RNA protsessimine

RNA protsessimine (tuntud ka kui post-transkriptsiooniline modifikatsioon) on transkriptsiooni järel tekkinud pre-mRNA töötlemine küpseks mRNA-ks, mis seejärel võib osaleda translatsioonis. RNA protsessimine koosneb kolmest etapist: 5'-otsa metüülguanosiinmütsi lisamine 3'-otsa polü-A järjestuse lisamine Splaissimine Protsessimise käigus toimub enne translatsiooni pre-mRNA-st spetsiifilise järjestuse kõrvaldamine ning transkripti mõlema otsa modifikatsioon. Enamikus eukarüootsetes geenides on mittekodeerivad järjestused e. intronid, mis lõigatakse RNA protsessingul RNA-st välja, ühendades sellega RNA-s geeni kodeerivad järjestused e. eksonid. Intronite väljalõikamise protsessi nimetatakse geeni splaissinguks. Enne splaissingut lisatakse pre-mRNA 5 ́-otsa 7-metüülguanosiinmüts ja 3 ́-otsa transkriptsioonijärgselt pärast splaissingut 20–200 nukleotiidi pikkune polü-(A)-järjestus e. polü-(A)-saba. Splaissingreaktsiooni läbiviimiseks moodustub makromolekulaarne struktuur, mida nimetatakse splaissosoomiks. Kõik nimetatud protsessid toimuvad tuumas. Protsessitud mRNA transporditakse tsütoplasmasse, kus ta transleeritakse. Pärast seda kui RNA polümeraas vabaneb promootori initsiatsioonikompleksi põhilistest transkriptsioonifaktoritest, järgneb RNA-ahela pikenemine (elongatsioon) sama mehhanismi alusel, nagu seda teeb prokarüootide RNA polümeraas. Paralleelselt elongatsiooniga, kui kasvav RNA-ahel on vaid ca 30 nukleotiidi pikkune, toimub pre-mRNA 5 ́-otsa modifitseerimine. Pärast transkriptsiooni lisatakse raku biosünteetilise ahela toimel 7-metüülguanosiin-(7-MG)-müts. 7-MG lisatakse 5`-otsa tagurpidi ebahariliku 5 ́- 5 ́-trifosfaatse sidemega ning ta sisaldab kaht või rohkemat metüülgruppi. 7-MG-mütsi tunnevad ära valgulised faktorid, mis toimivad translatsiooni initsiatsioonil. 7-MG-müts aitab ka oluliselt kaitsta kasvavat RNA-ahelat nukleaaside degradatsiooni eest. Kuivõrd eukarüootne DNA on seotud nukleosoomsesse struktuuri, peavad transkriptsioonil nukleosoomid kas lagunema või võimaldama neis seotud DNA-ahela transkriptsiooni muul viisil. RNA polümeraas II ei tunne ära spetsiifilisi terminatsioonisignaale. Seetõttu moodustuvad transkripti 3 ́-lõpud endonukleaasse lõikamise tulemusena. Tavaliselt termineerub transkriptsioon paljudes erinevates punktides ning piisava varuga, tüüpiliselt 1000–2000 nukleotiidi allavoolu hilisemast küpsenud (valminud) transkripti 3 ́-otsast. Transkripti 3 ́-ots täpsustatakse endonukleaasi toimel. Tavaliselt moodustub 3 ́-ots 11–30 nukleotiidi kaugusel allavoolu RNA transkriptis olevast konsensusjärjestusest AAUAAA ning ülesvoolu DNA transkriptsiooniüksuse lõpu lähedal paiknevast GC-rikkast piirkonnast. Pärast endonukleaasset lõikamist lisab ensüüm polü(A)-polümeraas transkripti 3 ́-otsa polü(A)-saba, mis koosneb kuni 200 ühesugusest nukleotiidist – adenosiinmonofosfaadist. Seda protsessi nimetatakse polüadenülatsiooniks. Järelikult on polü(A)-saba moodustamiseks vaja transkripti spetsiifi list 3 ́-otsa, mis moodustub AAUAAA-järjestust äratundva komponendi, GC-rikka järjestust stimuleeriva faktori, endonukleaasi ja polü(A)-polümeraasi toimel. Eukarüootide mRNA polü(A)-saba suurendab oluliselt transkripti stabiilsust ja tal on tähtis rolll mRNA transportimisel tuumast tsütoplasmasse. RNA polümeraasid I ja III tunnevad aga ära kindlaid terminatsioonisignaale. RNA polümeraas I termineerib transkriptsiooni 18 nukleotiidi pikkusega järjestusel, kuhu on eelnevalt seondunud terminatsioonivalk. RNA polümeraas III reageerib terminatsioonisignaalile analoogselt bakteris E. coli toimuva Rho-sõltumatu terminatsiooniga. Valku kodeerivate geenide pre-mRNA splaissing peab toimuma väga täpselt, et mRNA saaks kodeerida funktsionaalset valku. Eksonite ühinemisel moodustub kahe eksoni vahele koodon, mis on vajalik funktsionaalse valgu moodustumiseks. Tänapäeval tuntakse RNA transkriptidest kolmesugust intronite väljalõikamise mehhanismi. tRNA eellasmolekulides toimub intronite täpne endonukleaasidega välja lõikamine ning eksoneid sisaldavate RNA-segmentide ühendamiseks toimuvat ligeerimisreaktsiooni katalüüsib spetsiifiline splaissingu endonukleaas, vajalik on ka splaissingu ligaasi aktiivsus. Mõnede rRNA eellasmolekulide intronid kõrvaldatakse autokatalüütiliselt, unikaalse keemilise reaktsiooniga (splaissinguga), mida teostavad RNA-molekulid ise (RNA kui ensüüm). Tuuma pre-mRNA e. heterogeenne tuuma mRNA (hnRNA) transkriptidest lõigatakse intronid välja kaheetapilise splaissingureaktsiooniga, mida teostab kompleksne riboproteiinne partikkel – splaissosoom. Molekulaarbioloogia põhidogma kohaselt ei muutu geneetilise informatsiooni ülekande vaheetappidel (DNA-st mRNA-ks) geneetiline informatsioon. Erandjuhtudel võib see aga siiski toimuda. Üheks RNA muutumise mehhanismiks on RNA korrektuur e. RNA redigeerimine, kus mRNA-s olevat geneetilist informatsiooni muudetakse juba sünteesitud mRNA-molekulis. RNA editeerimisel muudetakse vastava geeni geneetilist informatsiooni kahel viisil: 1) üksikute N-aluste struktuuri muutmisega; 2) uridiinmonofosfaadi jääkide (U) lisamise või kõrvaldamisega. Ain Heinaru (2012). Geneetika. Tartu ülikooli kirjastus.