Der "Lebenszyklus" eines mRNA in einer eukaryotic Zelle. RNS wird im Kern abgeschrieben; bearbeitet wird es zum Zytoplasma transportiert und durch den ribosome übersetzt. Am Ende seines Lebens wird der mRNA erniedrigt.]]

Bote-RNS (mRNA) ist ein Molekül der RNS, die einen chemischen "Entwurf" für ein Protein-Produkt verschlüsselt. mRNA wird von einer DNA-Schablone abgeschrieben, und trägt Codierinformation zu den Seiten der Protein-Synthese, des ribosomes. Im ribosomes wird der mRNA in ein Polymer von Aminosäuren übersetzt: ein Protein. (Dieser Prozess wird manchmal den Hauptlehrsatz der molekularen Biologie genannt.)

Als in der DNA, mRNA genetische Information wird in der Folge von nucleotides verschlüsselt, die in codons eingeordnet werden, der aus drei Basen jeder besteht. Jeder codon verschlüsselt für eine spezifische Aminosäure, außer dem Halt codons, die Protein-Synthese begrenzen. Dieser Übersetzungsprozess von codons in Aminosäuren verlangt zwei andere Typen der RNS: Übertragungs-RNS (tRNA), der Anerkennung des codon vermittelt und die entsprechende Aminosäure und ribosomal RNS (rRNA) zur Verfügung stellt, der der Hauptbestandteil der Protein verfertigenden Maschinerie des ribosome ist.

Synthese, Verarbeitung und Funktion

Die kurze Existenz eines mRNA Moleküls beginnt mit der Abschrift, und endet schließlich in der Degradierung. Während seines Lebens kann ein mRNA Molekül auch bearbeitet, editiert, und vor der Übersetzung transportiert werden. Moleküle von Eukaryotic mRNA verlangen häufig umfassende Verarbeitung und Transport, während prokaryotic Moleküle nicht tun.

Abschrift

Abschrift besteht darin, wenn DNA RNS macht. Während der Abschrift macht RNS polymerase eine Kopie eines Gens von der DNA bis mRNA, wie erforderlich. Dieser Prozess ist in eukaryotes und prokaryotes ähnlich. Ein bemerkenswerter Unterschied ist jedoch, dass prokaryotic RNS polymerase mit mRNA-in-einer-Prozession-gehenden Enzymen während der Abschrift verkehrt, so dass Verarbeitung schnell nach dem Anfang der Abschrift weitergehen kann. Das kurzlebige, unverarbeitete oder teilweise bearbeitete Produkt ist genannter Vorgänger mRNA oder pre-mRNA; einmal völlig bearbeitet wird es reifer mRNA genannt.

Verarbeitung von Eukaryotic pre-mRNA

Die Verarbeitung von mRNA unterscheidet sich außerordentlich unter eukaryotes, Bakterien und archea. Non-eukaryotic mRNA ist hauptsächlich nach der Abschrift, reif und verlangt keine Verarbeitung, außer in seltenen Fällen. Eukaryotic pre-mRNA verlangt jedoch umfassende Verarbeitung.

5' Kappe-Hinzufügung

Eine 5' Kappe (hat auch eine RNS-Kappe, eine RNS 7-methylguanosine Kappe oder eine RNS-Mg-Kappe genannt), ist ein modifizierter guanine nucleotide, der zur "Vorderseite" oder 5' Ende einer eukaryotic Bote-RNS kurz nach dem Anfang der Abschrift hinzugefügt worden ist. Die 5' Kappe besteht aus einem 7-methylguanosine Endrückstand, der durch 5 verbunden wird, hat '-5 '-triphosphate Band zum ersten nucleotide abgeschrieben. Seine Anwesenheit ist für die Anerkennung durch den ribosome und den Schutz vor RNases kritisch.

Kappe-Hinzufügung wird mit der Abschrift verbunden, und kommt co-transcriptionally, solch vor, dass jeder den anderen beeinflusst. Kurz nach dem Anfang der Abschrift das 5' Ende des mRNA synthetisiert zu werden, wird durch einen Kappe synthetisierenden Komplex gebunden, der mit der RNS polymerase vereinigt ist. Dieser enzymatische Komplex katalysiert die chemischen Reaktionen, die für das MRNA-Bedecken erforderlich sind. Synthese geht als ein Mehrschritt biochemische Reaktion weiter.

