Роль процессингамрнк, ее транспорта и стабильности для регуляции синтеза белков

Эукариоты широко используют возможность регулировать синтез белка

на посттранскрипционном уровне. Возникшая при транскрипции пре-мРНК у

эукариот претерпевает процессинг (подробно о нем – см Регулировать образование зрелых мРНК можно через

изменение активности ферментов и вспомогательных белков, нужных для

кэпирования, образования полиА-хвоста, обычного и альтернативного

сплайсинга.

Альтернативный сплайсинг позволяет получить различные белковые

продукты с одного гена благодаря “сшиванию” разных наборов экзонов и

интронов при построении разных мРНК. Большое значение имеют присущие

эукариотическим клеткам механизмы управления альтернативным

сплайсингом. Характер сплайсинга регулируется белками, способными

связываться с пре-мРНК в районе интронов или на границе “экзон-интрон”.

Присоединение таких регуляторных белков может блокировать удаление одних

интронов, одновременно активируя вырезание других. Например, с гена

кальцитонина может синтезироваться как сам гормон кальцитонин, так и

пептид другого строения. В С-клетках щитовидной железы активен один набор

регуляторов сплайсинга, поэтому в результате сплайсинга объединяются

экзоны 1–4 пре-мРНК, которые кодируют кальцитонин. В чувствительных

нейронах работает другой набор регуляторов сплайсинга, поэтому образуется

альтернативная мРНК, в которой отсутствует экзон 4, но прибавляются экзоны

5 и 6. В результате вместо кальцитонина синтезируется иной по строению

пептид.

На конечный результат – синтез белка – влияет также скорость

транспорта РНК из ядра в цитоплазму, время “полужизни” мРНК, степень ее

стабильности в цитоплазме, скорость поступления на рибосомы и

эффективность связывания с ними. Рис. 19 Механизм действия стероидных гормонов на синтез белков в клетке

а) Путь стероидного гормона от места синтеза в ядро клетки-мишени

б) Механизм активации транскрипционного фактора - рецептора

Стероидный гормон в комплексе с белком-переносчиком по кровяному руслу доходит до клетки-мишени и, будучи

гидрофобным, свободно пересекает липидный слой клеточной мембраны. Внутри клетки гормон распознается белком –

цитоплазматическим рецептором и связывается с ним. В отсутствие гормона белок-рецептор находится в комплексе с белком-

шапероном, поэтому не может связаться с ДНК (б, 1). Гормон ”сбрасывает” шаперон с рецептора и делает его способным к

активации (б, 2). При поступлении гормонального сигнала рецептор освобождается от шаперона, две молекулы рецептора

объединяются. Получившийся димер присоединяется кДНКи вызывает активацию транскрипции. 41

”Временем полужизни” называют время, в течение которого популяция

молекул данного типа мРНК уменьшается наполовину. Известно, что время

существования мРНК увеличивается с удлинением ее полиА-хвоста. Время

полужизни большинства мРНК дрожжей составляет 10-20 мин, хотя для

некоторых оно уменьшается до 1 мин, а для других возрастает до 35 мин. У

млекопитающих время полужизни мРНКобычно составляет несколько часов.

Клетка имеет возможность резко снизить время полужизни

нежелательных мРНК (например, вирусных): с помощью особых малых РНК и

специальных белковых комплексов такие мРНК обнаруживаются и

расщепляются. Этот механизм носит название РНК-интерференции, или

посттранскрипционного генного сайленсинга (см. главу 5).

Скорость освобождения РНК от сопровождающих белков и поступления

на рибосомы регулируется белками, окружающими ее в информосомах (РНП-

комплексах). В цитоплазме мРНК могут определенное время храниться в виде

нетранслируемых мРНП-комплексов.

Некоторые из белков этих комплексов участвуют в регуляции матричной

активности мРНК. Например, если в РНП-комплексе на одну молекулу мРНК

приходится 5 – 10 молекул белка p50, трансляция этой РНК ингибируется, если

1 – 4 молекулы – активируется. Предполагают, что при более высоком

содержании белка его С-концевые части освобождаются от контактов с РНК и

начинают взаимодействовать между собой. Это приводит к мультимеризации

белка и переходу мРНП в конденсированное (нетранслируемое) состояние.