Post-transcriptional modification
Le alterazioni chimiche dell'RNA dopo la trascrizione producono molecole funzionali.
La modificazione post-trascrizionale comprende una serie di alterazioni chimiche applicate ai trascritti primari di RNA dopo la trascrizione, un processo comune alla maggior parte delle cellule eucariotiche. Queste modificazioni sono cruciali per produrre molecole di RNA mature e funzionali in grado di uscire dal nucleo e svolgere vari ruoli cellulari. Un esempio primario è la conversione dell'RNA messaggero precursore (pre-mRNA) in mRNA maturo capace di traduzione proteica.
Ciò comporta tre fasi principali: l'aggiunta di un cappuccio al 5', l'aggiunta di una coda poliadenilata al 3' e lo splicing dell'RNA. Il cappuccio al 5', tipicamente un residuo di 7-metilguanosina, viene aggiunto tramite una serie di reazioni enzimatiche che comportano la rimozione del fosfato terminale, l'aggiunta di guanina in un legame trifosfato unico 5'5' e la metilazione. Questo cappuccio protegge l'RNA dalle ribonucleasi che prendono di mira i legami fosfodiesterici.
All'estremità 3', avvengono il taglio e la poliadenilazione, guidati da sequenze segnale come AAUAAA. Proteine multi-subunità come il fattore di specificità per il taglio e la poliadenilazione legano questi segnali, portando al taglio e all'aggiunta di circa 200 unità di adenina da parte della poli(A) polimerasi. Questa coda di poli(A), legata dalla proteina legante il poli(A), protegge ulteriormente l'RNA dalla degradazione. Lo splicing dell'RNA rimuove gli introni non codificanti e unisce gli esoni codificanti, catalizzato dal complesso dello spliceosoma.
Molti pre-mRNA possono essere sottoposti a splicing in modi alternativi per produrre proteine diverse da un singolo gene. Le modificazioni post-trascrizionali processano anche altri trascritti, tra cui l'RNA transfer, l'RNA ribosomiale e l'mRNA degli istoni, quest'ultimo privo di introni e di coda poli(A), seguendo vie di processamento distinte.
Quick Facts
- Field
- Molecular biology
- Known for
- Chemical alteration of RNA after transcription to produce functional RNA molecules
- Processes
- 5' capping
- 3' polyadenylation
- RNA splicing
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Contesto e storia
La modificazione post-trascrizionale comprende un insieme di processi biologici comuni alla maggior parte delle cellule eucariotiche, che alterano chimicamente un trascritto primario di RNA dopo la trascrizione per produrre una molecola matura e funzionale in grado di lasciare il nucleo. Le tre fasi principali che modificano significativamente la struttura chimica dell'RNA sono l'aggiunta di un cappuccio al 5', l'aggiunta di una coda poliadenilata al 3' e lo splicing dell'RNA.
Il cappuccio al 5' si forma aggiungendo 7-metilguanosina all'estremità 5'; ciò richiede la rimozione del fosfato terminale da parte dell'RNA trifosfatasi, seguita dalla guanosil transferasi che crea un'estremità 5' difosfato che attacca una molecola di GTP per formare un legame trifosfato 5'5'. Una metiltransferasi trasferisce quindi un gruppo metile dalla S-adenosil metionina all'anello della guanina, producendo una struttura cap 0. Un'ulteriore metilazione del ribosio dei nucleotidi adiacenti produce le strutture cap 1, cap 2 e cap 3, con gruppi metile aggiunti ai gruppi 2' OH.
Questo cappuccio protegge l'estremità 5' dalle ribonucleasi che prendono di mira i legami fosfodiesterici 3'5'. Nelle piante e in alcuni altri eucarioti, anche la nicotinammide adenina dinucleotide è stata identificata come cappuccio. All'estremità 3', avvengono il taglio e la poliadenilazione, principalmente se una sequenza segnale di poliadenilazione (5'-AAUAAA-3') è vicina all'estremità 3', seguita da un sito di taglio (solitamente 5'-CA-3') e da una sequenza a valle ricca di GU.
Segnali alternativi come UGUA a monte possono anche dirigere il taglio. Proteine multi-subunità, tra cui il fattore di specificità per il taglio e la poliadenilazione (CPSF), il fattore di taglio I (CF I) e il fattore di stimolazione del taglio (CStF), legano queste sequenze. Il complesso taglia l'RNA e la poliadenilato polimerasi aggiunge circa 200 unità di adenina usando ATP, che legano la proteina legante il poli(A) per proteggere l'estremità 3'.
Lo splicing dell'RNA rimuove gli introni (regioni non codificanti) e unisce gli esoni (regioni codificanti), catalizzato dallo spliceosoma, un grande complesso di proteine e piccoli RNA nucleari che riconoscono i siti di splicing. Molti pre-mRNA possono essere sottoposti a splicing in modi multipli tramite splicing alternativo, producendo proteine diverse da un DNA limitato. Gli mRNA degli istoni per gli istoni core H2A, H2B, H3 e H4 mancano di code poli(A) e introni, quindi non subiscono splicing.
Lo sapevi?
- Il cappuccio al 5' viene aggiunto tramite un legame trifosfato 5'5' e può essere metilato per formare le strutture cap 0, cap 1, cap 2 o cap 3.
- La nicotinammide adenina dinucleotide è stata identificata come cappuccio in piante, umani e lieviti, regolando potenzialmente l'espressione genica tramite metaboliti.
- Gli mRNA degli istoni core mancano di code poli(A) e introni, e il loro processamento al 3' utilizza una struttura a stelo-ansa e l'U7 snRNA.
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