosphat , som tilsættes til 5'-enden af ​​den transskriberede mRNA-kæde. primær (stadig placeret i cellekernen ) via en 5'-5' triphosphatbinding i stedet for den sædvanlige 3',5'- phosphodiesterbinding . Denne hætte er nødvendig for den normale proces med RNA-translation og for at bevare dens stabilitet. Dette er afgørende for korrekt ribosomgenkendelse og adgang . ]

Polyadenyleringssignal

Derefter sker polyadenyleringsprocessen , som består af tilføjelse til 3'-enden af ​​en poly-A-hale , en lang polyadenylatsekvens , det vil sige en strækning af RNA, hvis baser alle er adenin . Deres tilføjelse medieres af en polyadenyleringssekvens eller et signal (AAAAAA), der er placeret ca. 11-30 nukleotider før den oprindelige 3'-ende (figur 2). Denne hale beskytter mRNA'et mod nedbrydning og øger dets halveringstid i cytosolen , så mere protein kan syntetiseres. ]

Figur 2. mRNA med CAP-proteinet og poly A-kæden i enderne

Krydssignal

I de fleste tilfælde gennemgår messenger-RNA fjernelse af interne, ikke-kodende sekvenser kaldet introner . Dette forekommer ikke i prokaryote celler, da de ikke har introner i deres DNA. Processen med at fjerne introner og forbinde eller splejse exoner kaldes " splejsning " . Nogle gange kan det samme primære transkript eller præ-mRNA justeres på forskellige måder og gør det muligt at opnå flere forskellige proteiner med et enkelt gen; dette fænomen kaldes frem- og tilbagegående splejsning . Visse enzymer ser ud til at være involveret i redigering af RNA, før det eksporteres ud af kernen, udskifter eller fjerner forkerte nukleotider. Af denne grund er det muligt at sige, at den foldning, som mRNA'et gennemgår øjeblikke før elimineringen af ​​intronerne, giver det en sekundær struktur, som det til gengæld vil miste i det øjeblik, hvor disse introner elimineres. ]

Afsluttende proces

Det modne budbringer-RNA overføres til cellens cytosol , i tilfælde af eukaryote organismer , gennem porer i kernehylsteret . Når de først er i cytoplasmaet, kobles ribosomerne , som er det maskineri, der er ansvarligt for proteinsyntesen , til mRNA'et . I prokaryoter forekommer ribosombinding, mens mRNA-strengen syntetiseres. Efter en vis tid nedbrydes mRNA'et til dets komponentnukleotider, normalt ved hjælp af ribonukleaser . ]

Behandling i prokaryote celler

Processen med transkription og translation udføres på samme måde som i eukaryote celler. Den grundlæggende forskel er, at i prokaryoter gennemgår messenger-RNA ikke en modningsproces, og derfor tilføjes ingen hætte eller hale, eller introner fjernes. Det behøver heller ikke at komme ud af kernen som i eukaryoter, for i prokaryote celler er der ingen defineret kerne. ]

Monocistroniske og polycistroniske messenger RNA'er

• Monocistronisk mRNA – Har kun én AUG- startkodon , som genkendes af ribosomer for at initiere translation og dermed kun giver anledning til ét protein. Det siges at bære informationen om et enkelt gen. Det er almindeligt hos eukaryoter. ]
• Polycistronisk mRNA - har flere AUG startkodoner (så det vil også tage flere stopkodoner at stoppe dem, medmindre de overlapper læsekoden og går 3 ad gangen, i hvilket tilfælde en enkelt stopkodon kunne stoppe dem alle), hvilket giver anledning til til forskellige proteiner. Det siges at bære information fra flere gener. Det er almindeligt hos prokaryoter. ]

Sekvens mRNA afkodes i sæt af tre nukleotider

Når først et mRNA er blevet produceret, bruges det ved transkription og bearbejdning af informationen, der er til stede i dets sekvensnukleotider, til at syntetisere et protein. Transskription er let at forstå som et middel til informationsoverførsel: Da DNA og RNA er kemisk og strukturelt ens, fungerer DNA som en direkte skabelon for syntesen af ​​RNA ved basekomplementaritet. Med begrebet transskription menes, at det er, som om en håndskrevet besked for eksempel konverteres til en maskinskrevet tekst. Selve sproget og budskabets form ændres ikke, og de anvendte symboler hænger tæt sammen. ]

