Нонсенс-опосредованный распад

Но́нсенс-опосре́дованный распа́д мРНК (англ. nonsense-mediated mRNA decay, NMD) — одна из нескольких цитоплазматических систем клетки, осуществляющих контроль качества мРНК. По пути NMD расщепляются мРНК, содержащие стоп-кодоны в неправильных местах (в открытых рамках считывания) и, следовательно, неправильно сплайсированные. Таким образом, NMD предохраняет клетку от синтеза усечённых белков, которые могут оказаться опасными для клетки[1]. Регулируя экспрессию генов, NMD оказывается вовлечённым в такие клеточные процессы, как рост и пролиферация, ответ на стресс или вирусное вторжение, регулирует работу приобретённого иммунитета, активность нейронов и поведение[2].

Нонсенс-опосредованный распад имеет важное клиническое значение. Во-первых, он смягчает симптомы многих наследственных заболеваний, не давая синтезироваться дефектным белкам. Во-вторых, мутации различных белков, регулирующих NMD, могут приводить к серьёзным нарушениям развития нервной системы, кроме того, они связаны с развитием специфических опухолей[2].

Возможно, нонсенс-опосредованный распад сыграл чрезвычайно важную роль в эволюции эукариот, позволяя им осваивать новые гены, образовывавшиеся при перестройках ДНК, так как давал возможность выбирать для трансляции лишь те мРНК, которые могут дать начало полноразмерным белкам[1].

История изучения

Первоначально NMD был описан у дрожжей Saccharomyces cerevisiae и нематод Caenorhabditis elegans, однако к настоящему моменту этот путь обнаружен во всех исследованных клетках эукариот, а ключевые белки этого механизма консервативны от дрожжей до человека. Долгое время считалось, что NMD выступает только в роли защитного механизма, предотвращающего синтез дефектных белков, однако впоследствии было установлено, что его субстратом может быть существенная доля нормальных мРНК дикого типа. Поэтому нонсенс-опосредованный распад нужно рассматривать не только как защитный механизм, но и как фундаментальный механизм посттранскрипционной регуляции экспрессии генов у эукариот[2].

Общий принцип
Принципиальная схема нонсенс-опосредованного распада

Нонсенс-опосредованный распад активируется при транспорте мРНК из ядра в цитозоль. Когда 5'-конец мРНК выходит из ядерной поры, с ним связывается рибосома, начинающая трансляцию белка. При этом комплексы соединения экзонов (англ. Exon junction complex, EJC), связанные с мРНК на каждом сайте, по которому проходил сплайсинг, вытесняются движущейся рибосомой. Так как в норме стоп-кодон находится в конце последнего экзона, то после него на мРНК не должно находиться EJC. мРНК, у которых дело обстоит именно так, выпускаются в цитозоль, где завершается их трансляция. Если же, напротив, рибосома останавливается на преждевременном стоп-кодоне, то мРНК продолжает нести EJC. Такие мРНК подвергаются незамедлительной деградации. Таким образом, нонсенс-опосредованный распад обеспечивает контроль мРНК на выходе их из ядра[3].

Клиническое значение

Нонсенс-опосредованный распад может смягчать проявления многих наследственных заболеваний у индивидов, несущих одну нормальную аллель и одну мутированную аллель, содержащую нонсенс-мутацию. Такие мутации, изменяющие структуру белка, составляют примерно 15 % всех точечных мутаций, связанных с наследственными заболеваниями. Транскрипты, кодирующие аберрантные белки, будут разрушаться по пути NMD, и они не будут оказывать токсичное действие на клетку[4]. Кроме того, эффективность NMD может быть напрямую связана с выраженностью симптомов и исходом болезни[2].

Как отмечалось выше, мутации различных белков, регулирующих NMD, могут быть связаны с нарушениями развития нервной системы и рядом видов рака[2].

Примечания
  1. Альбертс и др., 2013, с. 593.
  2. He F., Jacobson A. Nonsense-Mediated mRNA Decay: Degradation of Defective Transcripts Is Only Part of the Story. (англ.) // Annual review of genetics. — 2015. — Vol. 49. — P. 339—366. — doi:10.1146/annurev-genet-112414-054639. — PMID 26436458.
  3. Альбертс и др., 2013, с. 593—594.
  4. Альбертс и др., 2013, с. 595.

Литература
  • Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. Молекулярная биология клетки / Пер. с англ. А. Н. Дьяконовой, А. В. Дюбы и А. А. Светлова. Под ред. Е. С. Шилова, Б. П. Копнина, М. А. Лагарьковой, Д. В. Купраша. — М.—Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2013. — Т. 2. — С. 1213. — 1052 с. — ISBN 978-5-4344-0137-1.

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.