Polyadenylatie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Polyadenylatie

Bij polyadenylatie worden door het enzym poly(A)-polymerase adenine-nucleotiden aan het 3'-eind van eukaryotisch (ook viraler) pre-mRNA (hnRNA) vastgemaakt, de zogenaamde poly(A)-staart. De polyadenylatie is net zoals splicing en capping, een posttranscriptionele modificatie van het eukaryotische pre-mRNA.

De poly(A)-staart wordt niet door het DNA gecodeerd, maar door het enzym poly(A)-polymerase tijdens de productie van het pre-mRNA in de celkern aan het 3'-eind van het pre-mRNA vastgemaakt. Dit mRNA wordt poly(A)+-mRNA genoemd. De lengte van de poly(A)-staart varieert afhankelijk van het organisme. Zo heeft bakkersgist een staart met ongeveer 80 nucleotiden en zoogdieren ongeveer 250 nucleotiden. Aan de poly(A)-staart zit het poly(A)-bindingsproteïne (PABP) dat noodzakelijk is voor het beginnen van de translatie.

Bij de polyadenylatie zijn vele eiwitten betrokken, zoals het eiwit CPSF (cleavage and polyadenylation specificity factor) dat het polyadenylatiesignaal (5'…AAUAAA…3') herkent. Het poly(A)-bindingsproteïne (PABPN1) bindt tijdens de synthese aan de groeiende poly(A)-staart. De poly(A)-staart verkort zich met toenemende ouderdom van het mRNA-molecuul en reguleert zo de halveringstijd van het mRNA-molecuul. In sommige celtypen worden mRNA's met een korte poly(A)-staart opgeslagen in het cytosol voor later gebruik bij de her-polyadenylatie.[1]

Functies[bewerken]

De functies van de poly(A)-staarten zijn nog niet helemaal duidelijk, zeker is echter dat ze zorgen voor een verhoging van de stabiliteit van het mRNA door bescherming tegen afbraak en voor een verhoging van de transleerbaarheid. Een 7-methyl-guanosine-nucleotide (capstructuur) bindt zich aan het 5'-eind en dient eveneens als bescherming tegen afbraak.

Bijna alle eukaryotische mRNA's zijn gepolyadenyleerd[2] met uitzondering van dierlijke replicatie afhankelijke histon mRNA's.[3] Dit zijn de enige mRNAs in eukaryoten die geen poly(A)-staart hebben en in plaats daarvan aan het eind een stam-lusstructuur hebben gevolgd door een purine rijke sequentie, genaamd het histon stroomafwaarts element, dat aangeeft waar het RNA geknipt is en waar het 3'-eind van het histon-mRNA is gevormd.[4]

Vele eukaryotische niet-coderende RNA's worden aan het eind van de transcriptie altijd gepolyadenyleerd. Er zijn echter kleine RNA's waar de poly(A)-staart alleen voorkomt bij tussenvormen en niet bij het volwassen RNA, omdat de einden tijdens de aanmaak worden verwijderd. Dit zijn de zogenaamde microRNA's.[5][6] Maar bij vele lange niet-coderende RNA's is een poly(A)-staart een deel van het volwassen RNA.[7] Lange niet-coderende RNA's vormen een grote groep van regulerende RNA's, zoals het RNA Xist, dat het X-chromosoom inactiveerd.

Bij de afbraak van het mRNA is een bacterieel eiwitcomplex, de degradosoom, betrokken.

Alternatieve polyadenylatie[bewerken]

Resultaten door het gebruik van verschillende polyadenylatie plekken op hetzelfde gen

Vele eiwitcoderende genen hebben meer dan één polyadenylatie plek, waardoor een gen voor meerdere mRNA's, die verschillen door hun 3'-eind, kan coderen.[8][9][10] Sinds alternatieve polyadenylatie de lengte van de 3' niet-getransleerde regio verandert, kan het wisselen met bindingsplaatsen voor microRNA's, die een 3' niet-getransleerde regio hebben.[11][12] MicroRNA's neigen naar het onderdrukken van de translatie en naar het bevorderen van de afbraak, ofschoon er voorbeelden zijn van microRNA's die transcripten stabiliseren.[13][14] Alternatieve polyadenylatie kan ook de coderende regio verkorten en zo een mRNA maken voor het coderen van een ander eiwit.[15][16] maar dit komt veel minder voor dan het alleen maar verkorten van de 3' niet-getransleerde regio.[8]