Transport af messenger RNA i stedet for proteiner

Transporten af ​​mRNA i stedet for protein har flere væsentlige fordele for en celle: ]

1. Transportomkostningerne reduceres, da flere proteinmolekyler kan oversættes fra et enkelt mRNA.
2. Transporten af ​​mRNA kan forhindre proteiner i at virke ektopisk, før de når det passende sted, hvilket er vigtigt i tilfælde af maternelle determinanter, da uhensigtsmæssig ekspression ville ændre det embryonale mønster.
3. Lokaliseret translation kan lette proteininkorporering i makromolekylære komplekser ved at generere høje koncentrationer af lokale proteiner og co-translatere forskellige underenheder.
4. Nydende proteiner kan have forskellige egenskaber fra allerede eksisterende proteiner i kraft af post-translationelle modifikationer eller ved foldningsveje hjulpet af proteinchaperoner .
5. Genekspression kan finjusteres i rum og tid.

Eksempler omfatter målretning af forskellige splejsninger til forskellig cellulær adfærd og den lokaliserede translationelle aktivering af mRNA specifikt ved dets mål, som reaktion på signaler såsom vejledningssignaler, neurotransmitterfrigivelse eller befrugtning. ]

Korrelation mellem mængden af ​​messenger RNA og protein

Eksperimenter har bestemt forholdet mellem mRNA og proteinekspressionsniveauer af udvalgte gener, der udtrykkes i gæren Saccharomyces cerevisiae . Til denne proces blev der udført et totallysat af gærene, og proteinindholdet blev adskilt ved hjælp af højopløselig todimensionel elektroforese. Takket være disse undersøgelser har det været muligt at identificere, at korrelationen mellem mRNA- og proteinniveauer er utilstrækkelig til kvantitativt at forudsige ekspressionsniveauerne af mRNA til at generere proteinet. en interessant observation. Interessante data opnået er, at skæve kodoner ikke er prædiktive til bestemmelse af protein- eller mRNA-niveauer.

Regulering af messenger-RNA-stabilitet i pattedyrsceller

Figur 3. Messenger RNA henfaldsveje i pattedyrceller. Afhængig deadenylering (venstre) og uafhængig (dvs. endonukleolytisk) deadenylering (højre) er repræsenteret af to adskilte veje.

Normalt koordinerer cellen nedbrydningen eller stabiliseringen af ​​forskellige funktionelle undergrupper af mRNA'er, der koder for proteiner, der kræves til biologisk metabolisme i pattedyr. Stimuli kan også gives, både iboende og ydre, som aktiverer signaltransduktionsveje, der modificerer de forskellige mekanismer for mRNA-nedbrydning (figur 3).

Hastighederne for messenger-RNA-nedbrydning ændrer sig ofte som reaktion på en stimulus, hvorved mængden af ​​mRNA hurtigt øges eller formindskes for at opfylde en celles behov afhængigt af de individuelle proteiner, der kodes for. Der er mange proteiner involveret i nedbrydningen af ​​messenger RNA, som er koncentreret på strategiske steder i cytoplasmaet og kaldes processing bodies ( "P-bodies" ), hele transskriptionerne af P-bodies kan forlade cytoplasmaet og vende tilbage til polyribosomerne for oversættelse. ]

Der er adskillige signalveje, der regulerer messenger-RNA-nedbrydning. En af de vigtigste er AUF1, som er en pathway, der er genstand for tyrosinphosphorylering ved virkningen af ​​enzymet NPM-ALK kinase (anaplastisk lymfom kinase, et protein udtrykt i en undergruppe af lymfosomer). AUF1- hyperphosphorylering bidrager til øget stabilitet af mRNA'er, der koder for adskillige cycliner såvel som oncoproteinet MYC. ]

Det er blevet set, at ikke-kodende RNA'er er involveret i messenger-RNA-nedbrydningsprocesser. Et klart eksempel er mikro-RNA og interfererende RNA, som udgør cirka 3 % af alle menneskelige gener og er ansvarlige for at regulere genekspression ved at kontrollere translationen og nedbrydningen af ​​mRNA.