Das Verstärken

Das Verstärken ist der Prozess, durch den pre-mRNA modifiziert wird, um umzuziehen, hat bestimmtes Strecken, Folgen zu nichtcodieren, introns genannt; das Strecken, das bleibt, schließt Protein codierende Folgen ein und wird exons genannt. Manchmal können Pre-MRNA-Nachrichten auf mehrere verschiedene Weisen gesplissen werden, einem einzelnen Gen erlaubend, vielfache Proteine zu verschlüsseln. Dieser Prozess wird das alternative Verstärken genannt. Das Verstärken wird gewöhnlich durch einen Komplex des RNS-Proteins genannt den spliceosome durchgeführt, aber einige RNS-Moleküle sind auch dazu fähig, ihr eigenes Verstärken zu katalysieren (sieh ribozymes).

Das Redigieren

In einigen Beispielen wird ein mRNA editiert, die nucleotide Zusammensetzung davon mRNA ändernd. Ein Beispiel in Menschen ist der apolipoprotein B mRNA, der in einigen Geweben, aber nicht anderen editiert wird. Das Redigieren schafft einen frühen Halt codon, der, laut der Übersetzung, ein kürzeres Protein erzeugt.

Polyadenylation

Polyadenylation ist die covalent Verbindung einer polyadenylyl Hälfte zu einem Bote-RNS-Molekül. In eukaryotic Organismen ist der grösste Teil der Bote-RNS (mRNA) Moleküle polyadenylated am 3' Ende. Der poly (A) Schwanz und das Protein hat dazu Hilfe im Schutz mRNA von der Degradierung durch exonucleases gebunden. Polyadenylation ist auch für die Abschrift-Beendigung, den Export des mRNA vom Kern und die Übersetzung wichtig. mRNA kann auch polyadenylated in prokaryotic Organismen sein, wo poly (A) Schwänze handeln, um zu erleichtern, anstatt, exonucleolytic Degradierung, zu behindern.

Polyadenylation kommt während und sofort nach der Abschrift der DNA in die RNS vor. Nachdem Abschrift begrenzt worden ist, wird die mRNA Kette durch die Handlung eines endonuclease Komplexes zerspaltet, der mit der RNS polymerase vereinigt ist. Nachdem der mRNA zerspaltet worden ist, werden ungefähr 250 Adenosinrückstände zum freien 3' Ende an der Spaltungsseite hinzugefügt. Diese Reaktion wird durch polyadenylate polymerase katalysiert. Ebenso im alternativen Verstärken kann es mehr als eine polyadenylation Variante eines mRNA geben.

Transport

Ein anderer Unterschied zwischen eukaryotes und prokaryotes ist MRNA-Transport. Weil eukaryotic Abschrift und Übersetzung getrennter compartmentally sind, eukaryotic muss mRNAs vom Kern bis das Zytoplasma exportiert werden. Reife mRNAs werden durch ihre bearbeiteten Modifizierungen anerkannt und dann durch die Kernpore exportiert. In Neuronen muss mRNA vom soma bis die Dendriten transportiert werden, wo lokale Übersetzung als Antwort auf Außenstimuli vorkommt. Viele Nachrichten werden mit so genannten "Postleitzahlen," gekennzeichnet, die ihren Transport zu einer spezifischen Position ins Visier nehmen.

Übersetzung

Weil prokaryotic mRNA nicht bearbeitet oder transportiert zu werden braucht, kann die Übersetzung durch den ribosome sofort nach dem Ende der Abschrift beginnen. Deshalb kann es gesagt werden, dass prokaryotic Übersetzung mit der Abschrift verbunden wird und co-transcriptionally vorkommt.

Eukaryotic mRNA, der bearbeitet und zum Zytoplasma transportiert worden ist (d. h., reifer mRNA) kann dann durch den ribosome übersetzt werden. Übersetzung kann beim ribosomes freien Schwimmen im Zytoplasma, oder geleitet zum endoplasmic reticulum durch die Signalanerkennungspartikel vorkommen. Deshalb, unterschiedlich in prokaryotes, eukaryotic Übersetzung wird mit der Abschrift nicht direkt verbunden.

Struktur

5' Kappe

Die 5' Kappe ist ein modifizierter guanine nucleotide hinzugefügt zur "Vorderseite" (5' Ende) vom pre-mRNA das Verwenden 5 '-5 '-triphosphate Verbindung. Diese Modifizierung ist für die Anerkennung und die richtige Verhaftung von mRNA zum ribosome, sowie den Schutz vor 5' exonucleases kritisch. Es kann auch für andere wesentliche Prozesse, wie das Verstärken und der Transport wichtig sein.

