Ribosomalt RNA - Ribosomal RNA

rRNA'er
rRNA'er af forskellige arter
Identifikatorer
Andre data
RNA -type	Gene ; rRNA
PDB -strukturer	PDBe

Ribosomal ribonukleinsyre ( rRNA ) er en type ikke-kodende RNA, som er den primære komponent i ribosomer , afgørende for alle celler. rRNA er et ribozym, der udfører proteinsyntese i ribosomer. Ribosomalt RNA transkriberes fra ribosomalt DNA (rDNA) og bindes derefter til ribosomale proteiner for at danne små og store ribosomunderenheder. rRNA er den fysiske og mekaniske faktor for ribosomet, der tvinger overførsels -RNA (tRNA) og messenger -RNA (mRNA) til at behandle og oversætte sidstnævnte til proteiner. Ribosomalt RNA er den dominerende form for RNA, der findes i de fleste celler; det udgør omkring 80% af cellulært RNA på trods af at det aldrig oversættes til proteiner selv. Ribosomer består af cirka 60% rRNA og 40% ribosomale proteiner i masse.

Struktur

Selvom den primære struktur af rRNA-sekvenser kan variere på tværs af organismer, danner baseparring inden for disse sekvenser normalt stamme-loop- konfigurationer. Længden og placeringen af ​​disse rRNA-stamme-sløjfer tillader dem at oprette tredimensionelle rRNA-strukturer, der er ens på tværs af arter . På grund af disse konfigurationer kan rRNA danne stramme og specifikke interaktioner med ribosomale proteiner for at danne ribosomale underenheder. Disse ribosomale proteiner indeholder basiske rester (i modsætning til sure rester) og aromatiske rester (dvs. phenylalanin , tyrosin og tryptophan ), der tillader dem at danne kemiske interaktioner med deres associerede RNA -regioner, såsom stabling af interaktioner . Ribosomale proteiner kan også krydsbinde til rRNA's sukker-phosphat-rygrad med bindingssteder, der består af basiske rester (dvs. lysin og arginin). Alle ribosomale proteiner (inklusive de specifikke sekvenser, der binder til rRNA) er blevet identificeret. Disse interaktioner sammen med associeringen af ​​de små og store ribosomale underenheder resulterer i et fungerende ribosom, der er i stand til at syntetisere proteiner .

Et eksempel på en fuldt samlet lille underenhed af ribosomalt RNA i prokaryoter, specifikt Thermus thermophilus . Det egentlige ribosomale RNA (16S) er vist viklet i orange med ribosomale proteiner, der er knyttet i blåt.

Ribosomalt RNA organiseres i to ribosomale underenheder: den store ribosomale underenhed ( LSU ) og lille ribosomale underenhed ( SSU ). Mellem disse underenheder er rRNA -typerne, der bruges til at danne underenheden, forskellige.

I ribosomer af prokaryoter såsom bakterier indeholder SSU et enkelt lille rRNA -molekyle (~ 1500 nukleotider), mens LSU indeholder et enkelt lille rRNA og et enkelt stort rRNA -molekyle (~ 3000 nukleotider). Disse kombineres med ~ 50 ribosomale proteiner for at danne ribosomale underenheder. Der findes tre typer rRNA i prokaryote ribosomer: 23S og 5S rRNA i LSU og 16S rRNA i SSU.

I eukaryoters ribosomer som mennesker indeholder SSU et enkelt lille rRNA (~ 1800 nukleotider), mens LSU indeholder to små rRNA'er og et molekyle med stort rRNA (~ 5000 nukleotider). Eukaryot rRNA har over 70 ribosomale proteiner, som interagerer for at danne større og mere polymorfe ribosomale enheder i sammenligning med prokaryoter. Der er fire typer rRNA i eukaryoter: 3 arter i LSU og 1 i SSU. Gær har været den traditionelle model for observation af eukaryotisk rRNA adfærd og processer, hvilket har ført til et underskud i diversificering af forskning. Det har kun været inden for det sidste årti, at tekniske fremskridt (specifikt inden for Cryo-EM ) har givet mulighed for indledende undersøgelser af ribosomadfærd i andre eukaryoter . I gær indeholder LSU 5S, 5.8S og 28S rRNA'erne. De kombinerede 5.8S og 28S er nogenlunde ækvivalente i størrelse og funktion til den prokaryote 23S rRNA -undertype, minus ekspansionssegmenter (ES'er), der er lokaliseret til overfladen af ribosomet, som man antog kun at forekomme i eukaryoter . Men for nylig blev Asgard phyla, nemlig Lokiarchaeota og Heimdallarchaeota , betragtet som de nærmeste ældste slægtninge til Eukarya , rapporteret at have to supersized ES'er i deres 23S rRNA'er. På samme måde indeholder 5S rRNA en 108 -nukleotid -indsættelse i ribosomerne i den halofile arkæon Halococcus morrhuae .

