Կեպ

Կեպ, 5'-կեպ կամ կեպ-կառույց (անգլ.՝ cap՝ գլխարկ), կառույցներ էուկարիոտների մատրիցային (ինֆորմացիոն) և որոշ այլ ՌՆԹ-ների 5' ծայրերին։ Կեպը կազմված է մի քանի ձևափոխված նուկլեոտիդներից և բնորոշ է միայն ՌՆԹ պոլիմերազի կողմից սինթեզվող տրանսլիտներին։ Կեպի առկայությունը էուկարիոտների և պրոկարիոտների մՌՆԹ-ի բնորոշիչ տարբերություններից մեկն է։ Այս և այլ մեխանիզմների շնորհիվ է պայմանավորված էուկարիոտների տրանսլյացիայի ինիցիացիայի կայունությունը։
Կեպը ձևափոխված ռիբոնուկլեոտիդ է՝ 7-մեթիլգունոզին, որը տրանսկրիպտի առաջին նուկլեոտիդին միացած է 5',5'-եռֆոսֆատային կապով։ Նեղ իմաստով կեպ ասելով հասկանում են հենց 7-մեթիլգուանոզինը։ Հնարավոր է, որ տրանսկրիպտի առաջին նուկլեոտիդների լինեն մեթիլացված՝ ռիբոզի 2'-O դիրքում։ Կեպը նպաստում է պրե-մՌՆԹ-ի պրոցեսինգին, մՌՆԹ-ի կորիզից դուրս բերմանը, տրանսլյացիային և արագ դեգրադացիայից պաշտպանմանը։


== Պատմություն ==
Մինչև 1970-ականները մՌՆԹ-ի կենսաքիմիական հետազոտությունները կատարվում էին հիմնականում աղիքային ցուպիկի և բակտերիոֆագերի վրա։ Այդ ժամանակ հաստատվեց, որ աղիքային ցուպիկի մՌՆԹ-ները 5' ծայրում ունեն ֆոսֆատային խմբեր, այսպիսի ենթադրություն էր կատարվում նաև բոլոր էուկարիոտների մՌՆԹ-ների համար։ 1971-1972-ական թվականներին Կին-Իչինո Միուրան և Ահարոն Շատկինը հաստատեցին, որ ռետրովիրուսների ՌՆԹ-ն պարունակում է 2'-O-մեթիլգուանոզինֆոսֆատ։ Դա էուկարիոտների նուկլեոտիդներում մեթիլ խմբերի առկայության առաջին փաստն էր։
Միուրան շարունակեց իր աշխատանքները Ճապոնիայում Յասհիրո Ֆիրիուտիի հետ։ Վերջինս հաստատեց, որ ցիտոպլազմային պոլիեդրոզի վիրուսի գեների արդյունավետ տրանսկրիպցիայի համար ռեակցիոն խառնուրդում անհրաժեշտ է դոնորի մեթիլ խմբերի (S-ադենոզիլմեթիոնինի) առկայությունը, ընդ որում առաջին մեթիլ խումբը մտնում է տրանսկրիպտի առաջին նուկլեոտիդի, իսկ երկրորդը՝ անհայտ բաղադրամասի կազմի մեջ։ Ֆուրիուտին հաստատեց նաև, որ ՌՆԹ-ի 5' ծայրը պատշպանված է հիմնային ֆոսֆատազի ազդեցությունից։ Նույն տարում տպագրվեցին նաև մի շարք այլ հոդվածներ, որոնք նկարագրում էին էուկարիոտների բջիջներից առանձնացված ՌՆԹ-ի մեթիլացված նուկլեոտիդները։ Բոլոր ստացված արդյունքների քննարկումից հետո Ֆրից Ռոտմանը ենթադրեց, որ m7GppNp-ն (որտեղ N-ը ցանկացած նուկլեոտիդ է) էուկարիոտների բոլոր ՌՆԹ-ների 5' ծարերը արգելափակող կառույցն է։ Ավելի ուշ Ֆուրուիտին և Միուրան ճշգրտեցին այդ կառույցի կառուցվածքը՝ ցույց տալով վերջինիս մեջ երկ- և եռֆոսֆատային կամրջակի առկայությունը։ Միաժամանակ Վեյը, Մոսը և Միուրիի խումբը ծաղիկի վիրուսի մՌՆԹ-ների 5' ծայրերում հայտնաբերեցին m7GpppGp-ը և m7GpppAp-ը.։
Ֆուրուիտին, Շատկինը և Ջեյմս Դարնելը գործընկերների հետ շատ շուտով հետազոտելով HeLa բջիջների մՌՆԹ-ն, հայտնաբերեցին, որ մՌՆԹ-ների 5' ծարերը պաշտպանված են նույնպիսի կառույցներով, ինչպիսին որ վիրուսային ՌՆԹ-ները։ Դերնելը առաջին անգամ օգտագործեց «կեպ» բառը։
Փոքր կորիզային ՌՆԹ-ներին բնորոշ հատուկ m2,2,7GpppNp կեպը, առաջին անգամ հայտնաբերվել է Հարիս Բուշի խմբի կողմից։ Սակայն, այնպես ինչպես սովորական կեպի դեպքում էր, այս կեպի կառուցվածքը նույնպես առաջին անգամ սխալ էր որոշվել․ այն պարունակում է երկֆոսֆատային կապ՝ եռաֆոսֆատայինի փոխարեն։
Կեպավորման ֆերմենտներն առաջին անգամ անջատվել են Մոսի լաբորատորիայի կողմից։


== Կեպերի տիպերն ու տարածվածությունը ==

Էուկարիոտների մեծամասնության ՌՆԹ պոլիմերազա II-ի կողմից սինթեզվող մՌՆԹ-ների 5' ծայրերը տրանսկրիպցիայի ժամանակ ձևափոխվում են 7-մեթիլգուանոզինի միացման միջոցով։ ՌՆԹ պոլիմերազ II-ը սինթեզում է բոլոր պրե-ՌՆԹ-ները, որոշ փոքր կորիզային և փոքր կորիզակային ՌՆԹ-ներ։ Էուկարիոտների բջիջներին հարմարված վիրուսները նույնպես կարող են ունենալ կեպավորված ՌՆԹ-ներ անկախ նրանից, դրանք սինթեզվում են ՌՆԹ պոլիմերազա II-ի թե այլ ֆերմենտի կողմից։ Էուկարիոտ օրգանիզմի կարգաբանական պատկանելությունից և ՌՆԹ-ի տեսակից ելնելով, սկզբնական կեպավորող կառուցվածքը կարող է ենթարկվել հետակա փոփոխությունների և ձևափոխությունների, որոնցից հիմնականը մեթիլացումն է։

