snoRNAs. Анализ текста.

В клетках эукариот значительная часть генов кодирует не белки, а так называемые некодирующие РНК (нкРНК). Они регулируют процессы жизнедеятельности клетки. Существует несколько разновидностей нкРНК. Одна из них - малые ядрышковые РНК (мякРНК, англ. -small nucleolar RNAs, snoRNAs). У млекопитающих их известно более 200 видов. Они необходимы для модификации нуклеотидов рибосомной РНК (рРНК): мякРНК определяет, какой именно нуклеотид будет модифицирован, а связанные с мякРНК белки осуществляют модификацию.

18S рРНК (длина \approx 2000 нуклеотидов), 5.8S рРНК (\approx 150 нуклеотидов)и 28S рРНК (\approx 5000 нуклеотидов) транскрибируются в ядрышке РНК-полимеразой I всоставе единого предшественника (пре-рРНК). Затем в него вносится несколько разрывов, в результате чего высвобождаются молекулы рРНК. Одновременно с разрезанием происходит модификации нуклеотидов рРНК.После завершения этих процессов происходит сборка субъединиц рибосом: синтезированные в цитоплазме белки направляются в ядрышко, где объединяются с рРНК, формируя большую и малую субъединицы рибосом, которые затем транспортируются в цитоплазму. В цитоплазме малая субъединица объединяетсяс 5'- концом иРНК и сканирует ее до обнаружения стартового кодона АUG, после чего присоединяется большая субъединица, и начинается синтез белка.

Две наиболее распространенные модификации рРНК - метилирование остатков рибозы по 2'-ОН (рис.1 А) и превращение уридина в псевдоуридин (рис.1 Б). В рРНК насчитывается примерно 100 модификаций каждого вида (всего \approx 200 штук). Эти модификации необходимы для нормального функционирования рибосомы: они обеспечивают правильное формирование пространственной структуры рРНК и стабилизируют её. Так, у архебактерий максимальное количество модифицированных нуклеотидов в рРНК наблюдается у видов, растущих при наиболее высоких температурах (у архебактерий нет ядрышка, тем не менее, аналогимякРНК у них есть).Интересно, что у эукариот в зависимости от типа клеток и условий среды количество модифицированных нуклеотидов в рРНК может отличаться. То есть бывает так, что некоторые нуклеотиды модифицированы в одних клетках (илипри одних условиях) и не модифицированы в других. Это позволяет тонко подстраивать структуру рибосом под условия среды.

Рисунок 1. Модификации рРНК. А. 2'-О-метилирование рибозы. Добавленная в ходе модификации метильная группа выделена красным. Б. Образование псевдоуридина из уридина.

Существует два семейства мякРНК: C/D и H/ACA.МякРНК C/D-семейства определяют нуклеотид рРНК, который будет подвергнут2'-О-метилированию,а мякРНК семейства Н/АСА - псевдоуридилированию. За каждую такую модификациюотвечает определенная мякРНК. МякРНК семейства C/Dимеют длинуоколо 70 нуклеотидов и содержат так называемые боксы C (UGAUGA), D (СUGA), а также, как правило, их копии C' и D' (рис.2). В направлении 5'-конца от бокса D и (или) D' расположены так называемые антисмысловые элементы – последовательности длиной 10–15 нуклеотидов, комплементарные фрагменту рРНК и способные взаимодействовать с ним. В результате такого взаимодействия нуклеотидрРНК, входящий в образующийся дуплекс и отделенный четырьмя нуклеотидами от последовательности D и (или) D', подвергается 2'-Ометилированию (рис.2). Некоторые мякРНК содержат два антисенс-элемента, другие - один. Реакцию метилирования осуществляетфибрилларин - один из белков, связанных с C/D мякРНК.

Рисунок 2. Строение мякРНК C/D-семейства. Представлена вторичная структура мякРНК с двумя антисенс-элементами. Последовательность рРНК выделена зеленым. Нуклеотид, подвергающийся модификации, отмечен красной звездочкой. Остальные пояснения см. в тексте.

Гены мякРНК организованы очень необычным образом: у позвоночных почти все они расположены в интронах других генов, называемых поэтому гены-хозяева (рис.3). В результате транскрипции такого гена образуется предшественник иРНК (пре-иРНК). МякРНК вырезаются из интронов во время сплайсинга пре-иРНК (гены эукариот имеют мозаичную структуру: кодирующие участки -экзоны - чередуются с некодирующими - интронами. Зрелая иРНК образуется в результате вырезания интронов и сшивания экзонов - этот процесс называют сплайсингом), рис.3. Гены-хозяева, как правило, кодируют белки, связанные с формированием рибосом и процессом трансляции. Это позволяет координировать процессы, связанные с трансляцией.

Рисунок 3. Созревание мяк РНК

Задания:

1. Выберите варианты, верно описывающие последовательность событий, происходящих в клетке.

А. Синтез пре-рРНК РНК-полимеразой II - разрезание пре-рРНК и модификация нуклеотидов рРНК - сборка большой и малой субъединиц в ядрышке -транспорт субъединиц в цитоплазму - ассоциация малой субъединицы с иРНК - сканирование малой субъединицей иРНК от 5' к 3'- концу- присоединение большой субъединицы - начало синтеза белка

Б. Синтез пре-рРНК РНК-полимеразой II - модификация нуклеотидов рРНК- разрезание пре-рРНК - сборка большой и малой субъединицв цитоплазме -транспорт субъединиц из ядра в цитоплазму - ассоциация малой субъединицы с иРНК - присоединение большой субъединицы - сканирование малой субъединицей иРНК от 5' к 3'- концу-начало синтеза белка

В. Синтез пре-рРНК РНК-полимеразой I - разрезание пре-рРНК и модификация нуклеотидов рРНК - сборка большой и малой субъединиц в ядрышке - транспорт субъединиц в цитоплазму - ассоциация малой субъединицы с иРНК - сканирование малой субъединицей иРНК от 5' к 3'- концу- присоединение большой субъединицы- начало синтеза белка

Г. Синтез пре-рРНК РНК-полимеразой II - разрезание пре-рРНК и модификация нуклеотидов рРНК - сборка большой и малой субъединиц в ядрышке -ассоциация малой субъединицы с иРНК - сканирование малой субъединицей иРНК от 5' к 3'- концуприсоединение большой субъединицы- начало синтеза белка

Д. Синтез пре-рРНК РНК-полимеразой II - разрезание пре-рРНК и модификация нуклеотидов рРНК - сборка большой и малой субъединиц в ядрышке-ассоциация малой субъединицы с иРНК - транспорт субъединиц в цитоплазму - сканирование малой субъединицей иРНК от 5' к 3'- концу- присоединение большой субъединицы- начало синтеза белка