En eukaryot SSU indeholder 18S rRNA -underenheden, som også indeholder ES'er. SSU ES'er er generelt mindre end LSU ES'er.

SSU og LSU rRNA -sekvenser er meget udbredt til undersøgelse af evolutionære forhold mellem organismer, da de er af gammel oprindelse, findes i alle kendte livsformer og er resistente over for vandret genoverførsel . rRNA -sekvenser bevares (uændrede) over tid på grund af deres afgørende rolle i funktionen af ​​ribosomet. Fylogen information afledt fra 16'ernes rRNA bruges i øjeblikket som hovedmetoden til afgrænsning mellem lignende prokaryote arter ved at beregne nukleotidlighed . Livets kanoniske træ er oversættelsessystemets afstamning.

LSU rRNA -undertyper er blevet kaldt ribozymer, fordi ribosomale proteiner ikke kan binde til det katalytiske sted i ribosomet i dette område (specifikt peptidyltransferasecentret eller PTC). SSU rRNA -undertyperne afkoder mRNA i dets afkodningscenter (DC). Ribosomale proteiner kan ikke komme ind i DC.

Strukturen af ​​rRNA er i stand til drastisk at ændre sig for at påvirke tRNA -binding til ribosomet under translation af andre mRNA'er. I 16'ernes rRNA menes dette at forekomme, når visse nukleotider i rRNA'et ser ud til at skiftevis baseparring mellem det ene eller det andet nukleotid, hvilket danner en "switch", der ændrer rRNA's konformation. Denne proces er i stand til at påvirke strukturen af ​​LSU og SSU, hvilket tyder på, at denne konformationsomskifter i rRNA -strukturen påvirker hele ribosomet i dets evne til at matche et codon med dets anticodon i tRNA -selektion samt afkode mRNA.

montage

Ribosomal RNA's integration og samling i ribosomer begynder med deres foldning, modifikation, behandling og samling med ribosomale proteiner for at danne de to ribosomale underenheder, LSU og SSU. I Prokaryoter forekommer rRNA-inkorporering i cytoplasmaet på grund af manglen på membranbundne organeller. I eukaryoter finder denne proces imidlertid primært sted i nucleolus og initieres ved syntese af pre-RNA. Dette kræver tilstedeværelse af alle tre RNA -polymeraser. Faktisk tegner transkriptionen af ​​præ-RNA med RNA-polymerase I for omkring 60% af cellens samlede cellulære RNA-transkription. Dette efterfølges af foldningen af ​​præ-RNA'et, så det kan samles med ribosomale proteiner. Denne foldning katalyseres af endo- og exonukleaser , RNA- helikaser , GTPaser og ATPaser . RRNA'et undergår efterfølgende endo- og exonukleolytisk behandling for at fjerne eksterne og interne transkriberede afstandsstykker . Pre-RNA'et undergår derefter modifikationer, såsom methylering eller pseudouridinylering, før ribosomsamlingsfaktorer og ribosomale proteiner samles med præ-RNA'et for at danne præ-ribosomale partikler. Ved at gå under flere modningstrin og efterfølgende afgang fra nucleolus til cytoplasma, kombineres disse partikler til dannelse af ribosomer. De grundlæggende og aromatiske rester, der findes i den primære struktur af rRNA, muliggør gunstige stablingsinteraktioner og tiltrækning til ribosomale proteiner, hvilket skaber en tværbindingseffekt mellem rygraden i rRNA og andre komponenter i ribosomal-enheden. Flere detaljer om initieringen og begyndelsen af ​​disse processer findes i afsnittet "Biosyntese".

