อาร์เอ็นเอพรีไรโบโซม
พรีไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ (pre-rRNA)เป็นสารตั้งต้นของไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ ( rRNA ) ที่สมบูรณ์ ซึ่งเป็นส่วนประกอบของไรโบโซม pre-rRNA จะถูกถอดรหัสจากไรโบโซมอลดีเอ็นเอ (rDNA) ก่อน จากนั้นจะถูกตัดและประมวลผลเป็น rRNA ที่สมบูรณ์
ภาพรวม
ในระหว่างหรือทันทีหลังจากการถอดรหัส pre-rRNA จากrDNAในนิวคลีโอลัส สารตั้งต้นของไรโบโซม RNA (pre-rRNA) จะถูกดัดแปลงและเชื่อมโยงกับโปรตีนไรโบโซมบางส่วน[ 1 ] RNA นิวคลีโอลัสขนาดเล็ก ( snoRNA ) กำหนดการดัดแปลงโดยการจับคู่เบสกับไซต์เป้าหมายใน pre-rRNA ของยูคาริโอตและอาจมีบทบาทในการพับ pre-rRNA ด้วย pre-rRNA ประกอบด้วยสเปเซอร์ที่ถอดรหัสภายนอก (5'-ETS, 3'-ETS) ที่ปลายทั้งสองข้าง รวมถึงสเปเซอร์ที่ถอดรหัสภายใน (ITS1, ITS2) การตัดที่ไซต์ A' และ T1 จะกำจัด 5'-ETS และ 3'-ETS ตามลำดับ การตัดที่ไซต์ A0, 1 และ 2 ทำให้เกิด 18S rRNA การตัดที่ตำแหน่ง 3 สามารถเกิดขึ้นได้ก่อนหรือหลังการตัดที่ตำแหน่ง A0, 1 และ 2 และอาจเป็นสาเหตุของการเชื่อมโยงระหว่างกระบวนการสร้าง rRNA 18S และ 28S ขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการสร้าง rRNA จำเป็นต้องมีการตัดที่ตำแหน่ง 3', 4', 4' และ 5' เพื่อสร้างrRNA 5.8S และ 28S ที่สมบูรณ์
การแก้ไข
งานวิจัยชี้ให้เห็นว่า การดัดแปลงภายในเกิดขึ้นพร้อมกันหรือทันทีหลังจากสังเคราะห์ pre-rRNA ในบริเวณส่วนประกอบของ rRNA ได้แก่ 18S, 5.8Sและ28Sซึ่งแตกต่างกันไปตามชนิดของเซลล์ การดัดแปลง pre-rRNA ของ Xenopusประกอบด้วยการเติมหมู่เมทิลที่เบส 10 ตำแหน่ง การเติมหมู่เมทิลที่ 2'-O ของไรโบส 105 ตำแหน่ง และพseudouridine ประมาณ 100 ตำแหน่ง ในขณะที่ rRNA ของยีสต์มีการดัดแปลงเพียงครึ่งหนึ่งของจำนวนนี้[ 2 ] RNA นิวคลีโอลาร์ขนาดเล็กจับคู่เบสกับ pre-rRNA และกำหนดตำแหน่งของการดัดแปลง ตระกูล snoRNA แต่ละตระกูลจะทำการดัดแปลงที่แตกต่างกัน snoRNA ชนิด Box C/D นำทางการสร้าง 2'-O-Me ในขณะที่ snoRNA ชนิด Box H/ACA นำทางการสร้างพseudouridine เชื่อกันว่าการจับคู่เบสของ snoRNA กับ pre-rRNA ทำหน้าที่เป็น chaperone ในการพับของ rRNA ที่เจริญเต็มที่
โปรตีนไรโบโซม
