Русская Википедия:Редактирование РНК

Строение эдитосомы — комплекса, осуществляющего редактирование РНК путём вставки или делеции

Редакти́рование РНК (Шаблон:Lang-en) — процесс, в ходе которого нуклеотиды в новосинтезированной РНК подвергаются химическим модификациям. Редактирование РНК также может включать вставку, делецию или замену нуклеотидов в молекуле РНК. Редактирование РНК — довольно редкий процесс, и типичные этапы процессинга мРНК (кэпирование, полиаденилирование, сплайсинг) обычно не рассматриваются как редактирование.

Редактированию подвергаются некоторые тРНК, рРНК, мРНК и микроРНК у эукариот и поражающих их вирусов, а также прокариот^[1]. Редактирование РНК происходит в клеточном ядре и цитозоле, а также в митохондриях и пластидах. У позвоночных редактирование РНК происходит редко и обычно выражается во внесении лишь небольших изменений в молекулу РНК. У некоторых других организмов, напротив, редактирование РНК происходит так интенсивно, что в конечной мРНК остаётся лишь несколько неотредактированных нуклеотидов. Процессы редактирования РНК очень разнообразны и в ходе эволюции появились независимо. Редактирование РНК может приводить к превращению цитидина (C) в уридин (U) и аденозина (A) в инозин (I) в результате дезаминирования, а также присоединению к РНК новых нуклеотидов и удалению уже входящих в её состав. Редактирование РНК может так изменить мРНК, что поменяется аминокислотный состав кодируемого белка и он будет отличаться от полипептида, предсказанного по последовательности гена^[2].

Редактирование путём вставки или делеции

Файл:Insertion.PNG

Эффект вставки урацилов в пре-мРНК

Редактирование РНК путём встраивания или удаления урацилов было описано в митохондриях кинетопластид Шаблон:Нп5^[3]^[4]^[5]^[6]^[7]^[8]^[9]^[10]. Редактирование РНК начинается со спаривания Шаблон:Нп5 нередактированного транскрипта с направляющей (гидовой) РНК, которая содержит комплементарные последовательности около сайтов встраивания или удаления. Образующийся двуцепочечный участок далее покрывается эдитосомой — крупным многобелковым комплексом, катализирующим редактирование РНК^[4]^[5]. Эдитосома начинает встраивание уридинов по первому положению неспаренных нуклеотидов. Встраиваемые уридины образуют комплементарные связи с направляющей РНК, и встраивание продолжается, пока в направляющей РНК встречаются A или G, и останавливается при появлении C или U^[6]^[7]. Встраиваемые нуклеотиды вызывают сдвиг рамки считывания и приводят к тому, что транслируемый белок отличается от кодирующей области гена.

В ходе редактирования происходит разрезание по сайту, где не образуются комплементарные пары между направляющей РНК и нередактированным транскриптом. Следующая стадия катализируется ферментом концевой уридинтрансферазой, которая добавляет U из UTP к 3'-концу мРНК^[8]. «Открытые» концы удерживаются другими белками эдитосомного комплекса. Другой фермент, U-специфичная экзорибонуклеаза, удаляет неспаренные уридины. После того как эдитосомный комплекс делает последовательность мРНК комплементарной направляющей РНК, РНК-лигаза соединяет концы отредактированной мРНК^[9]. Эдитосомный комплекс способен редактировать мРНК лишь в направлении от 3'-конца к 5'-концу. Комплекс способен редактировать только по одной РНК в момент времени. РНК, для которой требуется значительное редактирование, нуждается в нескольких направляющих РНК и нескольких эдитосомных комплексах.

Редактирование посредством дезаминирования

Редактирование C → U

Файл:Apobgene.PNG

Редактирование C → U в человеческом гене apoB

Под действием фермента Шаблон:Нп5 происходит реакция дезаминирования, превращающая цитидин в урацил. Редактирование C → U может быть рассмотрено на примере гена аполипопротеина B у человека. В печени экспрессируется его изоформа Apo B100, а в кишечнике — apo B48. В клетках кишечника мРНК аполипопротеина B подвергается C → U редактированию, из-за которого кодон CAA превращается в стоп-кодон UAA, и синтезируется изоформа apo B48. Редактирование C → U часто происходит в митохондриальных РНК цветковых растений. У разных растений интенсивность редактирования C → U варьирует: у мха Шаблон:Нп5 в митохондриальных РНК происходит восемь актов редактирования, а у плауна Шаблон:Нп5 — около 1700^[11]. Превращение C → U осуществляется семейством белков с пентатрикопептидными повторами (Шаблон:Lang-en). Это семейство богато представлено у цветковых растений: так, у Arabidopsis насчитывается 450 белков этого семейства. Белки PPR были описаны также в пластидах и митохондриях^[12].