Fungere

En forenklet afbildning af et ribosom (med SSU og LSU kunstigt løsrevet her til visualiseringsformål), der viser A- og P -stederne og både de små og store ribosomale underenheder, der fungerer sammen.

Universelt konserverede sekundære strukturelle elementer i rRNA blandt forskellige arter viser, at disse sekvenser er nogle af de ældste opdagede. De tjener kritiske roller ved dannelsen af ​​de katalytiske steder for translation af mRNA. Under translation af mRNA fungerer rRNA til at binde både mRNA og tRNA for at lette processen med at oversætte mRNA's codonsekvens til aminosyrer. rRNA starter katalysen af ​​proteinsyntese, når tRNA er klemt mellem SSU og LSU. I SSU interagerer mRNA med tRNA's anticodons. I LSU interagerer aminosyreacceptorstammen af ​​tRNA'et med LSU rRNA. Ribosomet katalyserer ester-amidudveksling og overfører C-terminalen af ​​et spirende peptid fra et tRNA til aminen i en aminosyre. Disse processer kan forekomme på grund af steder i ribosomet, hvor disse molekyler kan binde, dannet af rRNA-stamsløjfer. Et ribosom har tre af disse bindingssteder kaldet A-, P- og E -stederne:

• Generelt indeholder A (aminoacyl) -stedet et aminoacyl-tRNA (et tRNA forestret til en aminosyre i 3'-enden).
• P (peptidyl) stedet indeholder et tRNA forestret til det spirende peptid. Den frie amino (NH ₂ ) -gruppen af A-sitet tRNA angreb esterbindingen af P-site tRNA, der forårsager overførsel af voksende peptid til aminosyren i A-sitet. Denne reaktion finder sted i peptidyltransferasecentret .
• E (exit) -stedet indeholder et tRNA, der er blevet udladet, med en fri 3' -ende (uden aminosyre eller spirende peptid).

Et enkelt mRNA kan translateres samtidigt af flere ribosomer. Dette kaldes et polysom .

I prokaryoter er der blevet arbejdet meget med yderligere at identificere vigtigheden af ​​rRNA i translation af mRNA . For eksempel har det vist sig, at A -stedet primært består af 16S rRNA. Bortset fra forskellige proteinelementer, der interagerer med tRNA på dette sted, antages det, at hvis disse proteiner blev fjernet uden at ændre ribosomal struktur, ville stedet fortsætte med at fungere normalt. På P -stedet er det gennem observation af krystalstrukturer blevet vist, at 3' -enden af ​​16s rRNA kan folde ind på stedet som om et molekyle af mRNA . Dette resulterer i intermolekylære interaktioner, der stabiliserer underenhederne. På samme måde som P -stedet indeholder P -stedet primært rRNA med få proteiner . Den peptidyltransferasecenteret center, for eksempel er dannet af nukleotider fra 23S rRNA-underenheden. Faktisk har undersøgelser vist, at peptidyltransferasecentret ikke indeholder proteiner og er helt initieret af tilstedeværelsen af ​​rRNA. I modsætning til A- og P -stedene indeholder E -stedet flere proteiner . Fordi proteiner ikke er afgørende for A- og P -stedernes funktion, viser E -stedets molekylære sammensætning, at det måske er udviklet senere. I primitive ribosomer er det sandsynligt, at tRNA'er forlod P -stedet. Derudover er det blevet vist, at tRNA på E-sted binder med både 16S og 23S rRNA-underenhederne.

Underenheder og tilhørende ribosomalt RNA

Diagram over ribosomale RNA -typer, og hvordan de kombineres for at skabe de ribosomale underenheder.

Både prokaryote og eukaryote ribosomer kan opdeles i to underenheder, en stor og en lille. De eksemplariske arter, der anvendes i nedenstående tabel til deres respektive rRNA'er, er bakterien Escherichia coli ( prokaryote ) og human ( eukaryote ). Bemærk, at "nt" repræsenterer længden af ​​rRNA -typen i nukleotider, og "S" (såsom i "16S) repræsenterer Svedberg -enheder.

