РНК Хранилища - Vault RNA

Много эукариотические клетки содержать большой рибонуклеопротеин частицы в цитоплазме, известные как своды.[1] Комплекс сводов включает основной белок свода (MVP ), два второстепенных белка свода (ВПАРП и TEP1 ) и множество небольших нетранслируемых молекул РНК. Учитывая связь с ядерной мембраной и расположение внутри клетки, считается, что своды играют роль во внутриклеточных и ядерно-цитоплазматических процессах транспорта.[2] Кроме того, учитывая, что структура и состав белков высоко консервативны среди видов, считается, что роли, которые играет свод, являются неотъемлемой частью эукариотической функции.

[3][4] Складной Homo sapiens Vault-associated RNA, ноябрь 2014 г.

В то время как белки хранилища, по-видимому, присутствуют в различных организмах, хранилища, изолированные от высших эукариот, содержат небольшую часть, около 5%, малых нетранслируемых РНК, называемых хранилище РНК, или же втРНК. Эти молекулы РНК полимераза III стенограммы. Кроме того, исследование с использованием криоэлектронная микроскопия, определили, что втРНК находятся рядом с концевыми крышками хранилищ. Такое расположение РНК указывает на то, что они могут взаимодействовать как с внутренней, так и с внешней стороной частицы хранилища.[5] В целом, в настоящее время считается, что vtRNAs не играют структурной роли в белке хранилища, а скорее играют какую-то функциональную роль.[6] Однако, несмотря на то, что объем исследований втРНК постоянно расширяется, твердого вывода о точной функции еще нет.

История

РНК хранилища была впервые идентифицирована как часть рибонуклеопротеинового комплекса хранилища в 1986 году.[7] С момента первого открытия некодирующая РНК в середине 1960-х годов к этой области проявился значительный интерес. Реализация этого интереса была очевидна в 1980-х годах во время череды открытий некодирующих РНК, таких как рибосомная РНК, мяРНК, Xist и РНК хранилища.

Ранние исследования 1990-х годов изучали особенности РНК хранилища и были сосредоточены на сохранении гена у животных. До сих пор хранилища РНК были изолированы от[8] люди, грызуны, и лягушки.

Белки хранилища, но не втРНК, также были обнаружены в[9] морской еж, Dictyostelium discoideum, и Акантамеба.

По мере того, как эта область прогрессировала в 2000-е годы, было проведено больше исследований структуры и биологических возможностей молекулы. В последнее время,[когда? ] Было проведено несколько экспериментов с РНК хранилища.

Выражение

Своды было обнаружено, что он высоко экспрессируется у «высших» эукариот, особенно у млекопитающих, амфибий и птиц, а также у «низших» эукариот, таких как Dictyostelium discoideum. Учитывая, что и структура, и состав белков высоко консервативны у этих видов, исследователи полагают, что их функция имеет решающее значение для функционирования эукариотических клеток.[8]

vtRNA имеет длину от 86 до 141 основания, в зависимости от вида. Хотя длина транскрипта остается в пределах определенного диапазона от вида к виду, уровень экспрессии может значительно измениться. Напр., Крысы и мыши экспрессируют одну vtRNA длиной 141 основание, тогда как лягушки экспрессируют 2 vtRNAs: одна длиной 89 оснований, а другая 94.[8]

Экспрессия втРНК у человека интересна, потому что исследователи обнаружили, что мы экспрессируем четыре родственных втРНК. В настоящее время идентифицированы и описаны только три; это: hvg1 (98 оснований), hvg2 (88 оснований) и hvg3 (88 оснований). Большая часть общей vtRNA была связана с типом hvg1.[2]

Несмотря на межвидовые различия в vtRNA, элементы промотора полимеразы III оказались высококонсервативными. Кроме того, предсказано, что все втРНК сворачиваются в сходные структуры «стебель-петля».[8]

Структура

РНК Убежища имеют довольно простой молекулярный состав с необычной симметрией. Они содержат несколько арок и имеют характерный полый бочкообразный каркас.[10] Хранилища довольно тяжелые, их вес составляет около 13 МДа. Таким образом, они представляют собой самые тяжелые рибонуклеопротеиновые комплексы, известные на сегодняшний день.[1] С другой стороны, они довольно малы по длине и составляют от 80 до 150 нуклеотидов. Их вторичные структуры имеют консервативные стержневые петли, которые соединяют 5 ’и 3’ концы молекулы, в дополнение к форме, напоминающей ручку-ножку.[11][неудачная проверка ] Есть полимераза III промоторные элементы, ящик A и ящик B, из которых ящик A принимает участие в сохранении структурных особенностей, а ящик B - нет.