Редактирование A → I

На долю превращений аденозина в инозин (A → I) приходится около 90 % всех случаев редактирования РНК. Дезаминирование аденозина катализируется Шаблон:Нп5 (Шаблон:Lang-en), которые обычно действуют на предшественников мРНК (пре-мРНК). Дезаминирование аденозина с образованием инозина разрушает спаривание оснований в двуцепочечной РНК (дцРНК), поэтому некоторые двуцепочечные РНК дают начало меньшему количеству малых интерферирующих РНК, чем другие. В дезаминированной дцРНК формируются wobble-взаимодействия между парами оснований, из-за чего молекула приобретает необычную структуру, подавляющую инициацию трансляции. РНК, содержащая пары U — I, привлекает Шаблон:Нп5, участвующие в образовании гетерохроматина, кроме того, сайты редактирования A → I часто совпадают с сайтами связывания с микроРНК, что создаёт конкуренцию между двумя процессами^[13]. Редактирование A → I активно изучается в связи с концепцией Шаблон:Нп5, которая гласит, что химические модификации РНК могут влиять на её функции^[14]^[15]. Когда в ходе трансляции рибосома встречается с инозином, она распознаёт его как гуанин, хотя некоторые исследования свидетельствуют, что I может считываться как A и U. Кроме того, показано, что рибосома замедляется, когда встречает инозин в мРНК^[16].

Интенсивность редактирования A → I может быть тканеспецифичной, как в случае Шаблон:Нп5 человека^[17]. В числе факторов, влияющих на интенсивность редактирования, называют эффективность сплайсинга пре-мРНК^[18].

В связи с интенсивным развитием технологий высокопроизводительного секвенирования стало возможным создание баз данных, содержащих сведения о редактировании различных РНК. В 2013 году был открыт каталог RADAR (от Шаблон:Lang-en), содержащий сайты редактирования A → I, а также данные о таких тканеспецифичных заменах у человека, мыши и дрозофилы. В базу постоянно заносятся новооткрытые сайты редактирования^[19].

Альтернативное редактирование мРНК

В случае гена Шаблон:Нп5 было описано альтернативное редактирование РНК U → C^[20], кроме того, случаи неканонического редактирования G → A известны для транскриптов Шаблон:Нп5 K в нормальных и злокачественных клетках толстой кишки^[21]. Редактирование G → A было также отмечено, наряду с неклассическим превращением U → C, в транскриптах триптофангидроксилазы 2 в нейронах^[22]. Хотя наиболее простым механизмом превращения U → C может быть обратное аминирование, предполагается, что в митохондриальных транскриптах в основе редактирования U → C лежат реакции трансаминирования и трансгликозилирования^[23]. В середине 2010-х годов исследование редактирования G → A в транскрипте WT1 показало, что это превращение наиболее активно происходит в двух точках под действием фермента Шаблон:Нп5 (каталитический полипептид 3A фермента редактирования мРНК аполипопротеина B)^[24].

Редактирование РНК в митохондриях и пластидах растений

Многочисленные исследования показали, что в митохондриях растений РНК подвергается только редактированию C → U и, очень редко, U → C^[25]^[26]^[27]^[28]^[29]^[30]^[31]^[32]^[33]^[34]^[35]^[36]^[37]. Сайты редактирования находятся преимущественно в кодирующих областях мРНК, интронах и других нетранслируемых областях^[27]. Редактирование РНК может быть необходимым для восстановления функциональности молекул тРНК^[29]^[30]. Хотя сайты редактирования C → U в пластидах и митохондриях изучены относительно хорошо^[38], все белки, образующие соответствующие эдитосомы, ещё не идентифицированы. Показано, что в распознавании сайтов редактирования участвуют члены многочисленного белкового семейства PPR^[39]. Для редактирования в некоторых сайтах необходимы белки семейства MORF (от Шаблон:Lang-en). Так как некоторые белки семейства MORF взаимодействуют с членами семейства PPR, возможно, что белки MORF входят в состав эдитосомы^[40]. Ферменты, ответственные за дезаминирование и трансаминирование в органеллах, ещё не определены, но, возможно, эти реакции осуществляют члены семейства PPR. Редактирование РНК необходимо для нормального клеточного дыхания и трансляции в клетках растений. Редактирование антикодоновой петли может восстанавливать функциональность молекул тРНК^[41].