2013 թվականի տվյալներով հայտնի է կեպերի հետևյալ տեսակները։

կեպ 0 (m7GpppNp, որտեղ N-ը ցանկացած նուկլեոտիդ է) - նվազագույն կեպային կառուցվածքն է, որը ՌՆԹ-ի առաջին նուկլեոտիդին 5',5'-եռֆոսֆատային կապով միացած 7-մեթիլգուանոզին է։ Կեպ 0-ն ճանաչվում է տրանսլյացիայի ինիցիացիայի գործոն eIF4E-ի կողմից։ Կեպ 0-ն բնորոշ է բույսերի, բույսերի վիրուսների և սնկերի ՌՆԹ-ներին, կենդանիների մոտ այն շատ հազվադեպ է հանդիպում (օրինակ՝ դրոզոֆիլ պտղաճանճի մոտ կեպ 1 և 2-ի հետ զուգահեռ հայտնաբերվել է նաև կեպ 0)։
կեպ 1 (m7GpppNm2'-Op) տրանսկրիպտի առաջին նուկլետիդի ռիբոզին միանում է 2'-O դիրքում, որով էլ տարբերվում է կեպ 0-ից։
կեպ 2 (m7GpppNm2'-OpNm2'-Op) տրանսկրիպտի առաջին և երկրորդ նուկլեոտիդների մեթիլացված են ռիբոզի 2'-O դիրերքում։ Կենդանիների ՌՆԹ-ներին բնորոշ են 1 և 2 կեպերը, որոնց հարաբերակցությունը բջջում կախված է կենդանի օրգանիզմի տեսակից։
կեպ 4 (m7GpppNm2'-OpNm2'-OpNm2'-OpNm2'-Op) հայտնաբերված է որոշ նախակենդանիների մոտ։
2,2,7-եռմեթիլգուանոզինային կեպ (m2,2,7GpppNp) բնորոշ է փոքր կորիզային ՌՆԹ-ներին և ծառայում է նրանց տեղափոխման և/կամ կորիզում պահելու ազդանշան։.Հետաքրքիր է, որ կենդանիների ՌՆԹ վիրուսների մոտ 7-մեթիլգուանոզինից հետո առաջին նուկլեոտիդը պուրինն է, որի ազոտային հիմքերը կարող են լրացուցիչ մեթիլացված լինել (օրինակ՝ N6-մեթիլադենոզինի առաջացմամբ)։ Իսկ կենդանիների բջջային մՌՆԹ-ների առաջին նուկլեոտիդը կարող է լինել 4 նուկլեոտիդներից ցանկացածը, և այն նույնպես, ինչպես վիրուսների դեպքում լրացուցիչ մեթիլացված է։ Ընդհանուր առմամբ կարելի է ասել, որ որքան կենդանի օրգանիզմն ավելի բարձրակարգ է, այնքան ավելի շատ մեթիլ խմբեր են բաժին հասնում նրա կեպին։


== Մեխանիզմ ==


=== Ֆերմենտներ ===

Կեպավորումը՝ ՌՆԹ-ի պրոցեսինգի առաջին փուլն է։ Կեպավորումը տեղի է ունենում բջջակորիզում տրանսրիպցիայի ընթացքում, երբ սինթեզվող տրանսկրիպտը ունենում է 25-30 նուկլեոտիդ երկարություն։ Կեպավորումը տեղի է ունենում 3 հիմնական ֆերմենտների միջոցով՝ РНК-եռֆոսֆատազ, գուանիլտրանսֆերազ և գուանիլ-N7-մեթիլտրանսֆերազ։
ՌՆԹ-եռֆոսֆատազը պոկում է γ-ֆոսֆատային խումբը նուկլեոտիդի 5' ծայրից։ ՌՆԹ եռֆոստֆատազի ամինաթթվային կազմը զգալիորեն տարբերվում է էուկարիոտների մոտ․ կարելի է առանձնացնել ֆերմենտների նվազագույնը 2 ընտանիք։ Երկվալենտ կատիոնների կախյալ ՌՆԹ եռֆոսֆատազները բնորոշ են նախակենդանիներին, սնկերին և էուկարիոտների վիրուսներին, իսկ երկվալենտ կատիոններից անկախ եռֆոսֆատազները բնորոշ են կենդանիներին և բույսերին։
Saccharomyces cerevisiae խմորասնկերի մոտ ՌՆԹ եռֆոսֆատազը գաղտնագրվում է հատուկ Cet1 գենի միջոցով, այն դեպքում, երբ կաթնասունների և այլ բազմաբջիջ օրգանիզմների մոտ սինթեզվում է երկֆունկցիոնալ ֆերմենտ, որը օժտված է և ՌՆԹ եռֆոսֆատազային և գուանիլտրանսֆերազային ակտիվությամբ։
Խմորասնկերի Ceg1 գենի կողմից գաղտնագրվող գուանիլտրանսֆերազան իրականացնում է ԳՄՖ-ի մնացորդի տեղափոխումը ԳԵՖ-ից դեպի նուկլեոտիդի 5' ծայրի β ֆոսֆատային խումբ, առաջանում է GpppN կառույցը։ Այս ռեակցիան ընթանում է երկու փուլով՝ ֆերմենտ-(լիզին-N)-ԳՄՖ միջանկյակ միացության առաջացմամբ։ Գուանիլտրանսֆերազը որպես սուբստրատ կարող է օգտագործել միայն 5'-երկֆոսֆատը, որը ապահովում է առաջնային տրանսկրիպտների միայն 5' ծայրերի կեպավորումը։ Որպես բացառություն, տրիպանոսոմների և նեմատոդների մոտ հնարավոր է էնդոնուկլեոլիզի գործընթացն անցած մՌՆԹ-ների կեպավորում։
N7-մեթիլտրանսֆերազ (կամ 7-մեթիլտրանսֆերազ) բոլոր կենդանի օրգանիզմների մոտ գաղտնագրվում է առանձին գենի կողմից (Abd1 խմորասնկերի մոտ). Այդ ֆերմենտը կատալիզում է մեթիլ խմբի տեղափոխումը S- ադենզիլմեթիոնինից Gppp-ՌՆԹ-ի վրա՝ m7Gppp-ՌՆԹ-ի առաջացմամբ։


