8.13:

8.13: Структура хроматина регулирует процессинг пре-мРНК

Chromatin Structure Regulates pre-mRNA Processing

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Chromatin Structure Regulates pre-mRNA Processing

8.12: RNA Splicing

8.14: Nuclear Export of mRNA

7,031 Views

•

02:41 min

•

November 23, 2020

Overview

В эукариотических клетках возникающие транскрипты мРНК должны претерпеть множество посттранскрипционных модификаций, чтобы достичь цитоплазмы клетки и транслироваться в функциональные белки. Долгое время транскрипция и пре-мРНК-процессинг считались двумя независимыми событиями, которые происходят последовательно в клетке. Однако теперь точно установлено, что транскрипция и процессинг пре-мРНК – это два одновременных процесса, которые точно регулируются внутри клетки.

Структура хроматина, особенно расположение нуклеосом и модификации гистонов в гене, может существенно контролировать скорость работы РНК-полимеразы и процессинга пре-мРНК в сайте транскрипции. Специфические модификации гистонов на экзон-специфичных нуклеосомах помогают привлекать факторы сплайсинга в сайты сплайсинга и играть активную роль в отборе экзонов во время сплайсинга. Например, деацетилирование гистонов приводит к плотной структуре хроматина. Это замедляет активность РНК-полимеразы, давая достаточно времени для привлечения факторов сплайсинга даже на слабые сайты сплайсинга, что приводит к включению альтернативных экзонов в зрелую мРНК. Напротив, ацетилирование гистонов приводит к более открытой структуре хроматина, что обеспечивает более быструю активность РНК-полимеразы и привлечение факторов сплайсинга только к сильным сайтам сплайсинга, что приводит к исключению альтернативных экзонов. Следовательно, структура хроматина играет важную роль как в конститутивном, так и в альтернативном сплайсинге пре-мРНК и регулирует паттерны экспрессии генов в клетке.

Другим примером регуляции сплайсинга РНК структурой хроматина является обильное триметилирование лизина 36 гистона H3 в нуклеосомах, которое помогает привлекать факторы сплайсинга в сайт сплайсинга. Мутации в процессе метилирования гистона H3 могут нарушить процесс сплайсинга и привести к сохранению интронов в зрелой мРНК.

В целом регулирование процессинга пре-мРНК, особенно сплайсинга, приводит к созданию разнообразного пула транскриптов мРНК и, следовательно, огромному разнообразию белков из ограниченного набора генов.

Transcript

В эукариотах, обработка пре-мРНК в ядре тесно связана с её транскрипцией. Как только РНК-полимеразы начали преобразования, вновь синтезированный пре-мРНК немедленно связывается различными факторами, и будет обработана в зрелую и функциональную мРНК. Таким образом, скорость генной транскрипция РНК-полимеразой непосредственно влияет на Этапы предварительной обработки мРНК.

Один из крупнейших факторов, которые регулируют скорость полимеразной активности РНК это структура гена хроматина, в том числе нуклеосомное позиционирование и гистонные модификации, внесенные в шаблон ДНК. Нуклеосомы расположены весьма стратегически в определенных областях ДНК. Они действуют, как барьер и временно приостановливают полимеазную активность РНК на ДНК.

Например, в большинстве генов нуклеосома устанавливается через элемент промоутера. Он уплотняет РНК полимеразу для паузы на сайте старта транскрипции, давая достаточно времени для сборки коэффициентов удлинения и ремоделирующего комплекса хроматина, который помогает создать безнуклеосомную область на ДНК-шаблоне. Тем временем, клетка может рекрутировать 5 основных кэпирующих ферментов для только что синтезированной пре-мРНК.

Положение нуклеосома также отдают предпочтение экзонам по сравнению с интронами. Специальные модификации гистонов в этих специфичных к экзонам нуклеосомах помогают набирать компоненты сплайсеосомы, которые могут быть напрямую перенесены на РНК в процессе синтеза. Эти модификации Гистонов также могут участвовать в отборе экзонов На формирующейся ветви мРНК.

Модификации Гистонов на нуклеосомах могут рукрутировать другие белковые факторы, которые могут облегчить удержание конститутивных или альтернативных экзонов в зрелой мРНК-цепи. Наконец, замена нормального Гистона H3 с его вариантами на генной основе может привести к неисправности набора of сплайсинг-факторов и более надежному удержанию, что ведет к деградации результирующей мРНК через нонсенс-опосредованный процесс или введению мутаций в транслированном белке. Такой ненормальный сплайсинг был связан со многими заболеваниями, включая нейродегенеративные заболевания и рак.

Key Terms and definitions

Pre-mRNA - Initial version of mRNA that undergoes modifications.
RNA Polymerase Activity – It produces RNA by following a DNA template.
Chromatin Structure – DNA packaging within cells affecting gene expression.
Splicing Factors – Proteins involved in cutting and rejoining RNA sequences.
Alternative Exons – Variable regions in RNA that can be included or excluded.

Learning Objectives

Define Pre-MRNA – Understand the initial RNA precursor (e.g., pre-mRNA).
Contrast RNA Polymerase Activity vs Splicing Factors – Understand how they interact in pre-mRNA processing (e.g., RNA synthesizing and editing).
Explore Chromatin Structure – Learn how it affects RNA processing (e.g., chromatin structure).
Explain Alternative Exons - Understand variable RNA sequences and their role in diversity (e.g., Alternative exons).
Apply in Context – Understand how all these factors control gene expression.

Questions that this video will help you answer

[Question 1] What is pre-mRNA and how does it get modified into mature mRNA?
[Question 2] How does chromatin structure influence pre-mRNA processing?
[Question 3] What role do alternative exons play in gene expression?

This video is also useful for

Students - Understanding chromatin structure, pre-mRNA, and its processing aids in genetics study.
Educators - Provides clear explanations to teach gene expression at molecular level.
Researchers - Relevant for studies in genetics, molecular biology, and biomedical research.
Science Enthusiasts – Offers insights into the intricacies of RNA processing and gene regulation.

Tags

Структура хроматина процессинг пре-мРНК эукариоты РНК-полимераза транскрипция генов позиционирование нуклеосом модификации гистонов матрица ДНК активность РНК-полимеразы промоторный элемент сайт начала транскрипции факторы удлинения комплекс ремоделирования хроматина 5'-капсульные ферменты экзоны интроны компоненты сплайсосом