Alai

Sanansaattaja-RNA:n määritelmä

Sanansaattaja-ribonukleiinihapot (mRNA:t) siirtävät tietoa DNA:lta solukoneistolle, joka valmistaa proteiineja. Jokaiseen solun tumaan, jonka halkaisija on vain 10 mikronia, on tiiviisti pakattu kolme metriä pitkä kaksisäikeinen DNA:n ”ohjekirja” siitä, miten ihmiskeho rakennetaan ja ylläpidetään. Jotta jokainen solu voisi säilyttää rakenteensa ja suorittaa kaikki tehtävänsä, sen on jatkuvasti valmistettava solutyyppikohtaisia osia (proteiineja). Jokaisen ytimen sisällä monialayksikköinen proteiini nimeltä RNA-polymeraasi II (RNAP II) lukee DNA:ta ja valmistaa samanaikaisesti ”viestin” eli transkriptin, jota kutsutaan sanansaattaja-RNA:ksi (mRNA), prosessissa, jota kutsutaan transkriptioksi. mRNA-molekyylit koostuvat suhteellisen lyhyistä, yksittäisistä molekyylijuosteista, jotka koostuvat adeniini-, sytosiini-, guaniini- ja urasiiliemäksistä, joita sokerifosfaattirunko pitää yhdessä. Kun RNA-polymeraasi on lukenut DNA:n osan, pre-mRNA-kopio prosessoidaan kypsäksi mRNA:ksi ja siirretään sitten ulos solun ytimestä. Ribosomit lukevat mRNA:n ja kääntävät viestin toimiviksi proteiineiksi prosessissa, jota kutsutaan translaatioksi. Vastasyntetisoidun proteiinin rakenteesta ja toiminnasta riippuen solu muokkaa sitä edelleen, se viedään solunulkoiseen tilaan tai se jää solun sisälle. Alla olevassa kuvassa transkriptio (DNA->RNA) tapahtuu solun ytimessä, jossa RNAP on RNA-polymeraasi II -entsyymi, joka syntetisoi RNA:ta.

Prekursori mRNA sisältää introneja ja eksoneja. Intronit poistetaan ennen translaatiota, kun taas eksonit koodaavat proteiinien aminohapposekvenssiä. Kypsän mRNA:n valmistamiseksi solukoneisto poistaa pre-mRNA:sta ”ei-käännettävät” intronit, jolloin mRNA:han jäävät vain käännettävät eksonijaksot.

MRNA:n tyypit

Pre-mRNA ja hnRNA

Prekursori-mRNA (pre-mRNA) on eukaryoottisen mRNA:n ensisijainen transkriptio, kun se irtoaa DNA-mallista. Pre-mRNA on osa RNA-ryhmää, jota kutsutaan heterogeeniseksi ydin-RNA:ksi (heterogeneous nuclear RNA, hnRNA). hnRNA:lla tarkoitetaan kaikkea yksijuosteista RNA:ta, joka sijaitsee solun ytimessä, jossa transkriptio tapahtuu (DNA->RNA), ja pre-mRNA:t muodostavat suuren osan näistä ribonukleiinihapoista. Pre-mRNA sisältää sekvenssejä, jotka on poistettava tai ”pilkottava” ennen kuin ne käännetään proteiiniksi. Nämä sekvenssit voidaan poistaa joko itse RNA:n katalyyttisen aktiivisuuden avulla tai spliceosomiksi kutsutun moniproteiinirakenteen vaikutuksesta. Tämän prosessointivaiheen jälkeen pre-mRNA:ta pidetään kypsänä mRNA-transkriptina.

Oheinen kaavio kuvaa pre-mRNA:n rakennetta. Pre-mRNA sisältää intronit, ja se voi sisältää tai olla sisältämättä 5′-korkkia ja polyadenyloidun 3′-hännän:

Monokistroninen mRNA

Monokistroninen mRNA-molekyyli sisältää yhdelle ainoalle proteiinille koodaavat eksonijaksot. Useimmat eukaryoottiset mRNA:t ovat monokistronisia.

Bikistroninen mRNA

Bikistroninen mRNA-molekyyli sisältää kahdelle proteiinille koodaavat eksonisekvenssit.

Polycistroninen mRNA

Polycistroninen mRNA-molekyyli sisältää useiden proteiinien eksoneita koodaavia sekvenssejä. Useimmat bakteerien ja bakteriofagien (bakteeri-isännissä elävät virukset) mRNA:t ovat polykistronisia.

Prokaryoottinen vs. eukaryoottinen mRNA

Polykaryoottiset polykistroniset prokaryoottiset mRNA:t sisältävät useita proteiinisynteesin aloitus- ja lopetuskohtia. Eukaryooteilla on vain yksi translaation aloituskohta, ja eukaryoottiset mRNA:t ovat pääasiassa monokistronisia.Prokaryooteilla ei ole organelleja eikä tarkoin määriteltyä ydinkuorta, ja siksi mRNA:n translaatio voi olla kytkettynä mRNA:n transkriptioon sytoplasmassa. Eukaryooteissa mRNA transkriboituu kromosomeihin ytimessä, ja prosessoinnin jälkeen se kulkeutuu ydinhuokosten läpi sytoplasmaan. Toisin kuin prokaryooteissa, eukaryooteissa translaatio tapahtuu vasta transkription päätyttyä.Prokaryoottien mRNA:ta hajotetaan jatkuvasti ribonukleaasien, RNA:ta leikkaavien entsyymien, avulla. Esimerkiksi E. colissa mRNA:n puoliintumisaika on noin kaksi minuuttia. Bakteerien mRNA:t ovat lyhytikäisiä, jotta ne voivat mukautua joustavasti nopeasti muuttuviin ympäristöolosuhteisiin. Eukaryoottiset mRNA:t ovat aineenvaihdunnallisesti vakaampia. Esimerkiksi nisäkkäiden punasolujen esiasteet (retikulosyytit), jotka ovat menettäneet ytimensä, syntetisoivat hemoglobiinia useiden päivien ajan kääntämällä mRNA:ta, joka transkriboitiin, kun ydin oli vielä olemassa. Prokaryoottien mRNA:t käyvät läpi minimaalisen prosessoinnin. Eukaryooteissa pre-mRNA:n on ennen kääntämistä läpikäytävä prosessointi, johon kuuluu intronien poistaminen, 5′-capin lisääminen sekä 3′-polyadenyloidun hännän lisääminen, ennen kuin kypsä mRNA muodostuu ja on valmis käännettäväksi.

