Редактирование РНК

Комплекс редактирования, эдитосома

Редактирование РНК (англ. RNA editing) — молекулярно-биологический процесс, в ходе которого информация, содержащаяся в молекуле РНК изменяется путём химической модификации оснований. В настоящее время показано редактирование транспортных РНК, рибосомных РНК и матричных РНК эукариот, редактирование РНК в клетках прокариот не описано. Вероятно, со временем, процессы, подобные редактированию РНК, будут описаны и в клетках прокариот. Редактирование РНК обычно происходит в ядре клетки, цитозоле, а также в митохондриях и пластидах, органоидах, которые произошли из прокариотических эндосимбионтов.

По-видимому, большая часть реакций редактирования РНК, являются относительно поздними эволюционными событиями, возникшими независимо у разных таксонов. Разнообразие механизмов редактирования РНК включает в себя модификацию нуклеозидов, например, дезаминирование цитидина (С) в уридин (U) и аденозина (A) в инозин, а также вставки нуклеотидов без матрицы. Редактирование РНК в случае мРНК значительно изменяет последовательность кодируемого полипептида, таким образом, транслируемый белок может сильно отличаться от закодированного в геномной ДНК.^[1]

Редактирование путём вставки или делеции

Эффект вставки урацилов в транскрипты пре-мРНК

Редактирование РНК путём встраивания или удаления урацилов было описано в митохондриях кинетопластид Trypanosoma brucei.^{[2][3][4][5][6][7][8][9][10]} Редактирование РНК начинается со спаривания первичного нередактированного транскрипта с guide RNA (ведущей РНК), которая содержит комплементарные последовательности около сайтов встраивания или удаления. Образующийся двуцепочечный участок далее покрывается эдитосомой, крупным многобелковым комплексом, катализирующим редактирование РНК.^[3][4] Эдитосома начинает встраивание уридинов по первому положению неспаренных нуклеотидов. Встраиваемые уридины образуют комплементарные связи с guide RNA и встраивание продолжается до того момента, как в ведущей РНК встречаются A или G и останавливается при появлении C или U.^[5][6] Встраиваемые нуклеотиды вызывают сдвигание рамки считывания и приводит к тому, что транслируемый белок отличается от кодирующей последовательности гена.

В ходе редактирования происходит разрезание по сайту, где не образуются комплементарные пары между guide RNA и нередактированным транскриптом. Следующая стадия катализируется ферментом концевой U-трансферазой, которая добавляет U из UTP по 3'-концу мРНК.^[7] «Открытые» концы удерживаются другими белками эдитосомного комплекса. Другой фермент, U-специфичная экзорибонуклеаза, удаляет неспаренные уридины. После того, как эдитосомный комплекс делает последовательность мРНК комплементарной gRNA, РНК-лигаза соединяет концы редактированной мРНК.^[8][10]

Эдитосомный комплекс способен редактировать мРНК лишь в направлении от 3'-конца к 5'-концу. Комплекс способен редактировать лишь по одной gRNA в момент времени. Рибонуклеиновый транскрипт, для которого требуется значительное редактирование, нуждается в нескольких gRNA и нескольких эдитосомных комплексах.

Происхождение и эволюция редактирования РНК

Система редактирования РНК у животных эволюционировала от деаминаз мононуклеотидов, при этом образовалось большое семейство генов, включающее в себя гены apobec-1 и adar. Эти гены имеют большое сходство с деаминазами бактерий, принимающих участие в метаболизме нуклеотидов.^[11][12]

Деградация РНК

Недавние исследования показали участие системы редактирования РНК в деградации РНК.^[13] Исследователи показали взаимодействие белков ADAR1 и hUpf1, ферментов, принимающих участие в пути антисмыслового распада мРНК, (en:nonsense-mediated mRNA decay, NMD). Было показано, что ADAR1 и hUpf1 входят в состав супраслайсосомы (англ. suprasliceosome) и образуют комплекс, снижающий активность специфических генов. Точный механизм такого распада изучен не полностью.