=== Կապը տրանսկրիպցիայի հետ ===
Կեպավորման գործընթացում համապատասխան ֆերմենտներն անմիջապես միանում են ՌՆԹ պոլիմերազի մեծ ենթամիավորման ֆոսֆորիլացված C ծայրային դոմենին։
C ծայրային դոմենն ունի բացառիկ էվոլյուցիոն դեր, այն կազմված է բազմակի կրկնվող ամինաթթվային հաջորդականություններից Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser։
Որոշ պրոտեինկինազներ կարող են ֆոսֆորիլացնել C ծայրային դոմենի ամինաթթվային հաջորդականությունները։ Ինիցիացիայից վաղ էլոնգացիայի փուլի անցումը ուղեկցվում է TFIIH տրանսկրիպցիայի գործոնի Ser-5-ի ֆոսֆորիլացմամբ։ Տրանսկրիպցիայի ընթացքում ֆոսֆորիլացված Ser-5-երի քանակը հետզհետե նվազում է, փոխարենը ավելանում են ֆոսֆորիլացված Ser-2-երը։ ՌՆԹ պոլիմերազ II-ի Ser-5-ի ֆոսֆորիլացումից հետո, տրանսկրիպցիոն համալիրին միանում է բացասական ազդող DSIF (անգլ.՝ DRB sensitivity inducing factor) տրանսրիպցիոն գործոնը, որը իր հերթին գրավում է տրանսկրիպցիայի մեկ այլ բացասական գործոն՝ NELF (անգլ.՝ negative elongation factor)։ Այս գործոնները միասին արգելակում են տրանսկրիպցիայի հետագա ընթացքը։
Կաթնասունների կեպավորող ֆերմենտի գուանիլտրանսֆերազային դոմենը նմանություն ունի ՌՆԹ պոլիմերազ II C ծայրային դոմենների հետ։ Խմորասնկերի մոտ ՌՆԹ պոլիմերազին միանում է գուանիլտրանսգերազ Ceg1-ը, որն ապա ներգրավվում է ՌՆԹ-եռֆոսֆատազ Cet1-ի համալրի մեջ։ բացի այդ, գուանիլտրանսֆերազը միաժամանակ միանում է DSIF-ի ենթամիավորումներից մեկի հետ։ ՌՆԹ պոլիմերազի ֆոսֆորիլացված ձևի և DSIF-ի հետ միացումը խթանումէ գուանիլտրանսֆերազի կատալիտիկ ակտիվությունը։
Նկարագրվածը ապահովում է տրանսկրիպցիայի ինիցացիայից հետո ընթացող կեպավորումը մինչև տրանսկրիպցիոն համալիրը կանցնի էլոնգացիայի փուլին։ Համարվում է, որ ֆոսֆորիլացված Ser-5-ը կորչում է այն պահին, երբ տրանսկրիպտը ունենում է 500 նուկլեոտիդ երկարություն։ Միաժամանակ տրանսկրիպցիոն համալիրից դիսոցվում են նաև կեպավորող ֆերմենտները։ Անհրաժեշտ է նշել, որ ոչ միայն տրանսկրիպցիան որոշում է կեպավորման գործընթացի հետագա ընթացքը, այլ այն ազդում նաև ազդում է տրանսկրիպցիայի հետագա ընթացքի վրա։


== Ֆունկցիաներ ==
ՌՆԹ տրանսկրիպտի 5' ծայրի կեպավորումը, շատ դեպքերում որոշում է ՌՆԹ-ի հետագա ճակատագիրը։ Հայտնի են կեպի հետևյալ գործառույթները․

տրանսկրիպցիայի կարգավորում
մասնակցություն սփլայսինգին
մՌՆԹ-ի 3'-ծայրի պրոցեսինգ
բջջակորիզի և ցիտոպլազմայի միջև իրականացվող ՌՆԹ-ի փոխադրման կարգավորում
տրանսկրիպտի էկզոնուկլեազների ազդեցությամբ իրականացվող հետզարգացումից պաշտպանում։
տրանսլյացիայի խթանում