S -enheder i underenhederne (eller rRNA'erne) kan ikke blot tilføjes, fordi de repræsenterer mål for sedimenteringshastighed frem for masse. Sedimentationshastigheden for hver underenhed påvirkes af dens form såvel som af dens masse. Nt -enhederne kan tilføjes, da disse repræsenterer heltalsantallet af enheder i de lineære rRNA -polymerer (for eksempel den samlede længde af det humane rRNA = 7216 nt).

Genklynger, der koder for rRNA, kaldes almindeligvis " ribosomalt DNA " eller rDNA (bemærk, at udtrykket tilsyneladende antyder, at ribosomer indeholder DNA, hvilket ikke er tilfældet).

I prokaryoter

I prokaryoter indeholder en lille 30S ribosomal underenhed 16S ribosomal RNA . Den store 50S ribosomale underenhed indeholder to rRNA -arter (5S og 23S ribosomale RNA'er ). Derfor kan det udledes, at der i både bakterier og archaea er et rRNA -gen, der koder for alle tre rRNA -typer: 16S, 23S og 5S.

Bakterielle 16S ribosomale RNA, 23S ribosomale RNA og 5S rRNA gener er typisk organiseret som en co-transskriberet operon . Som vist på billedet i dette afsnit er der en intern transkriberet afstandsstykke mellem 16S og 23S rRNA -gener . Der kan være en eller flere kopier af operonen dispergeret i genomet (f.eks. Escherichia coli har syv). Typisk i bakterier er der mellem en og femten kopier.

Archaea indeholder enten et enkelt rRNA -genoperon eller op til fire kopier af den samme operon .

3'-enden af ​​16S-ribosomalt RNA (i et ribosom) genkender en sekvens på 5'-enden af mRNA kaldet Shine-Dalgarno-sekvensen .

I eukaryoter

Lille underenhed ribosomalt RNA, 5' -domæne taget fra Rfam -databasen. Dette eksempel er RF00177 , et fragment fra en ukultiveret bakterie.

I modsætning hertil har eukaryoter generelt mange kopier af rRNA -generne organiseret i tandem -gentagelser . Hos mennesker findes cirka 300–400 gentagelser i fem klynger, der er placeret på kromosomer 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) og 22 ( RNR5 ). Diploide mennesker har 10 klynger genomisk rDNA, der i alt udgør mindre end 0,5% af det humane genom .

Det blev tidligere accepteret, at gentagne rDNA -sekvenser var identiske og tjente som afskedigelser eller fejlslagninger for at tage højde for naturlige replikationsfejl og punktmutationer . Imidlertid er sekvensvariation i rDNA (og efterfølgende rRNA) hos mennesker på tværs af flere kromosomer blevet observeret, både inden for og mellem mennesker. Mange af disse variationer er palindromiske sekvenser og potentielle fejl på grund af replikation. Visse varianter udtrykkes også på en vævsspecifik måde hos mus.

Pattedyrsceller har 2 mitokondrielle ( 12S og 16S ) rRNA -molekyler og 4 typer cytoplasmatisk rRNA (28S, 5.8S, 18S og 5S underenheder). 28S, 5.8S og 18S rRNA'erne er kodet af en enkelt transkriptionsenhed (45S) adskilt af 2 internt transkriberede afstandsstykker . Det første afstandsstykke svarer til det, der findes i bakterier og archaea , og det andet afstandsstykke er en indsættelse i, hvad der var 23S rRNA i prokaryoter. Den 45S rDNA er organiseret i 5 klynger (hver har 30-40 gentagelser) på kromosomer 13, 14, 15, 21, og 22. Disse er transskriberet af RNA-polymerase I . DNA'et for 5S-underenheden forekommer i tandem-arrays (~ 200–300 ægte 5S-gener og mange dispergerede pseudogener), den største på kromosomet 1q41-42. 5S rRNA transkriberes af RNA -polymerase III . Den 18S rRNA i de fleste eukaryoter er i den lille ribosomale underenhed, og den store underenhed indeholder tre rRNA arter (de 5S , 5,8S og 28S i pattedyr, 25S i planter, rRNA'er).