Редактирование РНК у вирусов

Некоторые вирусы, такие как возбудители кори, Шаблон:Нп5 и парагриппа, используют редактирование РНК для получения новых вариантов белков^[42]^[43]. Вирусные РНК синтезируют кодируемые вирусами РНК-зависимые РНК-полимеразы, которые иногда «запинаются» на определённых сочетаниях нуклеотидов. Остановка РНК-полимеразы может привести к вставке дополнительных гуаниновых или адениноных нуклеотидов. Вставка дополнительных нуклеотидов смещает рамку считывания, что приводит к образованию новых форм белков. Кроме того, к 3'-концу созревающих вирусных мРНК может добавляться до нескольких сотен дополнительных адениновых нуклеотидов, которые стабилизируют мРНК^[44].

Функции

Редактирование РНК может выполнять несколько функций. В частности, оно может быть связано с деградацией РНК. В 2008 году было показано, что ADAR и Шаблон:Нп5 (фермент, участвующий в нонсенс-опосредованном распаде) взаимодействуют друг с другом и со сплайсосомой, формируя супрасплайсосому, и могут подавлять экспрессию некоторых генов. Подобно альтернативному сплайсингу, редактирование РНК может приводить к появлению новых форм белков за счёт замен, а также появления или удаления сайтов сплайсинга. Редактирование некодирующих РНК может изменить их структуру или привести к новым мутациям в вирусных геномах. Редактирование РНК может также представлять собой механизм защиты от ретротранспозонов^[45].

Файл:RNA Editing.png

Функции редактирования РНК

Происхождение и эволюция

У истоков редактирования РНК животных могли стоять мононуклеотиддезаминазы, которые дали начало обширным белковым семействам, включающим такие ферменты редактирования РНК, как ADAR и Шаблон:Нп5. Последовательности этих генов сближают их с бактериальными дезаминазами, участвующими в метаболизме нуклеотидов. Аденозиндезаминаза кишечной палочки Escherichia coli не может катализировать дезаминирование нуклеозида в РНК: её «карман», в котором и происходит реакция, слишком мал, чтобы вместить целую молекулу РНК. Однако расширение активного сайта наблюдается в человеческих белках APOBEC1 и ADAR, которые могут катализировать дезаминирование РНК^[46]^[47]. Масштабное редактирование РНК, зависимое от направляющих РНК, такое как вставка нескольких уридиновых нуклеотидов у трипаносом, представляет собой совершенно иную биохимическую реакцию. Ферменты, ответственные за этот процесс, произошли от абсолютно других предшественников^[4]^[48]. Однако специфичность вставки нуклеотидов, определяемая взаимодействием направляющей РНК с мРНК, схожа с процессом редактирования тРНК, протекающим в митохондриях животных и амёб Шаблон:Нп5^[49]. Более того, этот процесс схож с метилированием рибозы в рРНК с участием направляющих РНК, которое происходит у всех эукариот^[50].

Кардинально различающиеся пути редактирования РНК свидетельствуют, что они возникали независимо в ходе эволюции^[51]. В некоторых источниках редактирование РНК рассматривают как процесс, направленный на устранение дефектов в последовательностях генов или их компенсацию^[52].