Das Codieren von Gebieten

Codierende Gebiete werden aus codons zusammengesetzt, die decodiert und (in eukaryotes gewöhnlich in einen und in prokaryotes gewöhnlich in mehrere) in Proteine durch den ribosome übersetzt werden. Codierende Gebiete beginnen mit dem Anfang codon und Ende mit einem Halt codon. Im Allgemeinen ist der Anfang codon ein Drilling im AUG, und der Halt ist codon UAA, UAG oder UGA. Die Codiergebiete neigen dazu, von inneren Grundpaaren stabilisiert zu werden, das behindert Degradierung. Zusätzlich dazu, Protein-Codieren zu sein, können Teile, Gebiete zu codieren, als Durchführungsfolgen im pre-mRNA als exonic das Verstärken von Erweiterern oder exonic das Verstärken von Schalldämpfern dienen.

Unübersetzte Gebiete

Unübersetzte Gebiete (UTRs) sind Abteilungen des mRNA vor dem Anfang codon und nach dem Halt codon, die nicht übersetzt werden, hat das fünf unübersetzte Hauptgebiet (5' UTR) und drei unübersetztes Hauptgebiet (3' UTR) beziehungsweise genannt. Diese Gebiete werden mit dem Codiergebiet abgeschrieben und sind so exonic, weil sie im reifen mRNA anwesend sind. Mehrere Rollen im Genausdruck sind den unübersetzten Gebieten, einschließlich der mRNA Stabilität, mRNA Lokalisierung und Übersetzungsleistungsfähigkeit zugeschrieben worden. Die Fähigkeit eines UTR, diese Funktionen durchzuführen, hängt von der Folge des UTR ab und kann sich zwischen mRNAs unterscheiden.

Die Stabilität von mRNAs kann von den 5' UTR und/oder 3' UTR wegen der unterschiedlichen Sympathie für die RNS kontrolliert werden, die erniedrigende Enzyme ribonucleases und nach Hilfsproteinen genannt haben, die fördern oder RNS-Degradierung hemmen können.

Übersetzungsleistungsfähigkeit, einschließlich manchmal der ganzen Hemmung der Übersetzung, kann von UTRs kontrolliert werden. Proteine, die entweder zu den 3' oder zu 5' UTR binden, können Übersetzung durch das Beeinflussen der Fähigkeit des ribosome betreffen, zum mRNA zu binden. MicroRNAs hat zu den 3' UTR gebunden auch kann Übersetzungsleistungsfähigkeit oder mRNA Stabilität betreffen.

Wie man

denkt, ist die Lokalisierung von Cytoplasmic von mRNA eine Funktion der 3' UTR. Proteine, die in einem besonderen Gebiet der Zelle erforderlich sind, können auch dort übersetzt werden; in solch einem Fall können die 3' UTR Folgen enthalten, die der Abschrift erlauben, zu diesem Gebiet für die Übersetzung lokalisiert zu werden.

Einige der in unübersetzten Gebieten enthaltenen Elemente bilden eine charakteristische sekundäre Struktur, wenn abgeschrieben, in die RNS. Diese mRNA Strukturelemente werden an der Regulierung des mRNA beteiligt. Einige, wie das SECIS Element, sind Ziele für Proteine, um zu binden. Eine Klasse des mRNA Elements, des riboswitches, bindet direkt kleine Moleküle, ihre Falte ändernd, um Niveaus der Abschrift oder Übersetzung zu modifizieren. In diesen Fällen regelt der mRNA sich.

Poly (A) Schwanz

Die 3' poly (A) Schwanz sind eine lange Folge des Adenin nucleotides (häufig mehrere hundert) hinzugefügt zum 3' Ende des pre-mRNA. Dieser Schwanz fördert Export vom Kern und der Übersetzung, und schützt den mRNA vor der Degradierung.