พรีอาร์อาร์เอ็นเอประกอบด้วยขนาดหลักสามขนาด ได้แก่ 37S (ยีสต์), 40S (ซีโนปัส) และ 45S (สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม) โปรตีนไรโบโซมเกือบ 80 ตัวจะประกอบเข้ากับพรีอาร์อาร์เอ็นเอในขั้นตอนต่างๆ ในระหว่างการถอดรหัสพรีอาร์อาร์เอ็นเอ โปรตีนที่จับกับไรโบโซมในระยะแรกจะเข้ามาเกี่ยวข้อง[ 3 ]เชื่อกันว่า 30S RNP ที่มีพรีอาร์อาร์เอ็นเอ 45S นี้เป็นสารตั้งต้นของ 80S RNP ซึ่งในทางกลับกันเป็นสารตั้งต้นของ 55S RNP โดย 55S RNP ประกอบขึ้นเป็นประมาณ 75% ของประชากรพรีไรโบโซมในนิวคลีโอลัส[ 4 ]
กระบวนการประมวลผลอาร์เอ็นเอไรโบโซม
ในการสร้าง rRNA 18S, 5.8S และ 28S ที่สมบูรณ์ pre-rRNA 40S (Xenopus) และ 45S (สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม) จะต้องผ่านการตัดแยกหลายครั้งเพื่อกำจัดตัวคั่นภายนอกและภายใน (ETS/ITS) ซึ่งสามารถทำได้ในสองเส้นทาง เส้นทางที่ 1 เริ่มต้นด้วยการตัดแยกที่ตำแหน่งที่ 3 ซึ่งแยกบริเวณการเข้ารหัส rRNA 5.8S และ 28S ใน pre-RNA 32S ออกจากบริเวณการเข้ารหัส rRNA 18S ใน pre-rRNA 20S เส้นทางที่ 2 ตัดแยกที่ตำแหน่ง A0, 1 และ 2 ก่อน จากนั้นจึงตัดแยกที่ตำแหน่งที่ 3 [ 5 ]
ยู3 สโนอาร์เอ็นเอ
U3 snoRNA ซึ่งเป็น snoRNA ที่มีปริมาณมากที่สุดที่จำเป็นสำหรับการประมวลผล rRNA มีอิทธิพลต่อเส้นทางที่เลือก[ 6 ]มันเชื่อมโยงกับ pre-rRNA ผ่านปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับโปรตีน รวมถึงการจับคู่เบส เพื่อให้ U3 ทำงานได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องมีการจับคู่เบสระหว่างบริเวณบานพับ 3' ของ U3 และลำดับที่เสริมกันใน 5'-ETS อย่างไรก็ตาม การจับคู่ระหว่างบานพับ 5' ของ U3 และ 5'-ETS อาจเกิดขึ้นได้ แต่ไม่จำเป็นต่อการทำงาน[ 7 ]นิวคลีโอลินซึ่งเป็นฟอสโฟโปรตีน ที่มีปริมาณมาก จะจับกับ pre-rRNA ทันทีหลังจากการถอดรหัส และอำนวยความสะดวกในการจับคู่เบสระหว่างบานพับ U3 snoRNA และ ETS [ 8 ]
การแยกไซต์ A' และ T1
บริเวณที่ 5'-ETS เชื่อมต่อกับ U3 เรียกว่าไซต์ A' และบางครั้งจะถูกตัดออกในกระบวนการแปรรูปขั้นต้นในพรีอาร์เอ็นเอของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การตัดไซต์นี้ขึ้นอยู่กับ snoRNA U3, U14, E1 และ E3 และถึงแม้ว่าการตัดนี้จะไม่ใช่เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการแปรรูปพรีอาร์เอ็นเอ แต่การเชื่อมต่อของ snoRNP นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการผลิต 18S rRNA หลังจากที่ A' ถูกตัดออกไม่นาน 3'-ETS จะถูกตัดที่ไซต์ T1 โดย snoRNA U8
การแตกตัวของไซต์ A0, 1 และ 2