=== Տրանսկրիպցիայի կարգավորում ===
Մի շարք հետազոտություններ ցույց են տալիս, որ կեպավորմանը մասնակցող ֆերմենտները կարող են զգալի դեր ունենալ տրանսկրիպցիայի կարգավորման գործում։ 2007 թվականին ցույց տրվեց, որ շատ էուկարիոտների գեների պրոմոտորներ միշտ պարունակում են կարճ տրանսկրիպտներ սինթեզելու ունակ տրանսկրիպցիոն համալիրներ, սակայն այդ պրոմոտորների ինիցիացիայից էլոնգացիայի անցումը արգելակված է։ Ենթադրվում է, որ այս համակարգը անհրաժեշտության դեպքում թույլ է տալիս շատ արագ սկսել տրանսկրիպցիայի գործընթացը, որը հատկապես կարևոր է սաղմնային զարգացումն ապահովող գեների համար։ Ենթադրվում է նաև, որ կեպավորումը կարող է լինել գեների «անջատմանը» մասնակցող գործընթացներից մեկը։
Ըստ որոշ տվյալների տրանսկրիպցիայի համալիրի շարժումը արգելակվում է DSIF և NELF տրանսկրիպցիայի գործոնների կողմից, որոնք գործում են միաժամանակ և վերականգնվում՝ դրական կարգավորիչ PTEFb ազդեցությամբ, որը ֆոսֆորիլացնում է ՌՆԹ պոլիմերազ II-ի C ծայրային դոմենի ամինաթթուները Ser-2 դիրքում։ Հետազոտողների որոշ խմբերի կողմից հաստատվել է, որ խմորասնկերի մոտ գեների տրանսկրիպցիան խթանվում է կեպավորող ֆերմենտների միջոցով։ Ցույց է տրվել նաև, որ այս ֆերմենտների գործունեությունը չի փոփոխում տրանսկրիպցիան, նույնիսկ այն դեպքում, երբ մուտացիայի արդյունքում կորցնում են կատալիտիկ ակտիվությունը։
Այս փաստը թույլ է տալիս ենթադրել, որ կեպավորող ֆերմենտների գոյությունը տրանսկրիպցիայի կոմպլեքսում խթանում է տրանսկրիպցիոն կոմպլեքսի շարժը։ Կեպավորող ֆերմենտների խթանող ազդեցությունը տրանսկրիպցիայի վրա կարող է բացատրվել նրանով, որ նրանք կարող են միանալ DSIF֊ին և իրենց հետ կոմպլեքսից հեռացնել NELF-ը, սրանով չեզոքացնելով DSIF-ի արգելակող ազդեցությունը տրանսկրիպցիայի վրա։ Բացի այդ, ցույց է տրվել, որ խմորասունկ Schizosaccharomyces pombe֊ի և կլոր որդ Caenorhabditis elegans֊ի  7-մեթիլտրանսֆերազը, տրանսկրիպցիոն կոմպլեքս է ներգրավում PTEFb տրանսկրիպցիայի գործոնը, որը ապահովում է կոմպլեքսի շարժումը գենի ներս։ PTEFb-ի լրացուցիչ ներգրավումը ապահովում է նաև կեպմիացող սպիտակուցային կոմպլեքսը (CBC):
Միաժամանակ ցույց է տրվել, որոշ հացթուխային խմորասնկերի որոշ գեների տրանսկրիպցիան տեղի է ունենում կեպավորումից անկախ։ Այսպիսով, խմորասնկերի մոտ կեպավորման և տրանսկրիպցիայի կապը բնորոշ է միայն որոշ գեներին։ 


=== Մասնակցությունը սփլայսինգին ===

Կեպը պրե-ՌՆԹԻ-ի սփլայսինգը խթանում է ինչպես in vitro, այնպես էլ in vivo, ընդ որում այն մեծ մասամբ խթանում է 5' ծայրին ավելի մոտ ինտրոնների հեռացումը։ Կեպի դրական ազդեցությունը սփլայսինգի վրա բացատրվում է հետևյալ կերպ․ տրանսկրիպտի 5' ծայրին կեպի միանալուց անմիջապես հետո, նրան միանում է կեպ կապող համալիրը CBC (անգլ.՝ cap binding complex), որը շատ կարևոր է պրե-ՌՆԹ-ի պրոցեսինգի հետագա փուլերի համար։ CBC-ը կազմված է երկու ենթամիավորումներից՝ կեպ-կապող սպիտակուց CBP20 (անգլ.՝ cap binding protein) և օժանդակ CBP80։ Կեպ-կապող համալիրը փոխազդում է սպլայսոսմների, փոքր կորիզային ՌՆՊ U1-ի հետ։ Փփոքր կորիզային ՌՆՊ U1-ն ապահովում է սփլայսինգի 5' ծայրային հատվածի ճանաչումը և նրանից սկսում է սպլայսոսոմի հավաքումը։
Մինչ օրս պարզ չէ, թե տարբեր օրգանիզմների մոտ որքան է կեպից անկախ սփլայսինգի ենթարկվող պրե-ՌՆԹ-ների քանակը։ Սակայն ցույց է տրված, որ այդպիսի կախվածությունը գենայուրահատուկ է S. cerevisiae-ի մոտ։


=== Մասնակցությունը  մՌՆԹ-ի 3' ծայրի պրոցեսինգում ===
Էուկարիոտների մՌՆԹ-ի 3' ծայրը ձևավորվում է երկու փուլով՝ սկզբում հատուկ էնդոնուկլեազը խզում է մՌՆԹ-ի 3' ծայրային հատվածը և ապա պոլի(А)-պոլիմերազը վերաձևավորված 3' ծայրին միացնում է պոլիադելինային պոչը։ Կեպի առկայությունը HeLa բջիջների կորիզներում խթանում է մՌՆԹ-ի 3' ծայրի էնդոնուկլեոտիկ ճեղքումը։ Այս դեպքում կեպի դրական ազդեցությունը իրականացվում է կեպ-միացնող համալիրի միջոցով, որը կապվում է համալիրի 3'-պրոցեսացնող բաղադրիչների հետ և ապահովում դրա կայունությունը։ Մինչ օրս հայտնի չէ կեպի ազդեցությունը պոլիադելինացման վրա։


=== ՌՆԹ-ի փոխադրման մեջ ունեցած դերը ===
Կեպը մեծ դեր ունի բջջակորիզից ՌՆԹ-ի փոխադրման գերծում։ ՄՌՆԹ-ի տեղափոխումը կատարվում է հետևյալ տրանսպորտային գործոնների մասնակցությամբ՝ Mex67-Mtr2 (խմորասնկեր) և TAP-p15 (բազմաբջիջներ)։ Բայց այս համալիրը սպիտակուցին միանում է ոչ թե անմիջապես, այլ Yra1 (խմորասնկեր) կամ ALY/REF (բազմաբջիջների) միջոցով, որոնք TREX սպիտակուցային համակարգի մի մասն են։ Իր հերթին, TREX-ը ներգրավում է իՌՆԹ֊ի հետ միացած կոմպլեքսը՝ կեպ կապող կոմպլեքսի CBC80 ենթամիավորման հետ ALY/REF֊ի փոխազդեցության պատճառով։ Այսպիսի մեխանիզմը թույլ է տալիս, որ փոխադրող կոմպեքսը միանա իՌՆԹ֊ի 5' ծայրին մոտ։
ՌՆԹ-պոլիմերազ II-ի կողմից սինթեզվող փոքր կորիզային ՌՆԹ-ները, տեղափոխվում են ցիտոպլազմա, հասունանում, որից հետո նորից վերադարձվում կորիզ։ Փոքր կորիզային ՌՆԹ-ների երկկողմանի փոխադրումներին մասնակցում է Crm1 սպիտակուցը, որը, ինչպես մՌՆԹ-ի դեպքում է, յուրահատուկ սուբստատը կաում է PHAX (անգլ.՝ phosphorylated adaptor for RNA export) սպիտակուցի միջոցով։ PHAX-ը միանում է փկՌՆԹ-ներին կեպ-կապող համակարգերի հետ ունեցած նմանության շնորհիվ։ ՌՆՊ-երի ձևավորման ընթացքում, փկՌՆԹ-ների կեպ-կառույցը ենթարկվում է կրկնակի մեթիլացման՝ 2,2,7-տրիմեթիլգուանոզինային կեպի առաջացմամբ։ Մյուս փոխադրող գործոնը՝ սնուրպորտին 1-ն է, որը ճանաչում է այսպես ձևափոխվաց կեպը և ապահովում մանր կորիզային ՌՆԹ֊ների վերադարձը կորիզ։ Ենթադրաբար, կեպի լրացուցիչ մեթիլացումը կանխում է ՌՆԹ֊ի պատահական կամ կրկին դուրսբերումը կորիզից և վերադարձը կորիզ՝ միտոզից հետո։