Monocistronic gegen polycistronic mRNA

Wie man

sagt, ist ein mRNA Molekül monocistronic, wenn es die genetische Information enthält, um nur eine einzelne Protein-Kette (polypeptide) zu übersetzen. Das ist für die meisten eukaryotic mRNAs der Fall. Andererseits polycistronic trägt mRNA mehrere offene Lesen-Rahmen (ORFs), von denen jeder in einen polypeptide übersetzt wird. Diese polypeptides haben gewöhnlich eine zusammenhängende Funktion (sie sind häufig die Subeinheiten, die ein kompliziertes Endprotein zusammensetzen), und ihre Codierfolge wird gruppiert und zusammen in einem Durchführungsgebiet geregelt, einen Befürworter und einen operon enthaltend. Die meisten mRNA, die in Bakterien und archea gefunden sind, sind polycistronic. Dicistronic oder bicistronic sind der Begriff, der gebraucht ist, um einen mRNA zu beschreiben, der nur zwei Proteine verschlüsselt.

mRNA circularization

In eukaryotes mRNA Moleküle bilden kreisförmige Strukturen wegen einer Wechselwirkung zwischen dem eIF4E und poly (A) - verbindliches Protein; den beide zu eIF4G binden, eine MRNA-Protein-MRNA-Brücke bildend. Wie man denkt, fördert Circularization das Radfahren von ribosomes auf dem MRNA-Führen zu Zeit effiziente Übersetzung, und kann auch fungieren, um sicherzustellen, dass nur intakte mRNA übersetzt werden (teilweise ist sich abgebaut mRNA haben charakteristisch Kappe Nr. m7G oder keinen poly-A Schwanz).

Andere Mechanismen für circularization, bestehen besonders in Virus mRNA. Poliovirus mRNA verwendet eine Kleeblattabteilung zu seinem 5' Ende, um PCBP2 zu binden, der poly (A) - verbindliches Protein bindet, den vertrauten mRNA-protein-mRNA Kreis bildend. Gerste Gelbes Zwergvirus, hat Schwergängigkeit zwischen mRNA Segmenten auf seinem 5' Ende und 3' Ende (genannt das Küssen von Stamm-Schleifen) circularizing der mRNA ohne irgendwelche beteiligten Proteine.

RNS-Virus-Genome (+, dessen Ufer als mRNA übersetzt werden) sind auch allgemein circularized. Während der Genom-Erwiderung die Circularization-Taten, um Genom-Erwiderungsgeschwindigkeiten zu erhöhen, Viren-RNS-Abhängiger-RNS polymerase ziemlich dasselbe weil periodisch wiederholend, wie man Hypothese aufstellt, fährt der ribosome Rad.

Degradierung

Verschiedene mRNAs innerhalb derselben Zelle haben verschiedene Lebenszeiten (stabilities). In Bakterienzellen kann individueller mRNAs von Sekunden bis zu mehr als einer Stunde überleben; in Säugetierzellen, mRNA Lebenszeiten erstrecken sich von mehreren Minuten bis zu den Tagen. Das größere die Stabilität eines mRNA mehr Protein kann davon mRNA erzeugt werden. Die beschränkte Lebenszeit von mRNA ermöglicht einer Zelle, Protein-Synthese schnell als Antwort auf seine sich ändernden Bedürfnisse zu verändern. Es gibt viele Mechanismen, die zur Zerstörung eines mRNA führen, von denen einige unten beschrieben werden.

Degradierung von Prokaryotic mRNA

Im Allgemeinen in prokaryotes ist die Lebenszeit von mRNA viel kürzer als in eukaryotes. Prokaryotes erniedrigen Nachrichten durch das Verwenden einer Kombination von ribonucleases, einschließlich endonucleases, 3' exonucleases, und 5' exonucleases. In einigen Beispielen können kleine RNS-Moleküle (sRNA) Zehnen zu Hunderten von nucleotides lange die Degradierung von spezifischem mRNAs durch die Grundpaarung mit Ergänzungsfolgen stimulieren und ribonuclease Spaltung erleichternd. Es wurde kürzlich gezeigt, dass Bakterien auch eine Art 5' Kappe haben, die aus einem triphosphate auf dem 5' Ende besteht. Die Eliminierung von zwei der Phosphate verlässt ein 5' Monophosphat, die Nachricht veranlassend, durch den endonuclease RNase E zerstört zu werden.