Den tertiære struktur af det lille subunit ribosomale RNA (SSU rRNA) er blevet løst ved røntgenkrystallografi . Den sekundære struktur af SSU rRNA indeholder 4 forskellige domæner - de 5 ', centrale, 3' store og 3 'mindre domæner. En model af den sekundære struktur for 5'-domænet (500-800 nukleotider ) er vist.

Biosyntese

I eukaryoter

Som byggestenene til organellen er produktion af rRNA i sidste ende det hastighedsbegrænsende trin i syntesen af ​​et ribosom . I nucleolus syntetiseres rRNA af RNA -polymerase I ved hjælp af specialgenerne ( rDNA ), der koder for det, som findes gentagne gange i genomet . Generne, der koder for 18S, 28S og 5,8S rRNA er placeret i nucleolus organisator regionen og transskriberes til stor precursor rRNA (pre-rRNA) -molekyler af RNA-polymerase I . Disse præ-rRNA-molekyler er adskilt af eksterne og interne spacersekvenser og derefter methyleret , hvilket er nøglen til senere samling og foldning . Efter adskillelse og frigivelse som individuelle molekyler binder forsamlingsproteiner til hver nøgen rRNA -streng og folder den til sin funktionelle form ved hjælp af kooperativ samling og progressiv tilsætning af flere foldeproteiner efter behov. De nøjagtige detaljer om, hvordan foldeproteinerne binder til rRNA, og hvordan korrekt foldning opnås, er stadig ukendt. RRNA-komplekserne behandles derefter yderligere ved reaktioner, der involverer exo- og endo-nukleolytiske spaltninger styret af snoRNA (små nukleolære RNA'er) i kompleks med proteiner. Da disse komplekser komprimeres til en kohæsiv enhed, omformes interaktioner mellem rRNA og omgivende ribosomale proteiner konstant under hele samlingen for at tilvejebringe stabilitet og beskytte bindingssteder . Denne proces omtales som "modning" -fasen i rRNA -livscyklussen. De modifikationer, der sker under modning af rRNA, har vist sig at bidrage direkte til kontrol af genekspression ved at tilvejebringe fysisk regulering af translationel adgang til tRNA og mRNA . Nogle undersøgelser har fundet ud af, at omfattende methylering af forskellige rRNA -typer også er nødvendig i løbet af denne tid for at opretholde ribosomstabilitet .

Generne for 5S rRNA er placeret inde i nucleolus og transkriberes til pre-5S rRNA af RNA-polymerase III . Pre-5S rRNA kommer ind i nucleolus til behandling og samling med 28S og 5.8S rRNA for at danne LSU. 18S rRNA danner SSU'erne ved at kombinere med talrige ribosomale proteiner . Når begge underenheder er samlet, eksporteres de individuelt til cytoplasmaet for at danne 80S -enheden og påbegynde initiering af translation af mRNA .

Ribosomalt RNA er ikke-kodende og oversættes aldrig til proteiner af nogen art: rRNA transkriberes kun fra rDNA og modnes derefter til brug som en strukturel byggesten for ribosomer. Transkriberet rRNA er bundet til ribosomale proteiner for at danne underenhederne i ribosomer og fungerer som den fysiske struktur, der skubber mRNA og tRNA gennem ribosomet for at behandle og oversætte dem.

Eukaryot regulering

Syntese af rRNA er opreguleret og nedreguleret for at opretholde homeostase ved en række processer og interaktioner:

• Den kinase AKT indirekte fremmer syntese af rRNA som RNA -polymerase I er AKT-afhængig.
• Visse angiogene ribonukleaser , såsom angiogenin (ANG), kan translokere og akkumulere i nucleolus . Når koncentrationen af ​​ANG bliver for høj, har nogle undersøgelser fundet ud af, at ANG kan binde til promotorregionen af rDNA og unødigt øge rRNA -transkription. Dette kan være skadeligt for nucleolus og kan endda føre til ukontrolleret transkription og kræft .
• I tider med cellulær glukosebegrænsning fraråder AMP-aktiveret proteinkinase (AMPK) metaboliske processer, der forbruger energi, men er ikke-essentielle. Som et resultat er det i stand til at fosforylere RNA-polymerase I (på Ser-635-stedet) for at nedregulere rRNA-syntese ved at forstyrre transkriptionsinitiering .
• Nedsættelse eller fjernelse af mere end et pseudouridin- eller 29-O-methyleringsområde fra ribosomafkodningscentret reducerer hastigheden af ​​rRNA- transkription markant ved at reducere inkorporeringshastigheden af ​​nye aminosyrer .
• Dannelse af heterochromatin er afgørende for at dæmpe rRNA -transkription, uden hvilken ribosomalt RNA syntetiseres ukontrolleret og reducerer organismens levetid i høj grad.

I prokaryoter

Ligesom eukaryoter er produktionen af ​​rRNA det hastighedsbegrænsende trin i den prokaryote syntese af et ribosom . I E. coli har det vist sig, at rRNA transkriberes fra de to promotorer P1 og P2, der findes inden for syv forskellige rrn -operoner . P1 -promotoren er specifikt ansvarlig for at regulere rRNA -syntese under moderate til høje bakterielle væksthastigheder. Fordi transcriptionsaktiviteten af ​​denne promotor er direkte proportional med vækstraten, er den primært ansvarlig for rRNA -regulering . En øget rRNA -koncentration tjener som en negativ feedback -mekanisme til ribosomsyntese. Høj NTP -koncentration har vist sig at være påkrævet for effektiv transkription af rrn P1 -promotorer. De menes at danne stabiliserende komplekser med RNA -polymerase og promotorer . Hos bakterier specifikt giver denne sammenhæng mellem høj NTP-koncentration og øget rRNA-syntese en molekylær forklaring på, hvorfor ribosomal og dermed proteinsyntese er afhængig af væksthastighed. En lav vækstrate giver lavere rRNA / ribosomal synteseshastigheder, mens en højere vækstrate giver en højere rRNA / ribosomal syntesehastighed. Dette gør det muligt for en celle at spare energi eller øge sin metaboliske aktivitet afhængigt af dens behov og tilgængelige ressourcer.

I prokaryote celler transkriberes hvert rRNA -gen eller operon til en enkelt RNA -forstadie, der inkluderer 16S, 23S, 5S rRNA- og tRNA -sekvenser sammen med transkriberede afstandsstykker. RNA -behandlingen begynder derefter, før transkriptionen er fuldført. Under behandlingsreaktioner frigives rRNA'erne og tRNA'erne som separate molekyler.

Prokaryotisk regulering

På grund af den afgørende rolle rRNA spiller i celle fysiologi af prokaryoter , der er meget overlapning i rRNA regulering mekanismer. På transkriptionelt niveau er der både positive og negative effektorer af rRNA -transkription, der letter en celles vedligeholdelse af homeostase :

• Et UP -element opstrøms for rrn Pl -promotoren kan binde en underenhed af RNA -polymerase og således fremme transkription af rRNA.
• Transkriptionsfaktorer , såsom FIS, binder opstrøms for promotoren og interagerer med RNA -polymerase, hvilket letter transkription .
• Antitermineringsfaktorer binder nedstrøms for rrn P2- promotoren og forhindrer for tidlig transkriptionsterminering.
• På grund af det strenge svar , når tilgængeligheden af aminosyrer er lav, kan ppGpp (en negativ effektor) hæmme transkription fra både P1- og P2 -promotorer .

Nedbrydning

Ribosomalt RNA er ret stabilt i forhold til andre almindelige typer RNA og vedvarer i længere perioder i et sundt cellulært miljø. Når det er samlet til funktionelle enheder, er ribosomalt RNA i ribosomer stabilt i den stationære fase af cellens livscyklus i mange timer. Nedbrydning kan udløses via "stalling" af et ribosom, en tilstand, der opstår, når ribosomet genkender defekt mRNA eller støder på andre behandlingsvanskeligheder, der får translation af ribosomet til at ophøre. Når et ribosom går i stå, startes en specialiseret vej på ribosomet for at målrette hele komplekset til demontering.