=== ՌՆԹ-ի պաշտպանումը դեգրադացիայից ===
Կեպի առկայությունը մՌՆԹ-ների 5' ծայրին, պատշտօանում է ՌՆԹ-ի մոլեկուլները էկզոնուկլեազների ազդեցությամբ առաջացող դեգրադացիայից երկու հիմնական ձևերով։ Առաջին հերթին 5'-էկզոնուկլեազները չեն կարող ճեղքել կեպը և մՌՆԹ-ն միացնող 5',5'-եռֆոսֆատային կապը։ Ապա, կեպ-կապող սպիտակուցները, օրինակ էուկարիոտների տրանսլյացիայի ինիցիացիայի գործոններ eIF4E—eIF4G-ը, արգելափակում են նուկլեազների մՌՆԹ-ի 5' ծայրի հասանելիությունը։ Կեպի ճեղքումը մՌՆԹ-ի դեգրադացիային նախորդող կարևոր փուլերից մեկն է։


=== Դերը տրանսլյացիայում ===
Nonsense-mediated decay (NMD) գործընթացի շնորհիվ բջիջը ազատվում է մՌՆԹ-ի այն մոլեկուլներից, որի հիմքի վրա կարող են սինթեզվել կրճատված կամ սեփական ֆունկցիան իրականացնել չկարողացող սպիտակուցի մոլեկուլներ։ Հասուն մՌՆԹ-ի մոլեկուլը, որը դեռևս իր 5' ծայրին կրում է կեպ-կապող CBC համալիրը և այլ սպիտակուցներ, բնութագրական են կորիզային մՌՆՊ-ների համար և անցնում է տրանսլյացիայի առաջին փորձնական փուլի մեջ։
Եթե տրանսլյացիայի ընթացքում մՌՆԹ-ի մոտ հայտնաբերվում է վաղաժամ ստոպ կոդոնի առկայություն, ապա այդպիսի ՌՆԹ-ն NMD ուղով ենթարկվում է դեգրադացիայի։ Եթե վաղաժամ ստոպ կոդոն չի հայտնաբերվում, ապա տեղի է ունենում մՌՆԹ-ն կապող սպիտակուցների փոխարինում ցիտոպլազմային բնութագրական սպիտակուցներով (օրինակ պոլիադելինային խմբին միացող պեպտիդ PABP2-ը փոխարինվում է PABP1-ով, eIF4E-ի վրա) և մՌՆԹ-ն դառնում է տրանսլյացիայի լիարժեք մատրիքս։
Էուկարիոտների մՌՆԹ-ների մեծ մաս տրանսլյացիայի է ենթարկվում կեպ-կախյալ և միայն նրանց աննշան մասը՝ ռիբոսոմի ներքին վայրէջքի մեխանիզմի օգնությամբ։ Հարաբերականորեն վաղուց արդեն հայտնի էր, որ չկեպավորված մՌՆԹ-ները սպիտակուցների in vitro գիտափորձերի համար համարվում են վատ մատրիքսներ. կեպի առկայությունը խնթանում է մՌՆԹ-ի կապումը ռիբոսոմի հետ։
Այսօրվա դրությամբ նկարագրված են այս երևույթի մոլեկուլային մեխանիզմները։ Կեպ-կախյալ տրանսլյացիայի ինիցիացիան ներառում է eIF4F (eIF4E—eIF4G—eIF4A) համակարգի կառուցումը՝ մՌՆԹ-ի կեպավորված 5' ծայրերի վրա։ ՄՌՆԹ-ին սկզբում միանում է կեպ-կապող eIF4E տրանսլյացիայի գործոնը, որը իր հերթին ներգրավում է ավելի խոշոր սպիտակուցի մոլեկուլ eIF4G։ eIF4G-ն իր հերթին, ծառայում է հիմք eIF4A, eIF3 և PABP սպիտակուցների համար։ Այս և մի քանի այլ սպիտակուցների ազդեցությունը նախապատրաստում է մՌՆԹ-ն ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորում պարունակող 43S նախատրանսլյացիոն համակարգի վայրէջքին։ Դրանից հետո սկսվում է ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորման 5' չտրանսլացվող հատվածի ստուգումը, 5' ծայրից սկսած՝ սպիտակուցի սինթեզի ստարտ կոդոնը գտնելու նպատակով։


== Դեկեպավորում և ռեկեպավորում ==


=== Դեկեպավորում ===
Կեպը պոլի-A պոչի հետ ապահում է իՌՆԹ֊ի մոլեկուլի կայունությունը, կեպի հեռացումը բերում է մոլեկուլի դեգրադացիային։ Այսպիսով, կեպավորումը իՌՆԹ֊ի կյանքի կարևոր փուլերից մեկն է և բջջում խիստ կարգավորվում է։
Էուկարիոտների մոտ հայտնի է իՌՆԹ֊ի դեգրադացիայի մի քանի ուղի՝