Примечания

1. ↑ 1. RNA editing Brennicke A, Marchfelder A, Binder S. FEMS Microbiol Rev. 1999 Jun;23(3):297-316. Review. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10371035
2. ↑ Benne, R. (1994) RNA editing in trypanosomes. Eur. J. Biochem. 221, 9-23.
3. ↑ ^{1 2} Arts, G.J. and Benne, R. (1996) Mechanism and evolution of RNA editing in kinetoplastida. Biochim. Biophys. Acta 1307, 39-54.
4. ↑ ^{1 2} Alfonzo, J.D., Thiemann, T. and Simpson, L. (1997) The mechanism of U insertion/deletion RNA editing in kinetoplastid mitochondria. Nucleic Acids Res. 25, 3751-3759.
5. ↑ ^{1 2} Blum, B., Bakalara, N. and Simpson, L. (1990) A model for RNA editing in kinetoplastid mitochondria: `Guide' RNA molecules transcribed from maxicircle DNA provide the edited information. Cell 60, 189—198.
6. ↑ ^{1 2} Kable, M.L., Heidmann, S. and Stuart, K.D. (1997) RNA editing : getting U into RNA. Trends Biochem. Sci. 22, 162—166.
7. ↑ ^{1 2} Simpson, L. and Thiemann, O.H. (1995) Sense from nonsense: RNA editing in mitochondria of kinetoplastid protozoa and slime molds. Cell 81, 837—840.
8. ↑ ^{1 2} Stuart, K. (1991) RNA editing in mitochondrial mRNA of trypanosomatids. Trends Biochem. Sci. 16, 68-72.
9. ↑ van der Spek, H., Arts, G.J., Zwaal, R.R., van den Burg, J., Sloof, P. and Benne, R. (1991) Conserved genes encode guide RNAs in mitochondria of Crithidia fasciculata. EMBO J. 10, 1217—1224.
10. ↑ ^{1 2} Hajduk, S.L. and Sabatini, R.S. (1998) Mitochondrial mRNA editing in kinetoplastid protozoa. In: Modification and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.), pp. 377—394. ASM Press, Washington, DC.
11. ↑ Navaratnam, N., Fujino, T., Bayliss, J., Jarmuz, A., How, A., Richardson, N., Somasekaram, A., Bhattacharya, S., Carter, C. and Scott, J. (1998) Escherichia coli cytidine deaminase provides a molecular model for ApoB RNA editing and a mechanism for RNA substrate recognition. J. Mol. Biol. 275, 695—714.
12. ↑ Carter, C.W. (1998) Nucleoside deaminases for cytidine and adenosine: comparisons with deaminases acting on RNA. In: Modification and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.), pp. 363—376. ASM Press, Washington, DC.
13. ↑ Agranat, L., Raitskin, O., Sperling, J., and Sperling, R. (2008) The Editing Enzyme ADAR1 and The mRNA Surveillance Protein hUpf1 Interact in the Cell Nucleus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105, 5028-5033