การตัดที่ตำแหน่ง A0, 1 และ 2 ในภายหลังนั้นต้องอาศัย U3 snoRNA, U14 snoRNA snR30 และ snR10 ในยีสต์ รวมถึง U22 snoRNA ใน Xenopus การตัดที่ตำแหน่งเหล่านี้จะเกิดขึ้นพร้อมกันเพื่อให้ได้ 18S rRNA ที่สมบูรณ์ การตัดที่ตำแหน่ง A0 ต้องอาศัย Box A ของ U3 snoRNA [ 9 ]หาก Box A ของ U3 เกิดการกลายพันธุ์ การตัดที่ตำแหน่ง A0 จะถูกยับยั้ง และในขณะที่ 20S pre-rRNA สะสมอยู่ มันจะไม่ถูกประมวลผลเป็น 19S rRNA และการตัดที่ตำแหน่ง A0 และ 2 ก็จะถูกยับยั้งเช่นกัน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการตัดที่ตำแหน่ง A0 เกิดขึ้นก่อนการตัดที่ตำแหน่ง 1 และ 2 กลไกสำหรับการตัดที่ตำแหน่ง 1 ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด อย่างไรก็ตาม ตำแหน่งของ U3 Box A ที่อยู่ใกล้ตำแหน่ง 1 ช่วยพิสูจน์ได้ว่า Box A จำเป็นอีกครั้งสำหรับการตัดที่ตำแหน่ง A1 [ 10 ]อย่างไรก็ตาม ตำแหน่ง 2 ต้องอาศัยปลาย 3' ของ Box A และ U3 snoRNA สำหรับการตัด เมื่อตำแหน่งที่ 2 ถูกตัดออก 18S rRNA จะถูกปลดปล่อยออกจาก pre-rRNA
การแยกส่วนที่ไซต์ 3
ในขณะที่ U3 snoRNA จำเป็นสำหรับการสร้าง 18S rRNA นั้น U8 snoRNA จำเป็นสำหรับการสร้าง 5.8S และ 28S rRNA [ 11 ]การตัดเกิดขึ้นที่ตำแหน่ง 3 ซึ่งอยู่ใกล้กับปลายของ ITS1 และต่อมาจะสร้าง 32S pre-rRNA ซึ่งเป็นสารตัวกลางที่มีอายุยืนยาว การตัดที่ตำแหน่ง 4' ภายใน ITS2 จะสร้างสารตั้งต้นของ 5.8S RNA ที่ยาวกว่าที่ปลาย 3' เพื่อตัดปลาย 3' การตัดจะต้องเกิดขึ้นที่ตำแหน่ง 4 และ 5 มีการตั้งสมมติฐานว่าตำแหน่ง 3 อาจทำหน้าที่เป็นตัวเชื่อมระหว่างเส้นทางการประมวลผล 18S และ 28S rRNA ในสิ่งมีชีวิตชั้นสูง[ 12 ]
ประเภทต่างๆ
พรีอาร์อาร์เอ็นเอใน อาณาจักรชีวภาพทั้งหมดแสดงความคล้ายคลึงและความแตกต่างกันยูแบคทีเรียมี 16S และ23S rRNAที่อยู่ด้านบนของก้านคู่เบสยาวซึ่งทำหน้าที่เป็นตำแหน่งสำหรับการประมวลผลการตัด ของ RNase III [ 13 ]ก้านทั้งสองนี้ยังพบในพรีอาร์อาร์เอ็นเอจาก อาร์ เคแบคทีเรียอย่างไรก็ตาม ก้านเหล่านี้ไม่มีอยู่ในพรีอาร์อาร์เอ็นเอของ Xenopus เชื่อกันว่าในขณะที่การจับคู่เบสเกิดขึ้นในพรีอาร์อาร์เอ็นเอทุกประเภท การจับคู่จะเกิดขึ้นแบบซิสในพรีอาร์อาร์เอ็นเอของยูแบคทีเรีย ในขณะที่ในยูคาริโอต การจับคู่จะเกิดขึ้นแบบทรานส์ระหว่าง snoRNA และปลายของบริเวณการเข้ารหัส rRNA ในพรีอาร์อาร์เอ็นเอ ยังไม่ชัดเจนนักว่าทำไมทั้งสามอาณาจักรจึงมีพรีอาร์อาร์เอ็นเอ แทนที่จะถอดรหัสรูปแบบที่สมบูรณ์ของ rRNA โดยตรง แต่เชื่อว่าช่องว่างที่ถอดรหัสในพรีอาร์อาร์เอ็นเออาจมีบทบาทบางอย่างในการพับ rRNA อย่างเหมาะสม