I eukaryoter

Som med ethvert protein eller RNA er rRNA-produktion tilbøjelig til fejl, hvilket resulterer i produktion af ikke-funktionelt rRNA. For at korrigere dette tillader cellen nedbrydning af rRNA gennem den ikke-funktionelle rRNA henfald (NRD) vej. Meget af forskningen i dette emne blev udført på eukaryote celler, specifikt Saccharomyces cerevisiae gær. I øjeblikket er der kun en grundlæggende forståelse af, hvordan celler er i stand til at målrette funktionelt defekte ribosomer til ubiquination og nedbrydning i eukaryoter.

• NRD -vejen for 40S -underenheden kan være uafhængig eller adskilt fra NRD -banen for 60S -underenheden. Det er blevet observeret, at visse gener var i stand til at påvirke nedbrydning af visse præ-RNA'er, men ikke andre.
• Talrige proteiner er involveret i NRD -vejen, såsom Mms1p og Rtt101p, som menes at kompleksere sammen for at målrette ribosomer til nedbrydning. Mms1p og Rtt101p findes at binde sammen og Rtt101p menes at rekruttere en ubiquitin- E3 ligase kompleks, giver mulighed for de ikke-funktionelle ribosomer skal Ubiquineret før de nedbrydes.
  • Prokaryoter mangler en homolog for Mms1, så det er uklart, hvordan prokaryoter er i stand til at nedbryde ikke-funktionelle rRNA'er.
• Væksthastigheden af eukaryote celler syntes ikke at være signifikant påvirket af akkumuleringen af ​​ikke-funktionelle rRNA'er.

I prokaryoter

Selvom der er langt mindre forskning tilgængelig om ribosomal RNA -nedbrydning i prokaryoter i sammenligning med eukaryoter , har der stadig været interesse for, om bakterier følger en lignende nedbrydningsplan i sammenligning med NRD i eukaryoter. Meget af forskningen for prokaryoter er blevet udført på Escherichia coli . Der blev fundet mange forskelle mellem eukaryote og prokaryote rRNA -nedbrydninger, hvilket fik forskere til at tro, at de to nedbrydes ved hjælp af forskellige veje.

• Visse mutationer i rRNA, der var i stand til at udløse rRNA -nedbrydning i eukaryoter, kunne ikke gøre det i prokaryoter .
• Punktmutationer i et 23S rRNA ville få både 23S og 16S rRNA'er til at blive nedbrudt i sammenligning med eukaryoter , hvor mutationer i en underenhed kun ville få den underenhed til at blive nedbrudt.
• Forskere fandt ud af, at fjernelse af en hel helixstruktur (H69) fra 23S rRNA ikke udløste dens nedbrydning. Dette fik dem til at tro, at H69 var kritisk for endonukleaser til at genkende og nedbryde det muterede rRNA.

Bevaring af sekvens og stabilitet

På grund af den udbredte og urokkelige karakter af rRNA på tværs af alle organismer er undersøgelsen af ​​dets modstand mod genoverførsel , mutation og ændring uden ødelæggelse af organismen blevet et populært interessefelt. Ribosomale RNA -gener har vist sig at være tolerante over for modifikation og indtrængen. Når rRNA-sekventering er ændret, er cellerne vist sig at blive kompromitteret og hurtigt ophøre normal funktion. Disse centrale træk ved rRNA er blevet særligt vigtige for gendatabaseprojekter (omfattende online -ressourcer som SILVA eller SINA), hvor tilpasning af ribosomale RNA -sekvenser på tværs af de forskellige biologiske domæner i høj grad letter " taksonomisk tildeling, fylogenetisk analyse og undersøgelse af mikrobiel mangfoldighed. "

Eksempler på modstandsdygtighed:

• Tilsætning af store, meningsløse RNA -fragmenter til mange dele af 16S rRNA -enheden ændrer ikke observerbart funktionen af ​​den ribosomale enhed som helhed.
• Ikke-kodende RNA _RD7 har evnen til at ændre behandlingen af ​​rRNA for at gøre molekylerne resistente over for nedbrydning af carboxylsyre . Dette er en afgørende mekanisme for opretholdelsen rRNA koncentrationer under aktiv vækst, når syre opbygning (som følge af substratet phosphorylering kræves for at producere ATP ) kan blive toksiske for intracellulære funktioner.
• Indsættelse af hammerhead-ribozymer, der er i stand til cis-spaltninger langs 16S rRNA, hæmmer i høj grad funktionen og reducerer stabiliteten.
• Mens de fleste mobilfunktioner nedbrydes kraftigt efter kun kort tids eksponering for hypoksiske miljøer, forbliver rRNA u-nedbrudt og løses efter seks dages langvarig hypoksi. Først efter en så lang periode begynder rRNA -mellemprodukter (der tyder på nedbrydning, der endelig forekommer) at præsentere sig selv.

Betydning

Dette diagram viser, hvordan rRNA -sekventering i prokaryoter i sidste ende kan bruges til at producere lægemidler til bekæmpelse af sygdom forårsaget af de meget mikrober, rRNA oprindeligt blev hentet fra.

Ribosomale RNA -egenskaber er vigtige i evolutionen , altså taksonomi og medicin .

• rRNA er et af kun få genprodukter, der findes i alle celler . Af denne grund sekvenseres gener, der koder for rRNA ( rDNA ) for at identificere en organismes taksonomiske gruppe, beregne beslægtede grupper og estimere hastigheder for artsdivergens . Som et resultat kendes og gemmes mange tusinde rRNA-sekvenser i specialiserede databaser, såsom RDP-II og SILVA.
• Ændringer i rRNA er det, der gør det muligt for visse sygdomsfremkaldende bakterier , såsom Mycobacterium tuberculosis (bakterien, der forårsager tuberkulose ) at udvikle ekstrem lægemiddelresistens . På grund af lignende problemer er dette blevet et udbredt problem inden for veterinærmedicin, hvor hovedmetoden til håndtering af bakteriel infektion hos kæledyr er administration af lægemidler, der angriber peptidyl-transferasecentret (PTC) i det bakterielle ribosom . Mutationer i 23S rRNA har skabt perfekt resistens over for disse lægemidler, da de fungerer sammen på en ukendt måde for at omgå PTC helt.
• rRNA er målet for mange klinisk relevante antibiotika : chloramphenicol , erythromycin , kasugamycin , micrococcin , paromomycin , ricin , alfa-sarcin , spectinomycin , streptomycin og thiostrepton .
• rRNA har vist sig at være oprindelsen for artsspecifikke mikroRNA'er , som miR-663 hos mennesker og miR-712 hos mus. Disse særlige miRNA'er stammer fra de interne transkriberede afstandsstykker i rRNA.

Menneskelige gener

• 45S: RNR1 , RNR2 ,  RNR3 , RNR4 , RNR5 ; (unclustered) RNA18SN1 , RNA18SN2 , RNA18SN3 , RNA18SN4 , RNA18SN5 , RNA28SN1 , RNA28SN2 , RNA28SN3 , RNA28SN4 , RNA28SN5 , RNA45SN1 , RNA45SN2 , RNA45SN3 , RNA45SN4 , RNA45SN5 , RNA5-8SN1 , RNA5-8SN2 , RNA5-8SN3 , RNA5-8SN4 , RNA5 -8SN5
• 5S: RNA5S1 , RNA5S2 , RNA5S3 , RNA5S4 , RNA5S5 , RNA5S6 , RNA5S7 , RNA5S8 , RNA5S9 , RNA5S10 , RNA5S11 , RNA5S12 , RNA5S13 , RNA5S14 , RNA5S15 , RNA5S16 , RNA5S17
• Mt: MT-RNR1 , MT-TV (co -opted ), MT-RNR2

Se også

• Ribotyping
• Diazaborine B , en modningshæmmer af rRNA'er for den store ribosomale underenhed

Referencer

eksterne links

• 16S rRNA, BioMineWiki
• Ribosomal Database Project II
• Ribosomal+RNA på US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• SILVA rRNA Database Project (omfatter også eukaryoter (18S) og LSU (23S/28S))
• Video: rRNA: sekvens, funktion og syntese
• Halococcus morrhuae (archaebacterium) 5S rRNA