Umsatz von Eukaryotic mRNA

Innen Eukaryotic-Zellen, es gibt ein Gleichgewicht zwischen den Übersetzungsprozessen und dem MRNA-Zerfall. Nachrichten, die aktiv übersetzt werden, werden durch ribosomes, die eukaryotic Einleitungsfaktoren eIF-4E und eIF-4G und poly (A) - verbindliches Protein gebunden. EIF-4E und eIF-4G blockieren das decapping Enzym (DCP2) und poly (A) - verbindliches Protein blockiert den exosome Komplex, die Enden der Nachricht schützend. Das Gleichgewicht zwischen Übersetzung und Zerfall wird in der Größe und dem Überfluss an cytoplasmic als P-Körper bekannten Strukturen widerspiegelt Der poly (A) Schwanz des mRNA wird durch spezialisierte exonucleases verkürzt, die dem spezifischen Boten RNAs durch eine Kombination von Cis-Durchführungsfolgen auf der RNS und dem Abwickeln von RNS bindenden Proteinen ins Visier genommen werden. Wie man denkt, stört Poly (A) Schwanz-Eliminierung die kreisförmige Struktur der Nachricht und destabilisiert die Kappe verbindlicher Komplex. Die Nachricht ist dann der Degradierung entweder durch den exosome Komplex oder durch den decapping Komplex unterworfen. Auf diese Weise können Übersetzungs-untätige Nachrichten schnell zerstört werden, während aktive Nachrichten intakt bleiben. Der Mechanismus, durch den Übersetzungshalt und die Nachricht gereicht wird - von, Komplexe zu verfallen, wird im Detail nicht verstanden.

AU-rich Element-Zerfall

Die Anwesenheit von AU-rich Elementen in einem Säugetier-mRNAs neigt dazu, jene Abschriften durch die Handlung von Zellproteinen zu destabilisieren, die diese Folgen binden und poly (A) Schwanz-Eliminierung stimulieren. Wie man denkt, fördert der Verlust des poly (A) Schwanz mRNA Degradierung durch die Erleichterung des Angriffs sowohl durch den exosome Komplex als auch durch den decapping Komplex. Die schnelle mRNA Degradierung über AU-rich Elemente ist ein kritischer Mechanismus, für die Überproduktion von starkem cytokines wie Geschwulst-Nekrose-Faktor (TNF) und granulocyte-macrophage Kolonie stimulierender Faktor (GM-CSF) zu verhindern. AU-rich Elemente regeln auch die Biosynthese von proto-oncogenic Abschrift-Faktoren wie c-Jun und c-Fos.

Quatsch hat Zerfall vermittelt

Nachrichten von Eukaryotic sind der Kontrolle durch den Quatsch hat Zerfall vermittelt (NMD) unterworfen, der für die Anwesenheit des Frühhalts codons (Quatsch codons) in der Nachricht überprüft. Diese können über das unvollständige Verstärken, V (D) J Wiederkombination im anpassungsfähigen Immunsystem, Veränderungen in der DNA, den Abschrift-Fehlern, der undichten Abtastung durch den ribosome das Verursachen einer Rahmenverschiebung und anderer Ursachen entstehen. Die Entdeckung eines Frühhalts codon löst mRNA Degradierung durch 5' decapping, 3' poly (A) Schwanz-Eliminierung oder endonucleolytic Spaltung aus.

Kleine Stör-RNS (siRNA)

In metazoans wird das kleine Einmischen RNAs (siRNAs) bearbeitet von Dicer in einen Komplex vereinigt, der als der RNS-veranlasste zum Schweigen bringende Komplex oder RISC bekannt ist. Dieser Komplex enthält einen endonuclease, der vollkommen ergänzende Nachrichten zerspaltet, zu denen der siRNA bindet. Die resultierenden mRNA Bruchstücke werden dann durch exonucleases. siRNA zerstört wird in Laboratorien allgemein verwendet, um die Funktion von Genen in der Zellkultur zu blockieren. Wie man denkt, ist es ein Teil des angeborenen Immunsystems als eine Verteidigung gegen doppelt gestrandete RNS-Viren.

MicroRNA (miRNA)

MicroRNAs (miRNAs) sind kleine RNAs, die normalerweise zu Folgen im metazoan Boten RNAs teilweise ergänzend sind. Die Schwergängigkeit eines miRNA zu einer Nachricht kann Übersetzung dieser Nachricht unterdrücken und poly (A) Schwanz-Eliminierung beschleunigen, dadurch mRNA Degradierung beschleunigend. Der Mechanismus der Handlung von miRNAs ist das Thema der aktiven Forschung.

Andere Zerfall-Mechanismen

Es gibt andere Wege, durch die Nachrichten einschließlich des pausenlosen Zerfalls erniedrigt werden können und durch die Piwi-aufeinander-wirkende RNS (piRNA), unter anderen zum Schweigen zu bringen.

Links

• Leben des MRNA-Blitz-Zeichentrickfilms
• RNAi Atlas: Eine Datenbank von RNAi Bibliotheken und ihrer Zielanalyse resultiert