Ответы
Объяснение:
РНК — неотъемлемый участник большинства клеточных процессов. Прежде всего, РНК обеспечивают трансляцию: с матричных РНК (мРНК) считываются последовательности аминокислот в белке, транспортные РНК (тРНК) «поставляют» аминокислоты к месту синтеза, а саму реакцию осуществляют рибосомы, основной компонент которых, — рибосомные РНК (рРНК). Но роль РНК не ограничивается этими наиболее известными функциями. В последующие годы после открытия первых некодирующих РНК (тех, которые не кодируют белок, то есть всех не-мРНК) — рРНК и тРНК, — стало появляться множество новых данных об участии некодирующих РНК в самых разнообразных клеточных процессах. Оказалось, что РНК участвуют в таких важнейших клеточных процессах, как репликация (Y РНК), транскрипция (U1 РНК, 7SK РНК), сплайсинг (малые ядерные РНК U1, U2, U4, U5 и U6), процессинг (ряд малых ядрышковых РНК), клеточный транспорт (7SL РНК). Не так давно открытые микро-РНК и малые интерферирующие РНК участвуют в регуляции экспрессии генов и помогают в защите клетки от чужеродного генетического материала [2–5]. А некоторые молекулы РНК — рибозимы — даже могут осуществлять биохимические реакции, т.е. выступать в роли ферментов, что всегда считалось прерогативой белков. Так что, нет такой сферы клеточной деятельности, в которую не проникли молекулы РНК.
Как РНК образуются в клетке, изучено довольно хорошо. Но как эти молекулы разрушаются? И когда? Ведь некоторые РНК живут в клетке очень долго, другие же разрушаются за несколько минут. От чего это зависит?
Общие правила распада РНК
Рассмотрим сначала самый известный класс РНК — мРНК. У эукариот большинство мРНК имеет на 3’-конце «хвост» из многочисленных остатков аденина (обозначается как поли(А)). Присоединение поли(А)-хвоста к мРНК происходит в ядре с помощью определенного фермента. Для того, чтобы произошло полиаденилирование, необходимо, чтобы в составе мРНК был специальный сигнал — AAUAAA. В клетках млекопитающих поли(А)-хвост, достигающий длины 250 нуклеотидов, взаимодействует с поли(А)-связывающими белками (poly-A-binding protein, PABP). Поли(А)-хвост в комплексе с PABP очень важен: он участвует в транспорте мРНК из ядра в цитоплазму, в трансляции и защищает мРНК от распада, т.е. придает ей стабильность. Один белок PABP связывается с 12 аденозинами, но закрывает при этом 25–27 оснований. В цитоплазме плавают специальные ферменты — деаденилазы, — которые откусывают кусочки от поли(А)-хвостов. Если у мРНК поли(А)-хвост сократился до длины, недостаточной для связывания хотя бы одной молекулы PABP, то она подвергается быстрой деградации. Соответственно, первый шаг на пути деградации большинства мРНК — разрушение поли(А)-хвоста [6], [7].
После того, как мРНК потеряла свой хвост, она начинает сокращаться с одного из двух концов, или сразу с обоих. Один конец РНК называется 5’-концом, другой — 3’. За укорочение и постепенное разрушение РНК ответственны специализированные ферменты — экзонуклеазы. Приставка экзо означает, что данный тип нуклеаз действует с концов молекулы, постепенно «съедая» ее, в отличие от эндонуклеаз, которые разрезают РНК посередине. Интересно, что для сокращения РНК с каждой из двух сторон используются абсолютно разные экзонуклеазы. Если данной РНК суждено быть съеденной с 5’-конца, то сначала от нее отрезают кэп (модифицированный нуклеотид, который присоединен к большинству мРНК эукариот с 5’-конца), а потом уже в процесс вступает экзонуклеаза (чаще всего Xrn1). При деградации с 3’-конца основная роль принадлежит белковому комплексу экзосоме. Экзосома состоит из 10–12 белков (в том числе нескольких экзонуклеаз), которые образуют комплекс в форме бублика. Экзосома консервативна, она встречается у всех на данный момент исследованных эукариот; более того, схожие по структуре и функции белковые комплексы имеются и в клетках прокариот и архей (рис. 1) [8].