chemická zlúčenina From Wikipedia, the free encyclopedia
N6-Metyladenozín (m6A) je modifikovaný nukleozid, ktorý bol pôvodne identifikovaný a čiastočne charakterizovaný v 70. rokoch 20. storočia.[1][2][3][4] Je to bežná modifikácia mRNA a DNA.[5] Je prítomná u niektorých vírusov[1][4] a u väčšiny eukaryotov vrátane cicavcov,[2][3][6][7] hmyzu,[8] rastlín[9][10][11] a kvasiniek.[12][13] Takisto je prítomná v tRNA, rRNA, malej nukleárnej RNA (snRNA) a i v niekoľkých dlhých nekódujúcich RNA, napríklad Xist.[14][15]
N6-Metyladenozín | |
Všeobecné vlastnosti | |
Sumárny vzorec | C11H15N5O4 |
Synonymá | (2R,3S,4R,5R)-2-(Hydroxymetyl)-5-[6-(metylamino)-9H-purín-9-yl]oxolán-2,3-diol |
Fyzikálne vlastnosti | |
Molárna hmotnosť | 281,272 g/mol |
Ďalšie informácie | |
Číslo CAS | 1867-73-8 |
Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI. Ak nie je hore uvedené inak, údaje sú za normálnych podmienok. | |
Metylácia adenozínu je riadená veľkým komplexom m6A metyltransferázy, ktorý obsahuje METTL3 ako podjednotku, ktorá viaže SAM.[16] In vitro tento komplex preferenčne metyluje RNA oligonukleotidy, ktoré obsahujú sekvenciu GGACU[17] a podobná preferencia bola identifikovaná in vivo na značených m6A miestach v genómovej RNA vírusu Rousovho sarkómu[18] a v mRNA hovädzieho prolaktínu.[19] Nedávnejšie štúdie charakterizovali ostatné kľúčové zložky m6A metyltransferázového komplexu u cicavcov, vrátane METTL14,[20][21] proteín asociovaný s Wilmsovým tumorom 1 (WTAP),[20][22] KIAA1429 [23] a METTL5.[24] V roku 2010 sa uvažovalo o tom, že prítomnosť m6A v mRNA je dynamická a reverzibilná,[25] čo bolo neskôr potvrdené objavom prvej m6A demetylázy, proteín asociovaný s tukovou hmotou a obezitou (FTO), v roku 2011.[26] To takisto obnovilo záujem v štúdiu m6A. Neskôr bola objavená druhá m6A demetyláza, homológ enzýmu alkB (nazývaný ALKBH5).[27]
Biologické funkcie m6A sú sprostredkované pomocou proteínov, ktoré sa viažu na RNA, ktoré špecificky rozoznávajú metylovaný adenozín. Tieto bielkoviny sa nazývajú „čítačky“ m6A. Rodina enzýmov s doménami homológnymi s T521-B (YTH), ktorá obsahuje proteíny YTHDF1, YTHDF2, YTHDF3 a YTHDC1, boli charakterizované ako priamo „čítačky“ m6A a majú konzervované miesto na viazanie m6A.[15][28][29][30][31] Inzulínu podobne rastové faktory-2 mRNA viažuce proteíny 1, 2 a 3 (IGF2BP1-3) boli takisto popísané ako nová trieda „čítačiek“ m6A.[32] IGF2BP používajú K homológne domény na selektívne rozpoznávanie RNA, ktoré obsahujú m6A, a podporujú jej transláciu a zvyšujú stabilitu.[32] Tieto "čítačky" m6A, spolu s m6A metyltransferázami ("zapisovačmi") a demetylázami ("vymazávačmi"), tvoria komplexný mechanizmus regulácie m6A, v ktorom "zapisovače" a "vymazávače" rozhodujú o rozložení a prítomnosti m6A v RNA a "čítačky" sprostredkovávajú funkcie závislé na m6A. Okrem toho bolo ukázané, že m6A sprostredkováva i štrukturálny switch, nazvaný m6A switch.[33]
U kvasiniek Saccharomyces cerevisiae je homológ podjednotky METTL3, IME4, indukovaný v diploidných bunkách v rámci odpovede na neprítomnosť dusíka a fermentovateľného zdroja uhlíka. Je vyžadovaný na metyláciu mRNA a začiatok správnej meiózy a sporulácie.[12][13] mRNA IME1 a IM2, kľúčových regulátorov meiózy, sú známe ciele pre metyláciu a to isté platí aj o transkripte IME4.[13]
