U molekulskoj biologiji, pet-prim kapiranje (5′ kap) je posebno izmijenjeni nukleotid na 5′ kraju nekih primarnih transkripata kao što je prekursorska informacijska RNK. Ovaj proces, poznat kao iRNK zatvaranje, je visoko reguliran i vitalan u stvaranju stabilne i zrele informacijske RNK sposobne da se podvrgne translaciji tokom sinteza proteina. Mitohondrijska iRNK[1] i hloroplastne iRNK[2] nije kapirana.

Struktura

Thumb
Struktura 5′ kapiranja (cap-2).
Thumb
Struktura riboze koja pokazuje položaj 2′, 3′ i 5′ ugljika.

Kod eukariota, 5′ kapa (cap-0), koja se nalazi na 5′ kraju molekule iRNK, sastoji se od guaninskih nukleotida povezanih sa iRNK preko neobičnih 5′ do 5′ trifosfatnih veza. Ovaj guanin je metiliran na poziciji 7  neposredno nakon zatvaranja in vivo pomoću metiltransferaze.[3][4][5][6] Pominje se kao 7-metilgvanilatna kapa, skraćeno m7G.

Kod višećelijskih eukariota i nekih virusa,[7] a postoje dalje modifikacije, uključujući metilaciju 2′ hidroksi-grupa prva 2 riboza šećera na 5′ kraju iRNK. cap-1 ima metiliranu 2′-hidroksi grupu na prvom riboznom šećeru, dok cap-2 ima metilirane 2′-hidroksi grupe na prva dva šećera riboze, prikazana na desnoj strani. 5′ kapa je hemijski slična 3′ kraju molekule RNK (5′ ugljik ribozne kae je vezan, a 3′ nevezan). Ovo pruža značajnu otpornost na 5′ egzonukleaze.

Male jedarne RNK sadrže jedinstvene 5′-kape. Sm-klase snRNK nalaze se sa 5'-trimetilgvanozinskim kapama, dok su snRNK klase Lsm sa 5'-monometilfosfatnim kapama.[8]

U Bacteria, a potencijalno i u višim organizmima, neke RNK su zatvorene sa NAD+, NADH, ili 3′-defosfo-koenzimom A.[9][10]

U svim organizmima, molekule mRNA mogu biti dekapirane u procesu poznatom kao dekapiranje informacijske RNK.

Proces kapiranja

Polazna tačka za zatvaranje 7-metilgvanilatom je nepromijenjeni 5′ kraj molekule RNK, koji završava na trifosfatnoj grupi. Ona sadrži završni nukleotid praćen sa tri fosfatne grupe vezane za 5′ ugljik.[3] Proces zatvaranja započinje prije završetka transkripcije, dok se sintetizira nova pre-iRNK.

  1. Jednu od terminalnih fosfatnih grupa uklanja RNK-trifosfatazu, ostavljajući bisfosfatnu grupu (tj. 5′(ppN)[pN]n);
  2. GTP se dodaje terminalnom bisfosfatu pomoću iRNK-gvanililtransferaza, gubeći pirofosfat iz GTP supstrata u procesu. Ovo rezultira trifosfatnom vezom 5′–5′, proizvodeći 5′(Gp)(ppN)[pN]n;
  3. 7-dušik guanina je metiliran iRNK (guanin-N7-)-metiltransferaza, sa S-adenozil-L-metioninom se demetilira da bi se proizveo S-adenozil-L-homocistein, što rezultira 5′(m7Gp)(ppN)[pN]n (cap-0);
  4. Kapa-susjedne modifikacije se mogu pojaviti, normalno na prvom i drugom nukleotidu, proizvodeći do 5′(m7Gp)(ppN*)(pN*)[pN]n (cap-1 i cap- 2);[7]
  5. Ako je najbliži nukleotid susjedni kapiranju 2′-O-riboza metil-adenozin (tj. 5′(m7Gp)(ppAm)[pN]n), može se dalje metilirati na N6 metilnoj poziciji da formira N6-metiladenozin, što rezultira 5′(m7Gp)(ppm6Am)[pN]n.[3]