Patologier

Kryptisk splejsning og mRNA-sygdomme

I betragtning af den grundlæggende betydning af splejsningsprocessen for genekspression i komplekse organismer og udbredelsen og den biologiske rolle af alternativ splejsningsregulering, er det ikke overraskende, at ændringer i disse processer er årsagen til genetiske sygdomme. Det er blevet anslået, at omkring 15 % af arvelige sygdomme er forårsaget af ændringer i de sekvenser, der er nødvendige for at skelne grænserne mellem exoner og introner. Disse sekvenser kaldes 5'-splejsningssteder (dem, der definerer enden af ​​en exon og begyndelsen af ​​den næste intron) og 3'-splejsningssteder (dem, der definerer enden af ​​en intron og begyndelsen af ​​den næste exon). . For eksempel er mutation af splejsningssteder eller aktivering af kryptiske splejsningssteder i introner af beta-globingenet en almindelig årsag til en af ​​de første identificerede genetiske sygdomme, beta-thalassæmi . Aktiveringen af ​​kryptiske steder resulterer i messenger-RNA'er med ændringer i læserammen, der giver anledning til ikke-funktionelle trunkerede proteiner. ]

Et andet eksempel på aktivering af kryptiske splejsningssteder med patologiske konsekvenser findes i den hyppigste mutation fundet hos patienter med det for tidlige ældningssyndrom kendt som Hutchinson-Gilford progeria . I dette tilfælde producerer aktiveringen af ​​et 5'-splejsningssted i et af exonerne af lamin A-genet et budbringer-RNA, hvis translation producerer et protein med en intern deletion på 50 aminosyrer, som har drastiske virkninger på kernens struktur. celle- og kromosomstabilitet. ]

Ansøgninger

Mikroarrays til at måle messenger RNA-transkriptioner

Opdagelsen i det sidste årti af "microarray"-teknologi har medført en revolution i de test, der er udført på RNA og DNA. I modsætning til traditionelle biologiske undersøgelser tillader "mikroarrays" måling af ekspressionsniveauer af tusindvis af messenger RNA-transkripter (mRNA) for at bestemme det globale mønster af genekspression i en given celle, væv eller organ. Siden dets fremkomst i slutningen af ​​det 20. århundrede har RNA-mikroarray-analyser været et væsentligt værktøj i både biologiske og biomedicinske undersøgelser på grund af dets store anvendelse på forskellige områder, idet de er afgørende i sygdomsstudier, i forsøg med modeldyr som Drosophila melanogaster og Caenorhabditis elegans og endda i planter. Der er anvendelser af RNA-ekspressionsmikroarrays i flere områder af biologisk undersøgelse, og det viser, at det er ved at blive en banebrydende metode inden for bioteknologi og biomedicin. ]

Dobbeltkanal mikroarrays

De omtales ofte som dual-channel "microarrays" eller tofarvede "microarrays", fordi to prøver, hver mærket med en forskellig fluorokrom, er hybridiseret på en enkelt sådan mikroarray. Som et resultat af at kombinere to prøver i en enkelt enhed, kan relative ekspressionsniveauer bestemmes ved hjælp af denne type mikroarray. Proberne på disse "mikroarrays" er oligonukleotider, komplementært DNA (cDNA) eller fragmenter af PCR-produkter; ​ giver hver type forskellige egenskaber til arrayet. På trods af disse forskelle er alle oligonukleotidmikroarrays ens med hensyn til arraykonstruktion, probeforberedelse og dataanalyse. ]

Selvom et væld af "mikroarrays" i øjeblikket er kommercielt tilgængelige, er hver især designet til en specifik art eller generel familie af organismer. Disse arrays er begrænset af den information, der er tilgængelig i genomiske databaser. Imidlertid er det kun genomerne fra nogle få arter, der er blevet fuldt sekventeret og er offentligt tilgængelige. For eksempel ved at gennemgå hjemmesiden for Affymetrix, et af de store kommercielle mikroarrayhuse, er genomerne tilgængelige for deres mikroarrays: Bacillus subtilis , Escherichia coli , Pseudomonas aeruginosa , medlemmer af slægten Plasmodium , Staphylococcus aureus og medlemmer af slægten Saccharomyces . Mikroarrays kan dog designes til mange flere arter, så længe deres genomiske sekvenser er tilgængelige for den pågældende organisme eller familie af organismer.

Se også

• ribosomal ribonukleinsyre
• overføre RNA
• kodon
• GÅ
• genetisk transkription

Eksterne links

• Wiktionary har definitioner og anden information om messenger RNA .