Биологические приложения

Устойчивость к лекарству

РНК хранилища в сочетании с комплексом хранилища связаны с лекарственной устойчивостью.[12] Благодаря недавним открытиям было показано, что некодирующие РНК хранилища продуцируют РНК малых хранилищ через Дайсер механизм. Эти небольшие РНК хранилища затем работают в подобным образом к миРНК:[13] SvRNA связывает аргонавт белка и подавляет экспрессию CYP3A4, фермент, участвующий в метаболизм лекарств.[14]

Рак

Одна из основных причин рак неудачи лечения - это устойчивость раковых клеток к химиотерапевтическим препаратам. Было показано, что втРНК играют роль в этом явлении из-за их взаимодействия с некоторыми химиотерапевтическими препаратами через специфические сайты связывания. Считается, что эти взаимодействия приводят к экспорту химических агентов, высвобождаемых химиотерапевтическими препаратами.[15]

Эти выводы основаны на результатах исследования, которое показывает аномально высокие уровни экспрессии втРНК в раковых клетках (происходящих из клеточных линий глиобластомы, лейкемии и остеокарциномы), которые обладают устойчивостью к митоксантрон. Кроме того, то же исследование показало, что ослабленная экспрессия втРНК, коррелированная с тем, что раковые клетки стали более чувствительными или чувствительными к митоксантрону.[15] Исследования как таковые предполагают, что втРНК могут играть роль в блокировании попадания лекарств в их целевые сайты.

Болезнь дефицита NSUN2

Было показано, что некодирующие РНК хранилища содержат несколько цитозин остатки, которые были метилированы NSUN2 белок. В NSUN2 дефицитных клеток, потеря метилирования цитозина-5 вызывает неправильный процессинг в небольшие фрагменты РНК, которые в конечном итоге функционируют аналогично микро РНК. В результате было высказано предположение, что нарушение обработки РНК хранилища может способствовать симптомам, проявляющимся в NSUN2 дефицитные заболевания.[16]

Методы исследования

Хотя функция РНК-хранилища все еще относительно неизвестна, благодаря своей уникальной структуре эти молекулы стали полезными при разработке новых методов исследования. Одним из примеров этого является тот факт, что втРНК теперь используются для оценки производительности недавно[когда? ] создан инструмент исследовательских запросов, fragrep2.

Инструменты запроса используются для поиска областей схожих биологических последовательностей среди видов. Однако одна проблема заключается в том, что эти инструменты (например, самый известный, ВЗРЫВ ) заключается в том, что им сложно идентифицировать последовательности, содержащие вставки и удаления. Эти весьма изменчивые структурные изменения приводят к обману инструмента и ошибкам в их результатах.

Fragrep2 пытается решить эту проблему, используя алгоритм, основанный на образцах, который может сопоставить или почти сопоставить точные последовательности мотивов в желаемой молекуле. Чтобы помочь построить fragrep2, ученым потребовалась тестовая молекула, и они обнаружили, что РНК хранилища идеальны. Причина в том, что РНК хранилища обычно имеют две очень хорошо консервативные последовательности, окруженные областями с высокой вариабельностью.