De keuze van de poly(A)-plaats kan beïnvloed worden door buitencellulaire prikkels en hang af van de expressie van de eiwitten die bij de polyadenylatie betrokken zijn.[17][18] De expressie van bijvoorbeeld CstF-64, een ondereenheid van de cleavage stimulatory factor (CstF), verhoogt in macrofagen de reactie oplipopolysacchariden (een groep van bacteriële stoffen die de immuunreactie in gang zetten. Dit zorgt voor het selecteren van zwakke poly(A)-staarten en dus kortere transcripten. Hierdoor worden regulatie elementen verwijdert in de 3' niet-getranslateerde regionen van mRNA's voor afweer gerelateerde producten als lysozymen en de knip stimulerende TNF-α factor. Deze mRNA's hebben vervolgens een langere halveringstijd en produceren meer van deze eiwitten.[17] Andere RNA-bindingsproteïnen dan die in de polyadenylatie voorkomen en nauw verwant zijn aan het polyadenylatie signaal kunnen ook effect hebben op het gebruik van een polyadenylatie plek.[18][19][20][21][22]

Cytoplasmatische polyadenylatie[bewerken]

Hoewel polyadenylatie meestal plaatsvindt in de celkern komt het ook voor in het cytosol van sommige dierlijke celtypen, namelijk in de kiembaan, gedurende de vroege embryogenese en in post-synaptische plaatsen van zenuwcellen. Dit verlengt de poly(A)-staart van een mRNA met een verkorte poly(A)-staart, zodat het mRNA getranslateerd kan worden.[23][24] Deze verkorte poly(A)-staarten zijn vaak minder dan 20 nucleotiden lang en worden op deze manier verlengd tot 80–150 nucleotiden.[25]

In een vroeg stadium van het muisembryo zorgt cytoplasmatische polyadenylatie van ouderlijke RNA's uit de eicel ervoor dat de cel overleeft en zelfs kan groeien ondanks dat de transcriptie pas begint tijdens de tweede helft van het tweecellig stadium (bij mensen pas in het viercellig stadium).[26][27] In de hersenen is cytoplasmatische polyadenylatie actief tijdens leerprocessen en zou een rol kunnen spelen bij langetermijnpotentiatie, het versterken van de signaaloverdracht van de ene zenuwcel naar de andere door zenuwimpulsen en is belangrijk voor het leren en het onthouden van informatie[28]

Voor cytoplasmatische polyadenylatie zijn de RNA-bindingsproteïnen CPSF en CPEB nodig en mogelijk ook andere RNA-bindingsproteïnen zoals Pumilio.[29] Afhankelijk van het celtype kan de polymerase van hetzelfde type van gepolyadenyleerde polymerase (PAP) zijn dat gebruikt wordt bij de processen in de celkern of het cytoplasmatische polymerase GLD-2.[30]

Geschiedenis[bewerken]

Polyadenylatie werd voor het eerst in 1960 ontdekt als een actief enzym in extracten van celkernen, die ATP in polyadenine konden polymeriseren, maar geen ADP in polyadenine.[31][32] Hoewel polyadenylatie in veel celtypen werd gevonden was de functie tot 1971 onbekend. In dit jaar werden poly(A)-sequenties in mRNA's gevonden.[33][34] In het begin werd gedacht dat polyadenylatie alleen het 3'-eind van het RNA beschermde tegen afbraak door nucleasen. Later werd ontdekt dat polyadenylatie een specifieke rol speelt bij de export uit de kern en bij de translatie. De polymerasen, die verantwoordelijk zijn voor de polyadenylatie, werden voor het eerst gezuiverd en gekenmerkt in de zestiger en zeventiger jaren van de twintigste eeuw. Pas in het begin van de negentiger jaren van de twintigste eeuw werd echter het grote aantal eiwitten ontdekt, dat dit proces contoleert.[35]

Zie ook[bewerken]