Chế biến mRNA
Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Chế biến RNA, (thuật ngữ tiếng Anh: RNA processing) là một trong các quá trình điều hòa sau phiên mã của biểu hiện gene. Chế biến RNA thường chỉ diễn ra ở sinh vật nhân thật và ở một số các virus, bao gồm các sự kiện: gắn mũ (capping), splicing và thêm đuôi polyA (polyadenylation).
Mục lục |
[sửa] Gắn mũ
Các mRNA của sinh vật nhân thật và virus có một cấu trúc đặc biệt ở đầu 5', gọi là “mũ” – thực chất là phân tử 7-methyl-guanosine. Quá trình gắn mũ này xảy ra trong quá trình phiên mã, sau khi phiên mã được khoảng 20-50 nucleotide [1] Ở virus, các enzyme gắn mũ cho mRNA gắn với RNA polymerase của virus. Còn ở sinh vật nhân thật, khác với RNA plo I và RNA pol III, RNA - pol II có phần CTD (carboxy-terminal domain)[2] tương tác với enzyme gắn mũ. Nhờ vậy, mũ được bảo đảm đặc hiệu cho cấu trúc đầu 5' mRNA. Cấu trúc mũ này có tác dụng bảo vệ RNA mới hình thành khỏi các enzyme exonuclease 5'-3', là vị trí gắn trực tiếp cho phức hợp gắn với mũ (CBC - cap-binding complex) – chuẩn bị cho các bước chế biến tiền mRNA kế tiếp và cũng là vị trí gắn cho các nhân tố trong tế bào chất cần thiết trong quá trình dịch mã.
[sửa] Splicing
Ở sinh vật nhân thật, gene không chỉ chứa các đoạn mang mã mà còn xen kẽ bởi các đoạn không mang mã, lần lượt được gọi là exon và intron. Trong quá trình chế biến tiền mRNA, các đoạn intron này được loại bỏ và các đoạn exon nối lại với nhau tạo thành mRNA trưởng thành. Chính mRNA trưởng thành này mới là khuôn chính xác cho quá trình dịch mã mRNA thành protein tương ứng. Sự kiện trên được gọi là splicing, cũng được thực hiện đồng thời với quá trình phiên mã và tiếp tục sau phiên mã bởi một phức hợp lớn gồm các snRNPs (small nuclear ribonucleoprotein) (gọi là spliceosome). Splicing có vai trò rất quan trọng vì ảnh hưởng trực tiếp đến khuôn dịch mã protein, do vậy vị trí splice phải được đánh dấu cực kỳ chính xác. Trình tự base tại đoạn nối intron-exon trên RNA các sinh vật nhân thật có chung một motif: trình tự intron bắt đầu bằng GU và kết thúc bằng AG. Ngoài ra còn có một vị trí đặc biệt bên trong intron gọi là vị trí nhánh (branch site) với một ribonucleotide A cố định. Những phần khác của intron có vẻ như không đóng vai trò quan trọng trong quá trình splicing: người ta có thể chèn thêm, loại bỏ hay thay thế các phần này mà vẫn không ảnh hưởng đến quá trình splicing nếu giữ nguyên vị trí nhánh, đầu 5' và 3'. Về cơ chế hóa học, splicing là quá trình bao gồm 2 phản ứng chuyển ester (transesterification) liên tiếp nhau. Đầu tiên, liên kết phosphodiester giữa exon phía đầu (tạm gọi exon1) và đầu 5' của intron bị phá vỡ bởi nhóm hydroxyl của một ribonucleotide A tại vị trí nhánh, và một liên kết phosphodiester mới hình thành giữa đơn phân A này với nhóm phosphate ở đầu 5' của intron tạo thành cấu trúc trung gian hình thòng lọng. Nhóm 5'hydroxyl tự do của exon1 lúc này sẽ tấn công liên kết phosphodiester giữa intron và exon phía đuôi intron(exon2) tương tự như phản ứng trên. Kết quả là exon1 và exon2 được nối với nhau và đoạn intron được giải phóng ở dạng thòng lọng. Chú ý là số lượng liên kết phosphodiester được giữ nguyên suốt quá trình splicing – điều này rất cần thiết vì quá trình splicing nhờ vậy, diễn ra mà không hề tiêu tốn năng lượng. Đây là một quá trình đặc biệt quan trọng để hình thành mRNA trưởng thành. Các mRNA không được spliced thích hợp sẽ bị giữ lại tại vị trí phiên mã (cơ chế chưa được nghiên cứu rõ). Một trong những đặc điểm nổi bật của splicing chính là alternative splicing. Các exon trên mRNA gồm 2 loại là constitutive exon (exon cơ bản) và alternative exon (exon lựa chọn), trong đó, chỉ có constitutive exon luôn được giữ lại trên mRNA trưởng thành. Quá trình alternative splicing thực hiện nhờ cơ chế gọi là cơ chế định nghĩa exon, với sự tham gia của các nhân tố transacting (gắn với các nhân tố tăng cường hay ức chế splicing). Chính nhờ alternative splicing, một gene có thể tạo ra sản phẩm là nhiều protein khác nhau và vì thế, làm tăng độ đa dạng cũng như độ phức tạp của bộ gene sinh vật nhân thật [3].
[sửa] Thêm đuôi polyA
Quá trình này liên quan mật thiết với việc kết thúc phiên mã, và một lần nữa, có sự tham gia của RNA- pol II CTD để tương tác với các nhân tố gắn polyA. Tuy nhiên, người ta vẫn chưa thực sự hiểu rõ tác dụng của việc gắn đuôi polyA cho mRNA để tạo thành mRNA trưởng thành: bổ sung các nhân tố làm ngưng quá trình này không ảnh hưởng đến việc tổng hợp mRNA và mRNA không có đuôi polyA vẫn có thể được vận chuyển ra khỏi nhân và tham gia dịch mã nhưng với hiệu suất thấp hơn.
[sửa] Tài liệu tham khảo
- ▲ "In vivo Transcriptional Pausing and Cap Formation on Three Drosophila Heat Shock Genes" Rasmussen et al. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 90, No. 17 (Sep. 1, 1993), pp. 7923-7927
- ▲ "A structural perspective of CTD function" Meinhart et al. Gene & Development 19:1401-1415, 2005
- ▲ "Biochemistry" by Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer, Neil D. Clarke, W. H. Freeman ISBN 0716787245