Этот инструмент важен не только потому, что он помог продвинуть исследования РНК хранилища, но и из-за других его приложений в области РНК. РНК хранилища - не единственный вид РНК с таким типом полуконсервативной / сильно вариабельной структуры, другие известные РНК включают РНКазу P, РНКазу MRP и 7SK РНК.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Стендлер, Питер Ф .; Chen, Julian J.-L .; Хакермуллер, Йорг (2 июня 2009 г.). «Эволюция РНК Vault». Молекулярная биология и эволюция. 26 (9): 1975–1991. Дои:10.1093 / молбев / msp112. PMID  19491402.
  2. ^ а б Зон, Аренд ван; Моссинк, Мариеке; Хаутсмюллер, Адриан (1 февраля 2006 г.). «Подвижность хранилища частично зависит от микротрубочек, и свод может быть задействован в ядерной оболочке». Экспериментальные исследования клеток. 312 (3): 245–255. Дои:10.1016 / j.yexcr.2005.10.016. PMID  16310186.
  3. ^ «ГенБанк».
  4. ^ "Веб-сервер mfold". mfold.rna.albany.edu.
  5. ^ Конг, Лоуренс Б. Шива, Амара Ч; Кикхофер, Валери А. (20 марта 2000 г.). «Расположение РНК и моделирование домена повтора WD40 в хранилище». РНК. 6 (6): 890–900. Дои:10,1017 / с 1355838200000157. ЧВК  1369965. PMID  10864046.
  6. ^ Рим, Леонард. «Хранилища. Новые наночастицы». www.vaults.arc.ucla.edu. Лаборатория исследования вычислительных технологий.
  7. ^ Кедерша, Нидерланды; Рим, LH (1986-09-01). «Выделение и характеристика новой частицы рибонуклеопротеина: большие структуры содержат один вид малой РНК». Журнал клеточной биологии. 103 (3): 699–709. Дои:10.1083 / jcb.103.3.699. ISSN  0021-9525. ЧВК  2114306. PMID  2943744.
  8. ^ а б c d Макманус, Майкл. «РНК Убежища». McManus Lab.
  9. ^ Кикхофер, Валери; Searless, Роберт; Кедерша, Нэнси (15 апреля 1993 г.). «Частицы рибонуклеопротеина Vault от крысы и лягушки содержат родственную малую РНК, которая транскрибируется РНК-полимеразой III». Журнал биологической химии. 268 (11): 7868–7873.
  10. ^ Паттон, Кевин Т .; Тибодо, Гэри А. (март 2012 г.). Анатомия и физиология (PDF) (8-е изд.). Эльзевир. С. 78–80. ISBN  978-0-323-08357-7.
  11. ^ Зон, Аренд ван; Моссинк, Мариеке; Шостер, Матин (5 октября 2001 г.). «Множественные РНК Хранилища человека, экспрессия и связь с комплексом хранилища». Журнал биологической химии. 276 (40): 37715–37721. Дои:10.1074 / jbc.M106055200. PMID  11479319.
  12. ^ Констанце, Нанди; Мразек, Ян; Штойбер, Хериберт (15 мая 2009 г.). «Вызванная вирусом Эпштейна-Барра экспрессия новой РНК из хранилища человека». Журнал молекулярной биологии. 388 (4): 776–784. Дои:10.1016 / j.jmb.2009.03.031. PMID  19298825.
  13. ^ Перссон Х., Квист А., Валлон-Кристерсон Дж., Медстранд П., Борг А., Ровира С. (2009). «Некодирующая РНК свода частицы, связанной с множественной лекарственной устойчивостью, кодирует множество регуляторных малых РНК». Nat Cell Biol. 11 (10): 1268–71. Дои:10.1038 / ncb1972. PMID  19749744.
  14. ^ "Энтрез Ген: цитохром Р450".
  15. ^ а б Гопинатх, Субаш; Вадхва, Рену; Кумар, Пенметча (ноябрь 2010 г.). «Экспрессия некодирующей РНК хранилища в злокачественных клетках человека и ее важность в устойчивости к митоксантрону». Молекулярные исследования рака. 8 (11): 1536–46. Дои:10.1158 / 1541-7786.MCR-10-0242. PMID  20881010.
  16. ^ Хуссейн, Шобир; Саджини, Абдулрахим; Бланко, Сандра (25 июля 2013 г.). "NSun2-опосредованное метилирование цитозином-5 некодирующей РНК Vault определяет его процессинг в регуляторные малые РНК". Отчеты по ячейкам. 4 (2): 255–261. Дои:10.1016 / j.celrep.2013.06.029. ЧВК  3730056. PMID  23871666.
  17. ^ Стадлер, Питер Ф. Прогнозирование гена РНК (PDF).

внешняя ссылка