MRNA:n tehtävät

MRNA:n ensisijainen tehtävä on toimia välittäjänä DNA:n sisältämän geneettisen informaation ja proteiinien aminohapposekvenssin välillä. mRNA sisältää koodoneja, jotka ovat komplementaarisia templaatti-DNA:n nukleotidisekvenssin kanssa ja ohjaavat aminohappojen muodostumista ribosomien ja tRNA:n vaikutuksesta. mRNA sisältää myös useita säätelyalueita, jotka voivat määrittää translaation ajoituksen ja nopeuden. Lisäksi se varmistaa, että translaatio etenee hallitusti, koska se sisältää paikkoja ribosomien, tRNA:n sekä erilaisten apuproteiinien telakoitumiselle.

Solujen tuottamilla proteiineilla on monenlaisia tehtäviä joko entsyymeinä, rakennemolekyyleinä tai eri solukomponenttien kuljetuskoneistoina. Jotkin solut ovat myös erikoistuneet erittämään proteiineja, kuten rauhaset, jotka tuottavat ruoansulatusentsyymejä tai hormoneja, jotka vaikuttavat koko elimistön aineenvaihduntaan.

mRNA:n translaatio

mRNA voidaan kääntää vapailla ribosomeilla sytoplasmassa tRNA-molekyylien (transfer RNA, tRNA-molekyylien) ja useiden proteiinien, joita kutsutaan initiaatio-, elongaatio- ja terminaatiotekijöiksi. Sytoplasmassa vapailla ribosomeilla syntetisoituja proteiineja solu käyttää usein itse sytoplasmassa tai ne kohdennetaan käytettäväksi solunsisäisten organellien sisällä. Vaihtoehtoisesti proteiineja, joiden on erittävä, aletaan kääntää sytoplasmassa, mutta heti kun ensimmäiset jäännökset on käännetty, tietyt proteiinit kuljettavat koko käännöskoneiston endoplasmisen retikulumin (ER) kalvoon. Muutama ensimmäinen aminohappo kiinnittyy ER:n kalvoon, ja loput proteiinista vapautuu ER:n sisätilaan. Lyhyt sekvenssi poistetaan proteiineista, joiden on erittävä solusta, kun taas solun sisäiseen kalvoon tarkoitetuissa proteiineissa säilyy tämä lyhyt pätkä, joka tarjoaa kalvoankkurin.

Yli 200 sairautta liittyy vikoihin pre-mRNA:n prosessoinnissa mRNA:ksi. Mutaatiot DNA:ssa tai splikointikoneistossa vaikuttavat pääasiassa pre-mRNA:n splikointitarkkuuteen. Esimerkiksi epänormaali DNA-sekvenssi voi eliminoida, heikentää tai aktivoida pre-mRNA:n piilossa olevia liitoskohtia. Samoin jos splikointikoneisto ei toimi kunnolla, spliceosomi voi leikata pre-mRNA:n väärin sekvenssistä riippumatta. Nämä mutaatiot johtavat pre-mMRA:n prosessoitumiseen mRNA:ksi, jotka jatkossa koodaavat toimimattomia proteiineja. Epänormaalit mRNA:t itsessään ovat joskus myös nonsense-välitteisen mRNA:n hajoamisen sekä syntyvien pre-mRNA:iden yhteistranskriptiivisen hajoamisen kohteita. Erilaisia sairauksia, kuten progeriaa, rintasyöpää ja kystistä fibroosia sairastavista potilaista peräisin olevissa soluissa esiintyy RNA:n spleikkausvirheitä, joista syöpä ja neuropatologiset sairaudet ovat yleisimpiä.

• Ribosomi – Ribosomit ovat monista proteiineista koostuvia entsyymejä, jotka katalysoivat proteiinien synteesiä mRNA:sta translaatioprosessissa. Ribosomeja on vapaasti solun sytoplasmassa tai ne pysyvät kiinni endoplasmisessa retikulumissa.
• RNAP II – RNA-polymeraasi II on monista proteiineista koostuva entsyymi, joka lukee DNA:ta ja syntetisoi RNA:ta solun ytimessä transkriptioksi kutsutussa prosessissa.
• Transkriptio – Transkriptio on RNA-polymeraasin suorittama RNA:n synteesi DNA:sta.
• Translaatio – Translaatio on proteiinien synteesi mRNA:sta, johon osallistuu ribosomeja ja muita proteiineja.

Tehtäväkysymys

1. Kypsän mRNA:n molekyylit ovat lyhyitä, yksijuosteisia ja sisältävät seuraavat osat:
A. adeniini, sytosiini, guaniini ja urasiili, eksonit, 5′-cap ja 3′-poly-tail
B. adeniini, sytosiini, guaniini ja urasiili, intronit, eksonit, 5′-korkki ja 3′-polyhäntä
C. adeniini, sytosiini, guaniini ja urasiili, intronit
D. intronit, 5′-korkki ja 3′-polyhäntä