11.6: יציבות mRNA וביטוי גנים

המבנה והיציבות של מולקולות mRNA מסדירים את ביטוי הגנים, שכן mRNA הם שלב מפתח במסלול מגן לחלבון. באוקריוטים, זמן מחצית החיים של mRNA משתנה ממספר דקות עד מספר ימים. יציבות mRNA חיונית בצמיחה ובהתפתחות. היעדרות של החלבונים המווסתים את יציבותו, כמו טריסטטרפרולין בעכברים, עלול לגרום לבעיות מערכתיות, כולל צמיחת יתר של מח העצם, דלקת ואוטואימוניות.

אלמנטים הפועלים ב-Cis המעורבים ביציבות mRNA

רצף mRNA לא רק מקודד לחלבונים אלא גם מכיל אזורים שונים הפועלים ב-cis, אשר לבד או בעזרת חלבונים טרנס-פועלים, מווסתים את יציבות ה-mRNA. לקצה 5' של mRNA יש מכסה 7-methylguanylate (m7G), ולקצה 3' יש זנב poly-A, ששניהם מגנים על mRNA מפני אקסונוקלאזים. זנב פולי-A קצר מ-15-20 נוקלאוטידים יכול להוביל לביטול הכיפה והשפלה לאחר מכן של ה-mRNA; לכן, אורך זנב הפולי-A חשוב ליציבות ה-mRNA. האזורים הבלתי מתורגמים 5' ו-3' (UTR) של mRNA מכילים רצפים שונים הפועלים כאתרי קישור לחלבונים המעורבים בפירוק ויציבות mRNA. ה-5' UTR מכיל אזורים מחייבים לחלבונים המעודדים ניקוי כיסויים או הסרה של מכסה m7G 5'. ה-3' UTR בחלק מה-mRNA, במיוחד אלה עם זמן מחצית חיים של פחות מ-30 דקות, נושא חזרות מרובות של "AUUUA", המכונה רצפים עשירים ב-AU. כאשר חלבונים המערערים את ה-mRNA נקשרים לרצפים העשירים ב-AU, הם מקדמים דה-דנילציה ופירוק מהיר של ה-mRNA. מצד שני, כאשר קיימים חלבונים מייצבי mRNA, הם מתחרים עם החלבונים המערערים על קשירה לרצפים העשירים ב-AU ומקטינים את קצב הפירוק של ה-mRNA. כמה mRNAs אחרים נושאים גם רצפי זיהוי ספציפיים עבור אנדונוקלאזות.

מסלולים מרכזיים של פירוק m-RNA

המנגנונים הנפוצים ביותר של פירוק mRNA כוללים הסרה של זנב פולי-A קצה 3' וכובע m7G 5'. Deadenylation, הסרת אדנינים מזנב ה-poly-A, יכולה להוביל לפירוק של mRNA על ידי שני מנגנונים שונים. המנגנון הראשון כולל קיצור של זנב ה-poly-A לפחות מ-15-20 נוקלאוטידים, מה שמערער את הקשר בין ה-mRNA לחלבוני הקושרים שלו. זה חושף את מכסה ה-m7G של 5' לאנזימי שחרור הכיסויים, DCP1 ו-DCP2. לאחר מכן ניתן לפרק את קצה ה-5' המעורפל והלא מוגן של ה-mRNA בעזרת האקסונוקלאז 5' ל-3', XRN1. מנגנון פירוק נוסף כרוך בהסרה מלאה של זנב הפולי-A 3' על ידי דדנילאזים והשפלה שלאחר מכן של קצה 3' הלא מוגן על ידי קומפלקס האקסוזום הציטופלזמי בכיוון 3' עד 5'. פירוק ה-mRNA 5' ל-3' הוא מסלול עיקרי בשמרים, בעוד שפירוק ה-mRNA 3' עד 5' הוא מסלול מרכזי בתאי יונקים; עם זאת, mRNA יכול גם להתפרק על ידי שני המנגנונים בו זמנית. בחלק מה-mRNA, דדנילציה אינה תנאי מוקדם לפירוק. מנגנון אחד כרוך בביטול הכיפה של קצה 5' ואחריו פירוק mRNA מ-5' עד 3' באמצעות אקסונוקלאז XRN1. מסלול הפירוק השני שנצפה פחות כרוך בביקוע פנימי של ה-mRNA באמצעות אנדונוקלאזות. הקצוות הלא מוגנים המתהווים של ה-mRNA השבור ניתנים לפירוק בקלות לכיוונים של 5' עד 3' ו-3' עד 5' בעזרת XRN1 וקומפלקס האקסוזום, בהתאמה.