11.4: Trasporto regolato dell'mRNA

Negli eucarioti, trascrizione e traduzione sono compartimentalizzate; un mRNA viene prima sintetizzato nel nucleo e poi trasportato selettivamente nel citoplasma per la sintesi proteica. Prima del trasporto, un pre-mRNA subisce diverse fasi di modifiche post-trascrizionali tra cui lo splicing, il capp 5' e l'aggiunta di una coda di poli-adenina. Durante queste modifiche varie proteine si legano al pre-mRNA. Il trasporto dell'mRNA avviene con l'aiuto di più proteine che svolgono ruoli specifici durante le diverse fasi del trasporto dell'mRNA. Ad esempio, l'mRNA viene esportato attraverso i complessi dei pori nucleari con l'aiuto di una proteina esportatrice, che è un eterodimero del fattore di esportazione nucleare 1 e del trasportatore di esportazione nucleare 1. Queste proteine riconoscono sequenze nucleotidiche specifiche o strutture ad anello formato dall'mRNA e può legare diversi tipi di mRNA con caratteristiche di legame simili.

  L'mRNA viene solitamente trasportato dal nucleo solo dopo che è stato completamente elaborato. Tuttavia, alcuni RNA di virus specifici, come il virus dell’immunodeficienza umana (HIV), possono aggirare questa regola. L'HIV trasferisce parte del suo introne che trasporta il pre-mRNA dal nucleo al citoplasma con l'aiuto di una proteina chiamata Rev. Rev è codificato dall'RNA dell'HIV e si lega alle sequenze specifiche presenti negli introni del pre-mRNA nonché all'esportazione nucleare recettore. Ciò facilita il trasporto del pre-mRNA che trasporta l'introne al citoplasma.

Destino citoplasmatico dell'mRNA trasportato

Una volta trasferito nel citoplasma, l'ulteriore viaggio dell'mRNA all'interno del citoplasma dipende in gran parte dal fatto che codifichi proteine specifiche dell'organello, secretrici o di superficie cellulare. Nel caso di proteine specifiche dell'organello, la proteina prodotta verrà trasportata al rispettivo organello con l'aiuto di una sequenza peptidica segnale. D'altra parte, se un particolare mRNA produce una proteina secretoria, l'mRNA sarà diretto al reticolo endoplasmatico insieme al ribosoma associato e al peptide nascente. Ciò avverrà durante le fasi iniziali della sintesi proteica e il complesso mRNA-ribosoma trasferito rimarrà sul reticolo endoplasmatico fino al completamento della sintesi proteica.

Al contrario, alcuni mRNA vengono trasportati in posizioni specifiche nel citoplasma prima di iniziare la produzione delle proteine. Tali segnali di localizzazione, noti come regioni del codice postale, sono presenti nelle regioni 3' non tradotte dell'mRNA. Il trasporto dell'mRNA alla posizione target può essere casuale o diretto dai filamenti citoscheletrici. Tale localizzazione dell'mRNA non solo aiuta le cellule a produrre alte concentrazioni di proteine vicino alla posizione bersaglio, ma elimina anche la necessità per la cellula di utilizzare risorse per trasportare la proteina alla sua destinazione finale.

Il trasporto di mRNA dal nucleo a posizioni specifiche nel citoplasma è un processo altamente regolato, aiutato da una varietà di elementi cis e trans. L'mRNA contiene cis elementi che agiscono ai 3 primi e, meno spesso, alle regioni 5 primi non tradotte dell'mRNA. Questi elementi di localizzazione, noti anche come regioni zip-code o a codice postale, possono lunghi essere fino a 1, 000 coppie di basi di lunghezza e determinare la localizzazione citoplasmatica dell'mRNA esportato.

Gli elementi transattivi comprendono proteine di legame dell'mRNA che riconoscono sequenze o strutture specifiche formate dall'mRNA e, insieme all'RNA, formano particelle di ribonucleoproteina nucleare eterogenee. L'mRNA in queste particelle viene quindi esportato attraverso i pori nucleari complessi con l'aiuto di proteine esportatrici che si associano sia all'mRNA che ai complessi dei pori nucleari. Le proteine specifiche del nucleo si staccano dall'mRNA prima che sia esportato nel citoplasma, mentre le proteine esportatrici lasciano l'mRNA nel citoplasma e ritornano al nucleo per un'ulteriore esportazione di mRNA.

Alcuni mRNA sono trasportati in una posizione specifica, come indicato dalle loro sequenze zip-code, prima di iniziare la produzione di proteine e rimangono transazionalmente inattivi finché non raggiungono la loro posizione di destinazione Gli mRNA vengono trasportati nella posizione target per diffusione casuale o con l'aiuto di filamenti citoscheletrici. Gli mRNA sono poi intrappolati dalle proteine ad ancora, che li aiutano a rimanere in una posizione specifica. I ribosomi liberi si legano all'mRNA e iniziano il processo di traduzione, per produrre proteine.

Se la proteina finale porta una sequenza bersaglio per un organello, essa sarà diretta al rispettivo organello. Se la proteina sintetizzata è una superficie cellulare o una proteina secreta, la sua sequenza peptidica bersaglio sarà riconosciuta, e l'intero complesso del mRNA, ribosoma e del peptide sintetizzato di recente 00:02-15.500 00:02:17.210 sarà trasferito alla superficie del reticolo endoplasmatico per ulteriore sintesi.