Mehanizam zatvaranja sa NAD+, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A je drugačiji. Zatvaranje sa NAD+, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A postiže se kroz ab initio mehanizam za zatvaranje, u kojem NAD+, NADH ili 3′-desfosfo-koenzim A služi kao "nekanonski inicijacijski nukleotid" (NCIN) za inicijaciju transkripcije pomoću RNK-polimeraza i na taj način se direktno ugrađuje u RNA proizvod.[9] I bakterijska RNK-polimeraza i eukariotska RNK-polimeraza II su u stanju da izvedu ovaj ab initio mehanizam zatvaranja.[9]

Ciljanje

Za zatvaranje sa 7-metilgvanilatom, kapirajući enzimski kompleks (CEC) se vezuje za RNK-polimerazu II prije početka transkripcije. Čim 5′ kraj novog transkripta izađe iz RNK-polimeraze II, CEC provodi proces zatvaranja (ovakav mehanizam osigurava zatvaranje, kao kod poliadenilacija).[11][12][13][14] The enzymes for capping can only bind to RNA polymerase II, ensuring specificity to only these transcripts, which are almost entirely mRNA.[12][14]

Kapiranje sa NAD+, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A cilja promotorsku sekvencu.[9] Kapiraranje sa NAD+, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A javlja se samo na promotorima koji imaju određene sekvence na i neposredno uzvodno od mjesta početka transkripcije i stoga se javlja samo za RNK sintetizirane iz određenih promotora.[9]

Funkcija

Kapa 5′ kraja ima četiri glavne funkcije:

  1. Regulacija jedarnog eksporta;[15][16]
  2. Prevencija razgradnje egzonukleazama;[9][17][18][19]
  3. Promocija translacije (vidi ribosom i translacija);[3][4][5]
  4. Promocija ekscizije 5′ proksimalnog introna.[20]

Jedarni eksport RNK je reguliran kompleksom kapnog vezivanja (CBC), koji se vezuje isključivo za 7-metilgvanilatom kapiranu RNK. CBC tada prepoznaje i eksportuje kompleks jedarnih pora. Jednom u citoplazmi nakon pionirske runde translacije, CBC je zamijenjen translacijskim faktorima eIF4E i eIF4G kompleksa eIF4F.[6] Ovaj kompleks zatim prepoznaju drugi mehanizmi za iniciranje translacije uključujući ribosom.[21]

Kapiranje sa 7-metilgvanilatom sprečava razgradnju 5′ na dva načina. Prvo, degradacija iRNK putem 5′ egzonukleaza je spriječena (kao što je gore spomenuto) funkcionalnim izgledom 3′ kraja. Drugo, CBC i eIF4E/eIF4G blokiraju pristup dekapirajućim enzima u kapici. Ovo povećava poluživot iRNK, što je bitno kod eukariota, jer procesi eksporta i translacije traju značajno vrijeme.

Dekapiranje iRNK kapirane 7-metilgvanilatom katalizira kompleks dekapiranja koji se sastoji od najmanje Dcp1 i Dcp2, koji se moraju nadmetati sa eIF4E, da bi vezali kapu. Stoga je kapa od 7-metilgvanilata marker iRNK koja aktivno translatira i ćelije ga koriste za regulaciju poluživota iRNK kao odgovor na nove podražaje. Nepoželjne iRNK se šalju P-tijelo na privremeno skladištenje ili dekapiranje, čiji se detalji još uvijek rješavaju.[22]

Mehanizam promocije ekscizije 5′ proksimalnog introna nije dobro shvaćen, ali čini se da se kapica 7-metilgvanilata vrti okolo i stupa u interakciju sa splajsosomom u procesu spajanja, promovišući eksciziju introna.

Također pogledajte

Reference

Vanjski linkovi

Wikiwand in your browser!

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.

Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.

Chrome
Wikiwand for Chrome
Firefox
Wikiwand for Firefox