См. также

CRISPR-Cas13

Примечания

Шаблон:Примечания

Шаблон:Посттранскрипционные модификации Шаблон:Хорошая статья

[1] Шаблон:Cite pmid

[2] Шаблон:Cite pmid

[red2-3] Шаблон:Cite pmid

[red3-4] 4,0 ^4,1 ^4,2 Шаблон:Cite pmid

[red4-5] 5,0 ^5,1 Шаблон:Cite pmid

[red5-6] 6,0 ^6,1 Шаблон:Cite pmid

[red6-7] 7,0 ^7,1 Шаблон:Cite pmid

[red7-8] 8,0 ^8,1 Шаблон:Cite pmid

[red8-9] 9,0 ^9,1 Шаблон:Cite pmid

[red9-10] Шаблон:Cite pmid

[11] Шаблон:Cite pmid

[12] Шаблон:Cite pmid

[13] Шаблон:Cite pmid

[14] Шаблон:Cite pmid

[15] Шаблон:Cite pmid

[16] Шаблон:Cite pmid

[17] Шаблон:Cite pmid

[18] Шаблон:Cite pmid

[19] Шаблон:Cite pmid

[20] Шаблон:Cite pmid

[21] Шаблон:Cite pmid

[22] Шаблон:Cite pmid

[23] Шаблон:Cite pmid

[24] Шаблон:Cite pmid

[Covello_11-25] Шаблон:Cite pmid

[Gualberto_12-26] Шаблон:Cite pmid

[Hiesel_13-27] 27,0 ^27,1 Шаблон:Cite pmid

[Hoch_14-28] Шаблон:Cite pmid

[Pring_15-29] 29,0 ^29,1 Шаблон:Cite pmid

[Wissinger_16-30] 30,0 ^30,1 Шаблон:Cite pmid

[Grienenberger_17-31] Шаблон:Cite pmid

[Malek_18-32] Шаблон:Cite pmid

[Freyer_19-33] Шаблон:Cite pmid

[Dietrich_20-34] Шаблон:Cite pmid

[Bock_21-35] Шаблон:Cite pmid

[Gray_22-36] Шаблон:Cite pmid

[Marchfelder_23-37] Шаблон:Книга

[38] Шаблон:Cite pmid

[39] Шаблон:Cite pmid

[40] Шаблон:Cite pmid

[Price_24-41] Шаблон:Книга

[Curran_26-42] Шаблон:Cite pmid

[Zheng_27-43] Шаблон:Cite pmid

[Kolakofsky_28-44] Шаблон:Книга

[45] Шаблон:Cite web

[Carter_29-46] Шаблон:Книга

[Navaratnam_30-47] Шаблон:Cite pmid

[Covello_31-48] Шаблон:Cite pmid

[Lonergan_32-49] Шаблон:Cite pmid

[Bachellerie_33-50] Шаблон:Книга

[Speijer_2011-51] Шаблон:Cite pmid

[Stoltzfus_1999-52] Шаблон:Cite pmid

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

[44]

[45]

[46]

[47]

[48]

[49]

[50]

[51]

[52]

Партнерские ресурсы
Криптовалюты	Обмен криптовалют - www.bestchange.ru Криптовалютная биржа CoinEx Криптовалютная биржа Binance HIVE OS - операционная система для майнинга e4pool - Мультивалютный пул для майнинга.
Магазины	AliExpress — глобальная виртуальная (в Интернете) торговая площадка, предоставляющая возможность покупать товары производителей из КНР; computeruniverse.net - Интернет-магазин компьютеров(Промо код 5 Евро на первую покупку:FWWC3ZKQ);
Хостинг	DigitalOcean - американский провайдер облачных инфраструктур, с главным офисом в Нью-Йорке и с центрами обработки данных по всему миру;
Разное	Викиум - Онлайн-тренажер для мозга Like Центр - Центр поддержки и развития предпринимательства. Gamersbay - лучший магазин по бустингу для World of Warcraft. Ноотропы OmniMind N°1 - Усиливает мозговую активность. Повышает мотивацию. Улучшает память. Санкт-Петербургская школа телевидения - это федеральная сеть образовательных центров, которая имеет филиалы в 37 городах России. Lingualeo.com — интерактивный онлайн-сервис для изучения и практики английского языка в увлекательной игровой форме. Junyschool (Джунискул) – международная школа программирования и дизайна для детей и подростков от 5 до 17 лет, где ученики осваивают компьютерную грамотность, развивают алгоритмическое и креативное мышление, изучают основы программирования и компьютерной графики, создают собственные проекты: игры, сайты, программы, приложения, анимации, 3D-модели, монтируют видео. Умназия - Интерактивные онлайн-курсы и тренажеры для развития мышления детей 6-13 лет SkillBox - это один из лидеров российского рынка онлайн-образования. Среди партнеров Skillbox ведущий разработчик сервисного дизайна AIC, медиа-компания Yoola, первое и самое крупное русскоязычное аналитическое агентство Tagline, онлайн-школа дизайна и иллюстрации Bang! Bang! Education, оператор PR-рынка PACO, студия рисования Draw&Go, агентство performance-маркетинга Ingate, scrum-студия Sibirix, имидж-лаборатория Персона. «Нетология» — это университет по подготовке и дополнительному обучению специалистов в области интернет-маркетинга, управления проектами и продуктами, дизайна, Data Science и разработки. В рамках Нетологии студенты получают ценные теоретические знания от лучших экспертов Рунета, выполняют практические задания на отработку полученных навыков, общаются с экспертами и единомышленниками. Познакомиться со всеми продуктами подробнее можно на сайте https://netology.ru, линейка курсов и профессий постоянно обновляется. StudyBay Brazil – это онлайн биржа для португалоговорящих студентов и авторов! Студент получает уникальную работу любого уровня сложности и больше свободного времени, в то время как у автора появляется дополнительный заработок и бесценный опыт. Автор24 — самая большая в России площадка по написанию учебных работ: контрольные и курсовые работы, дипломы, рефераты, решение задач, отчеты по практике, а так же любой другой вид работы. Сервис сотрудничает с более 70 000 авторов. Более 1 000 000 работ уже выполнено. StudyBay – это онлайн биржа для англоязычных студентов и авторов! Студент получает уникальную работу любого уровня сложности и больше свободного времени, в то время как у автора появляется дополнительный заработок и бесценный опыт.