դեգրադացիա, որը կապված է պոլի֊A պոչի կարճացման հետ,
5'→3'-դեգրադացիա
3'→5'-դեգրադացիա
դեգրադացիա, որը կախված չէ պոլի֊Ա պոչի կարճացման հետне
դեգրադացիա՝ էնդոնուկլեազների մասնակցությամբՊոլի֊Ա պոչի կարճացման հետ կապված լինելու դեպքում, իՌՆԹ֊ի դեգրադացիան կարող է ընթանալ երկու տարբեր ձևերով։ 5'→3' ուղղությամբ ճեղքումը սկսում է դեկեպավորող սպիտակուցային կոմպլեքսի ազդեցությամբ։ S. cerevisiae֊ի մոտ այս կոմպլեքսը կազմված է երկու սպիտակուցից՝ կատալիտիկ Dcp2 ենթամիավորից և կոակտիվատոր Dcp1-ից։ Բարձրակարգ էուկարիոտների մոտ այս կոմպլեքսի կազմի մեջ մտնում է նաև երրորդ սպիտակուց՝ Hedls (մարդու մոտ), որը կոմպլեքսի ենթամիավորների միջև ապահովում է լրացուցիչ կամ և խթանում դեկեպավորումը։ Դեկեպավորման ռեակցիայի պրոդուկտներ են 7-մեթիլ-ԳԵՖ֊ը և ՌՆԹ՝ 5' ծայրում մոնոֆոսֆատով։ Այսպիսի 5' ծայրը հասանելի է դառնում Xrn1 էնդոնուկլեազին, որը իՌՆԹ֊ն քայքայում է 5'→3' ուղղությամբ։ 5'→3'-դեգրադացիային մասնակցող սպիտակուցները մեծ քանակով հանդիպում են պրոցեսինգի մարմնիկներում, որոնք դիտվում են որպես իՌՆԹ֊ի պահպանման և/կամ դեգրադացիայի հնարավոր տեղամասեր։
ԻՌՆԹ֊ի 3'→5' ուղղությամբ քայքայումը կատալիզում է խոշոր բազմամիավոր էնդոնուկլեազ էքզոսոմը։ Դի֊ կամ օլիգոնուկլեոտիդների կեպավորումը, որը մնում է էքզոսոմի ազդեցությունից հետո, հետագայում դեկեպավորվում է DcpS ֆերմենտի ազդեցությամբ՝ առաջացնելով 7-մեթիլ-ԳՄՖ։ DcpS-ը փոխակերպում է նաև 7-մեթիլ-ԳԴՖ֊ը 7-մեթիլ-ԳՄՖ֊ի, որը ձևավորվում է իՌՆԹ֊ի՝ դեկեպավորող կոմպլեքսի ազդեցությունից հետո։


=== Ռեկեպավորում ===
Ցույց է տրվել, որ դեկեպավորված իՌՆԹ֊ները կարող են վերակեպավորվել ցիտոպլազմայում։ 2009 թվականին հաստատվեց, որ NMD ուղով ոչ ամբողջական ճեղքման ենթարկված իՌՆԹ֊ները ենթարկվում են 5' ծայրային փոխակերպումների, որոնք չեն տարբերվում կեպավորման գործընթացից։ Բացի այդ, հայտնաբերվել են այնպիսի ցիտոպլազմային ֆերմենտներ, որոնք միասնական կոմպլեքս ձևավորելով՝ ապահովում են կարճացած ՌՆԹ֊ի 5' ծայրի մոնոֆոսֆատին β-ֆոսֆատի և ԳՄՖ֊ի միացումը։ Այս երկու ռեակցիաների արդյունքում տեղի է ունենում GpppN կառույցի ձևավորումը։ Չնայած ցիտոպլազմայում կա 7-մեթիլտրանսֆերազ, այն չի մտնում ցիտոպլազմային կեպավորող կոմպլեքսի կազմի մեջ։ Թե ինչպես է տեղի ունենում կեպի մեթիլավորումը ցիտոպլազմային կեպավորման ժամանակ, մինչ օրս անհայտ է, անհայտ է նաև, թե ինչ կենսաբանական նշանակություն ունի ռեկեպավորումը։


== Կեպավորումը վիրուսների մոտ ==
Վիրուսների մոտ տեր բջջի սինթետիկ ապարատի օգտագործումը և վիրուսային իՌՆԹ֊ի արդյունավետ տրանսլյացիան կարևոր է գոյատևելու համար։ Էուկարիոտների բջիջներում միայն կեպավորված իՌՆԹ֊ները կարող են կայուն լինել և ենթարկվել տրանսլյացիայի։ Մյուս կողմից, չկեպավորված իՌՆԹ֊ները արագ դեգրադացվում են և կարող են պատճառ դառնալ բջջի հակավիրուսային մեխանիզմների ակտիվացմանը։ Վիրուսների և տերերի կոէվոլյուցիան վիրուսների մոտ բերել է մի շարք մեխանիզմների առաջացմանը, որոնց միջոցով վերջիններս խուսափում են այս խնդիրներից։