U rastlín je väčšina m6A prítomná v posledných 150 nukleotidoch pred poly(A) koncom mRNA.[34]
Mutácie enzýmu MTA, čo je homológ podjednotky METTL3 u Arabidopsis thaliana, majú za následok zastavenie rastu embrya v globulárnom štádiu. Zníženie m6A o 90 % u dospelých rastlín vedie k dramatickým zmenám rastu a homeotickým abnormalitám kvetov (kvety sa nevyvíjajú správne).[34]
Značenie m6A v ľudskej a myšej RNA viedlo k identifikácii viac ako 18 000 miest v transkriptoch, kde sa vyskytuje m6A, a viac ako 7 000 ľudských génov, ktoré obsahujú sekvenciu [G/A/U][G>A]m6AC[U>A/C] (tzv. konsenzuálna sekvencia),[14][15][35] čo odpovedá predtým odhaleným motívom, kde býva m6A prítomný (GGACU, viď vyššie). Lokalizácia jednotlivých miest, kde sa nachádza m6A, je v mnohých mRNA u ľudí a myší veľmi podobná[14][15] a transkriptómová analýza ukázala, že m6A sa nachádza v oblastiach, ktoré sú evolučne zachovávané.[14] m6A sa nachádza v dlhých vnútorných exónoch a je obzvlášť bežný v 3' UTR a poblíž stop kodónov. m6A v 3' UTR je takisto asociovaný s prítomnosťou miest, ktoré môžu viazať mciroRNA - asi 2/3 mRNA, ktoré obsahujú m6A v 3' UTR oblasti, majú aspoň jedno väzbové miesto pre microRNA.[14] Integráciou všetkých sekvencií s m6A bola vytvorená nová databáza, nazývaná RMBase, ktorá identifikovala a ukázala ~200 000 miesto v ľudskom a myšom genóme, ktoré odpovedajú prítomnosti m6A v RNA.[35]
Presné značenie m6A pomocou m6A-CLIP/IP[36] (skrátene m6A-CLIP) ukázala, že väčšina m6A sa nachádza v poslednom exóne mRNA v rôznych tkanivách/kultúrach ľudských a myších buniek[36] a že obohatenie m6A pri stop kodónoch je vlastne náhoda, pretože mnohé stop kodóny sa nachádzajú na začiatku posledných exónov, kde je skutočne vyšší výskyt m6A.[36] Vysoký výskyt m6A v poslednom exóne (≥ 70 %) umožňuje potenciálnu reguláciu 3' UTR, vrátane alternatívnej polyadenylácie.[36] Štúdia kombinujúca m6A-CLIP s rigoróznou frakcionáciou buniek ukázala, že m6A modifikácie mRNA vznikajú v nascentnej pre-mRNA a nie sú vyžadované na zostrih, ale rozhodujú o cytoplazmatickej dĺžke života mRNA.[37][38]
m6A je náchylný na dynamickú reguláciu počas vývoja i v rámci odpovedí na bunkové stimuly. Analýza m6A v RNA z myšieho mozgu ukázala, že hladina m6A je nízka počas vývoja embrya a dramaticky sa zvýši pred dovŕšením dospelosti.[14] Okrem toho platí, že umlčanie m6A metyltransferázy výrazne ovplyvňuje expresiu génov a alternatívnych zostrihov RNA, čo vedie k modulácii signálnej dráhy p53 (známeho i ako TP53) a apoptóze.[15]
m6A sa nachádza i na RNA v rámci R-slučiek (rozdelenej dvojzávitnici DNA, na ktorú je pripojená RNA, čím vzniká triplet DNA, DNA, RNA) v ľuďských bunkách, kde sa účastní regulácie stability hybridov RNA:DNA.[39]