Литература

• Covello, P.S. and Gray, M.W. (1989) RNA editing in plant mitochondria. Nature 341, 662—666.
• Gualberto, J.M., Lamattina, L., Bonnard, G., Weil, J.H. and Grienenberger, J.M. (1989) RNA editing in wheat mitochondria results in the conservation of protein sequences. Nature 341, 660—662.
• Hiesel, R., Wissinger, B., Schuster, W. and Brennicke, A.(1989) RNA editing in plant mitochondria. Science 246, 1632—1634
• Hoch, B., Maier, R.M., Appel, K., Igloi, G.L. and Ko" ssel, H. (1991) Editing of a chloroplast mRNA by creation of an initiation codon. Nature 353, 178—180.
• Pring, D., Brennicke, A. and Schuster, W. (1993) RNA editing gives a new meaning to the genetic information in mitochondria and chloroplasts. Plant Mol. Biol. 21, 1163—1170.
• Wissinger, B., Brennicke, A. and Schuster, W. (1992) Regeneration good sense: RNA editing and trans splicing in plant mitochondria. Trends Genet. 8, 322—328.
• Grienenberger, J.M. (1993) RNA editing in plant organelles. In: RNA Editing (Benne, R., Ed.), Ellis Harwood, New York.
• Malek, O., La"ttig, K., Hiesel, R., Brennicke, A. and Knoop, V. (1996) RNA editing in bryophytes and a molecular phylogeny of land plants. EMBO J. 15, 1403—1411.
• Freyer, R., Kiefer-Meyer, M.C. and Ko" ssel, H. (1997) Occurrence of plastid RNA editing in all major lineages of land plants. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 12, 6285-6296.
• Dietrich, A., Small, I., Cosset, A., Weil, J.H. and Mare¨chal- Drouard, L. (1996) Editing and import: Strategies for providing plant mitochondria with a complete set of functional transfer RNAs. Biochimie 75, 518—529.
• Bock, R., Hermann, M. and Fuchs, M. (1997) Identi¢cation of critical nucleotide positions for plastid RNA editing site recognition. RNA 3, 1194—1299.
• Gray, M.W. and Covello, P.S. (1993) RNA editing in plant mitochondria and chloroplasts. FASEB J. 7, 64-71.
• Marchfelder, A., Binder, S., Brennicke, A. and Knoop, V. (1998) Preface. In: Modi¢cation and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.), pp. 307–323. ASM Press, Washington, DC.
• Price, D.H. and Gray, M.W. (1998) Editing of tRNA. In: Modification and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.), pp. 289–306. ASM Press, Washington, DC
• Clayton, D.A. (1992) Transcription and replication of animal mitochondrial DNAs. Int. Rev. Cytol. 141, 217—232.
• Curran, J., Boeck, R. and Kolakofsky, D. (1991) The Sendai virus P gene expresses both an essential protein and an inhibitor of RNA synthesis by shuffling modules via mRNA editing. EMBO J. 10, 3079-3085.
• Zheng, H., Fu, T.B., Lazinski, D. and Taylor, J. (1992) Editing on the genomic RNA of human hepatitis delta virus. J. Virol. 66, 4693-4697.
• Kolakofsky, D. and Hausmann, S. (1998) Cotranscriptional paramyxovirus mRNA editing: a contradiction in terms? In: Modification and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.), pp. 413–420. ASM Press, Washington, DC.
• Carter, C.W. (1998) Nucleoside deaminases for cytidine and adenosine: comparisons with deaminases acting on RNA. In: Modification and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.), pp. 363–376. ASM Press, Washington, DC.
• Navaratnam, N., Fujino, T., Bayliss, J., Jarmuz, A., How, A., Richardson, N., Somasekaram, A., Bhattacharya, S., Carter, C. and Scott, J. (1998) Escherichia coli cytidine deaminase provides a molecular model for ApoB RNA editing and a mechanism for RNA substrate recognition. J. Mol. Biol. 275, 695—714.
• Covello, P.S. and Gray, M.W. (1993) On the evolution of RNA editing. Trends Genet. 9, 265—268.
• Lonergan, K.M. and Gray, M.W. (1993) Predicted editing of additional transfer RNAs in Acanthamoeba castellanii mitochondria. Nucleic Acids Res. 21, 4402.
• Bachellerie, J.-P. and Cavaille, J. (1998) Small nucleolar RNAs guide the ribose methylations of eukaryotic rRNAs. In: Modi¢cation and Editing of RNA (Grosjean, H. and Benne, R., Eds.), pp. 255–272. ASM Press, Washington, DC.

Ссылки

• RNA editing website
• Редактирование A-I
• Редактирование C-U