կեպավորում տիրոջ ֆերմենտների օգնությամբ ֊ ԴՆԹ վիրուսների մեծամասնությունը և որոշ ՌՆԹ վիրուսներ՝ ռետրովիրուսները և բորնավիրուսները օգտագործում են տեր բջջի ՌՆԹ֊պոլիմերազ II֊ը՝ սեփական գեների տրանսկրիպցիայի և հետևաբար նաև կեպավորում են իրենց ՌՆԹ֊ները տեր բջջի ֆերմենտների հաշվին։
կեպավորում վիրուսի ֆերմենտների օգնությամբ ֊ այն վիրուսները, որոնց ռեպլիկացիան տեղի է ունենում ցիտոպլազմայում, օգտագործում են սեփական կեպավորող ֆերմենտները, որոնք կարող են համապատասխանել և տարբեր լինել տեր բջջի ֆերմենտներից։
կանոնավոր կեպավորում ֊ վիրուսային ՌՆԹ֊ների 5' ծայրերի կեպավորումը, որը տեղի է ունենում նույն մեխանիզմով, ինչ բջջային ՌՆԹ֊ների կեպավորումը։ Այս մեխանիզմը ներառումէ  ՌՆԹ֊եռֆոսֆատազի, գուանիլտրանսֆերազի և 7-մեթիլտրանսֆերազի հաջորդական ազդեցությունը, որոնք կարող են ներկայացված լինել ինչպես առանձին ֆերմենտների, այնպես էլ նույն բազմաֆունկցիոնալ սպիտակուցի տարբեր դոմենների տեսքով։ Այս եղանակը բնորոշ է պոքսվիրուսներին, ֆլավիվիրուսներին և ռեովիրուսներին։ Մեխանիզմը լավ ուսումնասիրված է ծաղիկի վիրուսի մոտ․ առաջին երեք փուլերը կատալիզում է D1 ֆերմենտը իր ալոստերիկ կարգավորիչ D12-ով, իսկ VP39 սպիտակուցը հետագայում իրականացնում է  ՌՆԹ֊ի առաջին նուկլեոտիդի ռիբոզի մնացորդի 2'-O-մեթիլավորումը։
ոչ կանոնավոր կեպավորում ֊ վիրուսային ՌՆԹ֊ների 5' ծայրերի կեպավորումը, որը տեղի է ունենում բջջային ՌՆԹ֊ի կեպավորումից տարբեր մեխանիզմով։ Հայտնի է ոչ կանոնավոր կեպավորման մի քանի ուղի։ Առաջինը ուսումնասիրվել է Mononegavirales կարգի մոտ․ այս վիրուսների L բազմաֆունկցիոնալ սպիտակուցը, որը ունի պոլիռիբոնուկլեոտիդիլտրանսֆերազային և մեթիլտրանսֆերազային ակտիվությամբ ապահովում է ԳԵՖ֊ի տեղափոխումը վիրուսային ՌՆԹ֊ի  5'-մոնոֆոսֆատի վրա և մեթիլացումը՝ ՌՆԹ֊ի առաջին նուկլեոտիդի 2'-O-դիրքի և կեպավորվող նուկլեոտիդի N7 ֊դիրքի ուղղությամբ։ Մյուս ուղին բնորոշ է ալֆավիրուսանման տոգավիրուսներին, օրինակ՝ Սեմլիկի անտառի վիրուսին և Սինդբիս վիրուսին։ Այս դեպքում վիրուսային 0 կեպը սինթեզվում է այսպես․ Ado-Met-կախյալ վիրուսային N7-մեթիլտրանսֆերազը մեթիլացնում է ԳԵՖ֊ը N7 դիրքում, ապա գուանիլտրանսֆերազը մեթիլացված ԳՄՖ֊ը տեղափոխում է վիրուսային իՌՆԹ֊ի 5' ծայրի վրա, որից ի սկզբանե ՌՆԹ֊տրանսֆերազի միջոցով հեռացվել է γ-ֆոսֆատային խումբը
որոշ վիրուսներ ուղղակի «գողանում են» բջջային իՌՆԹ֊ի կեպերը  (անգլ.՝ cap snatching)․ կեպավորման այսպիսի տեսակը բնորոշ է հատվածավորված գենոմով (-)ՌՆԹ վիրուսներին, օրինակ՝ բունիավիրուսներին, արնավիրուսներին և օրթոմիքսովիրուսներին (օրինակ՝ գրիպի վիրուս)։ Այս վիրուսների ՌՆԹ֊կախյալ֊ՌՆԹ֊պոլիմերազը կապվում է մեկ կամ եռկու բջջային ՌՆԹ֊ների կեպերին և պոկում, ճեղքում այն մի քանի նուկլեոտիդային հաջորդականությունների հետ։ Ապա այս ՌՆԹ֊ի հատվածը վիրուսն ուղղակի օգտագործում է սեփական ՌՆԹ֊ն սինթեզելու համար։ Կեպից զրկված բջջային ՌՆԹ֊ներն էլ արագ դեգրադացվում են, որը վիրուսին նույնպես առավելություն են տալիս։Որոշ վիրուսներ շրջանցում են կեպավորման խնդիրը IRES կառույցների  կամ իրենց իՌՆԹ֊ների 5' ծայրերում պաշտպանիչ սպիտակուցների միացման շնորհիվ։


== Կեպավորման էվոլյուցիան ==

ՌՆԹ֊ի կեպավորումը բնորոշ է միայն էուկարիոտներին և դրանց վիրուսներին։ Քանի որ կեպավորումը բնորոշ է բոլոր էուկարիոտներին, համարում են, որ կեպավորումը առկա է եղել էուկարիոտների ընդհանուր նախնու մոտ։
Կեպավորման մեխանիզմի ծագման մի քանի հնարավոր պատճառ է սահմանված։ Առաջին հերթին դա Շայն֊Դալգորնոյի հաջորդականության կորուստն է, որը ծառայել է ռոբոսոմնեի կողմից իՌՆԹ֊ի ճանաչման համար։ Բակտերինաների իՌՆԹ֊ն 5' ծայրային հատվածում պարունակում է ութ նուկլեոտիդից բաղկացած հաջորդականություն, որը կոմպլեմենտար միանում է ռՌՆԹ֊ի 16S ենթամիավորի հետ՝ ապահովելով տրանսլյացիայի ինիցիացիան։ Էուկարիոտները կեպն օգտագործում են իՌՆԹ֊ն նույնականացնելու համար․ eIF4E֊ի միացումը կեպին տրանսլյացիայի ինիցիացիայի առաջին իրադարձություններից մեկն է։ Մյուս կողմից, որոշ արքեաների գենոմի ուսումնասիրությունը նույնպես ցույց է տվել, որ առնվազն որոշ իՌՆԹ֊ների մոտ բացակայում է Շայն֊Դալֆարնոյի հաջորդականությունը։ Բացի այդ, արքեաների մոտ չեն հայտնաբերվել էուկարիոտների ֆերմենտների հոմոլոգները, որից կարելի է ենթադրել, որ արքեաներն ունեն ևս մեկ դեռ անհայտ տրանսլյացիայի ինիցիացիայի մեխանիզմ։
Կեպի առաջացման երկրորդ հնարավոր պատճառը էուկարիոտների մոտ 5'-էքզոռիբոնուկլեազների ձևավորումն էր, որը մինչ օրս չի հայտնաբերվել ոչ բակտերիաների, ոչ արքեաների մոտ։ Ենթադրում  են, որ 5'-էքզոռիբոնուկլեազները և կեպավորման մեխանիզմը կարող էին կոէվոլուցվել՝ որպես էուկարիոտ բջիջների կողմից վիրուսներից պաշտպանվելու պարզագույն մեխանիզմ։
Էուկարիոտների կեպավորման ապարատի համեմատական ուսումնասիրությունը թույլ է տալիս ենթադրել էուկարիոտների ֆիլոգենիայի մասին։ Մասնավորապես, ենթադրվում է, որ բազմաբջիջ կենդանիների և բույսերի վերջին ընդհանուր նախնին գոյություն է ունեցել ավելի ուշ, քան բազմաբջիջ կենդանիների և սնկերի նախնին։ Սա հակասում է ռՌՆԹ֊ի համեմատական ուսումնասիրությանը, ըստ որի՝ բազմաբջիջ կենդանիներն ավելի մոտ են սնկերին, քան բույսերին։