Nedávno bol ukázaný význam m6A metylácie pre fyziologické procesy. Inhibícia m6A metylácie pomocou farmakologickej inhibície bunkovej metylácie alebo konkrétnejšie umlčaním m6A metylázy METTL3 pomocou siRNA viedlo k predĺženiu periódy circadiánneho rytmu. Naopak, zvýšená expresia METTL3 viedla ku kratšej perióde. Cicavčie cirkadiánne hodiny, ktoré sú zložené zo spätnoväzbovej transkripčnej slučky, ktorá ja prísne regulovaná, aby oscilovala s periódou približne 24 hodín, je teda extrémne senzitívna na zmeny v m6A-dependentnom spracovaní RNA, pravdepodobne kvôli prítomnosti m6A v transkriptoch potrebných génov.[40][41] Účinku globálnej inhibície metylácie na periódu cirkadiánneho rytmu u myších buniek sa dá predísť pomocou ektopickej (na nezvyčajnom mieste) expresie enzýmu z metabolizmu bakteriálnej metylácie. Myšie bunky exprimujúce tento bakteriálny proteín boli odolné voči farmakologickej inhibícii metylačného metabolizmu a navykazovali zníženie m6A metylácie mRNA alebo metylácie proteínov.[42]
Vzhľadom na verzatilitu m6A v mnohých fyziologických procesoch nie je prekvapivé, že existuje spojenie medzi m6A a mnohými ľudskými chorobami. Mnohé z nich existujú kvôli mutáciám alebo ako jednonukleotidové polymorfizmy. Spojenie medzi m6A a mnohými druhmi rakoviny bolo naznačené vo výskumoch a zahŕňa rakovinu žalúda, prostaty, prsníka, pankreasu, obličiek, mezotelióm, sarkóm a leukémiu.[43][44][45][46][47][48][49][50][51][52][53][54] Čím viac dát je dostupných, tým viac vyzerá, že m6A pôsobí na delenie rakovinových buniek. Je známe, že vyčerpanie METTL3 vedie k apoptóze rakovinových buniek znižuje ich invazívnosť,[55][56] zatiaľ čo aktivácia ALKBH5 kvôli hypoxii spôsobuje rozvoj rakovinových kmeňových buniek.[57] Bolo naznačené i to, že m6A sa účastní regulácie energetickej homeostázy a obezity, keďže FTO je hlavný regulačný gén na energetický metabolizmus a obezitu. Bolo ukázané, že jednonukleotidové polymorfizmy FTO sú asociované s indexom telesnej hmotnosti (BMI) v ľudskej populácii a výskytom obezity a diabetu.[58][59][60][61][62] Takisto bol navrhnutý možný vplyv FRO na pre-adipocytovú diferenciáciu.[63][64][65] Takisto bolo skúmané spojenie medzi m6A a neurónovými poruchami. Napríklad neurodegeneratívne poruchy môžu byť ovplyvnene m6A, pretože dopamínová signalizácia je závisla na FTO a správnej metylácii m6A kľúčových signalizačných transkriptov.[66] Je známe, že mutácie HNRNPA2B1, potenciálnej „čítačky“ m6A, vedú k neurodegenercii.[67] IGF2BP1–3, nový druh m6A „čítačiek“, má onkogénnu funkciu. Zníženie či zastavenie expresie IGF2BP1–3 vedie k zníženiu expresie proteínu MYC, proliferácii buniek a tvorby kolónií ľudských rakovinových buniek.[32] Pri znížení expresiu ZC3H13, zložky m6A metyltransferázového komplexu, bola pozorovaná značná inhibícia rastu kolorektálnnych rakovinových buniek.[68] Okrem toho bolo ovplyvňuje m6A i virálne infekcie. Mnohé RNA vírusy, vrátane SC40, adenovírusu, vírusu herpesu, vírusu Rousovho sarkómu a vírusu chrípky, obsahujú m6A metylácie na vírusovej genómovej RNA.[69] Ďalšie nedávne štúdie preukázali, že regulátory m6A ovládajú úspešnosť infekcie a replikácie RNA vírusov, ako je vírus HIV, vírus hepatitídy C a Zika vírusu.[70][71][72][73][74] Tieto výsledky naznačujú, že m6A a príbuzné faktory hrajú dôležitú úlohu v regulácii životného cyklu vírusu a interakcií vírusu s hostiteľom.
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.