== Կեպավորումը և իմունիտետը ==
Էուկարիոտների և իրենց վիրուսների երկարատև կոէվոլյուցիայի արդյունքում կաթնասունների մոտ ձևավորվել է բնածին իմունիտետի համակարգի կողմից վիրուսներին ճանաչելու ոչ յուրահատուկ մեխանիզմների առաջացմանը։ TLR7 և TLR8 իմունային բջիջների մեմբրանային ռեցեպտորները ճանաչում են օրգանիզմում 5'-եռֆոսֆատ կամ կեպ 0 կրող միաշղթա ՌՆԹ֊ներին, որոնք թափանցել են բջջի ներս։ RIG-I և MDA5 ցիտոպլազմային ռեցեպտորները ճանաչում են այն ՌՆԹ֊ները, որոնց 5' ծայրին միացած է եռֆոսֆատ կամ մի֊ կամ երկշղթա ՌՆԹ֊ները, որոնք կրում են 5' ծայրին կրում են կեպ 0 կամ VPg տեսակի սպիտակուց։ Բացի այդ, կեպ կառույցում ռիբոզի 2'-O-մեթիլացումը տիրոջ իմունային համակարգի կողմից համարվում է չափանիշ է «սեփականը օտարածնից» տարբերելու համար։ Ռեցեպտորները միանալով լիգանդների հետ ազդակը փոխադրում են այլ մոլեկուլներ, որը վերջիվերջո բերում է օրգանիզմի հակավիրուսային մեխանիզմների ակտիվացմանը։ Մկների վրա կատարված հետազոտությունները ցույց են տվել, որ կորոնավիրուսների մուտանտ ձևերը, որոնք ընդունակ չեն ռիբոզի 2'-O-մեթիլացմանը, առաջացնում են ավելի հզոր հակավիրուսային պատասխան և ավելի քիչ արդյունավետ են բազմանում։


== Նշանակությունը բժշկության մեջ ==

Հիվանդածին շատ միկրօրգանիզմներ և վիրուսներ գաղտնագրում են սեփական կեպավորող ֆերմենտները և չնայած, սինթեզված կեպը կարող է նույնական լինել մարդու կեպին, նրանք տարբերվում են ենթամիավորումների կառուցվածքով և կատալիտիկ ակտիվությամբ։ Սրա վրա էլ հիմնված է դեղամիջոցների ստեղծման սկզբունքը, որոնք ուղղաված են ախտածնի կեպավորող ֆերմենտների դեմ։ Օրինակ՝ ռիբավիրին հակավիրուսային դեղամիջոցի ազդման մեխանիզմներից մեկն այն է, որ այն բացի ՌՆԹ֊ի ռեպլիկացիան արգելակելուց, նաև խախտում է վիրուսային իՌՆԹ֊ի կեպավորման գործընթացը։ Որպես գուանոզինի անալոգ, ռիբավիրինը բջջում տրանսֆոսֆորացվում է և վիրուսային գուանիլտրանսֆերազմի միջոցով տեղափոխվում վիրուսային իՌՆԹ֊ի 5' ծայրի վրա։ Վիրուսային գուանիլ-7-մեթիլտրանսֆերազը ռիբավիռինի կողմից կեպավորված ՌՆԹ֊ները դժվարությամբ է մեթիլացնում։ Արդյունքում սինթեզվում են կեղծ կեպավորված իՌՆԹ֊ներ, որոնք բջջում անկայուն են և վիրուսների սպիտակուցները տրանսլյացիայի չեն ենթարկում։


== Գրականություն ==
Translational Control in Biology and Medicine / Edited by N. Sonenberg, J.W.B. Hershey and M.B. Mathews. — NY: Cold Spring Harbor Press, 2007. — 934 p.
Sonenberg N. eIF4E, the mRNA cap-binding protein: from basic discovery to translational research // Biochemistry and Cell Biology. — 2008. — № 86. — P. 178—183.
Rhoads R. E. eIF4E: new family members, new binding partners, new roles // Journal of Biological Chemistry. — 2009. — № 284. — P. 16711-16715.
Schoenberg D. R., Maquat L. E. Re-capping the message // Trends in Biochemical Sciences. — 2009. — № 34. — P. 435—442.
Cowling V.H. Regulation of mRNA cap methylation // Biochemical Journal. — 2009. — № 425. — P. 295—302.
Sonenberg N., Hinnebusch A. G. Regulation of translation initiation in eukaryotes: mechanisms and biological targets // Cell. — 2009. — № 136. — P. 731—745.
Van Der Kelen K., Beyaert R., Inze D., De Veylder L. Translational control of eukaryotic gene expression // Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. — 2009. — № 44. — P. 143—168.
Jackson R. J., Hellen C. U. T., Pestova T. V. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation // Nature Reviews Molecular Cell Biology. — 2010. — № 10. — P. 113—127.


== Ծանոթագրություններ ==


== Արտաքին հղումներ ==
«Кэпирование мРНК»։ сайте humbio.ru։ Արխիվացված է օրիգինալից 2014-05-10-ին։ Վերցված է 2014-02-13