11.6: MRNA Stabilitesi (Kararlılığı) ve Gen İfadesi

mRNA'lar genden proteine giden yolda önemli bir adım olduğundan, mRNA moleküllerinin yapısı ve stabilitesi gen ifadesini düzenler. Ökaryotlarda mRNA'nın yarı ömrü birkaç dakikadan birkaç güne kadar değişir. Büyüme ve gelişmede mRNA stabilitesi esastır. Farelerde tristetraprolin gibi stabilitesini düzenleyen proteinlerin yokluğu, kemik iliğinin aşırı büyümesi, iltihaplanma ve otoimmünite gibi sistemik sorunlara neden olabilir.

Cis-etkili Elemanlar mRNA stabilitesinde yer alan

Bir mRNA dizisi yalnızca proteinleri kodlamaz, aynı zamanda tek başına veya trans-etkili proteinlerin yardımıyla mRNA stabilitesini düzenleyen çeşitli cis-etkili bölgeleri de içerir. Bir mRNA'nın 5' ucunda bir 7-metilguanilat (m⁷G) başlığı bulunur ve 3' ucunda bir poli-A kuyruğu bulunur; bunların her ikisi de mRNA'yı eksonükleazlardan korur. 15-20 nükleotitten kısa bir poli-A kuyruğu, kapağın açılmasına ve ardından mRNA'nın bozulmasına yol açabilir; bu nedenle poli-A kuyruğunun uzunluğu mRNA'nın stabilitesi için önemlidir. mRNA'nın 5' ve 3' translasyon geçirmemiş bölgeleri (UTR), mRNA bozunması ve stabilitesinde rol oynayan proteinler için bağlanma bölgeleri olarak görev yapan çeşitli diziler içerir. 5' UTR, 5' m⁷G kapağının çıkarılmasını veya açılmasını destekleyen proteinler için bağlanma bölgeleri içerir. Bazı mRNA'lardaki, özellikle de yarı ömrü 30 dakikadan az olan mRNA'lardaki 3' UTR, AU açısından zengin diziler olarak bilinen birden fazla “AUUUA” tekrarı taşır. mRNA'yı istikrarsızlaştıran proteinler, AU açısından zengin bu dizilere bağlandığında, mRNA'nın hızlı deadenilasyonunu ve bozulmasını teşvik ederler. Öte yandan, mRNA stabilize edici proteinler mevcut olduğunda, AU açısından zengin dizilere bağlanmak için dengesizleştirici proteinlerle rekabet ederler ve mRNA'nın bozunma hızını azaltırlar. Diğer bazı mRNA'lar da endonükleazlar için spesifik tanıma dizileri taşır.

MRNA Bozulmasının Ana Yolları

MRNA bozulmasının en yaygın mekanizmaları, 3' uç poli-A kuyruğunun ve 5' m⁷G başlığının çıkarılmasını içerir. Deadenilasyon, adeninlerin poli-A kuyruğundan çıkarılması, mRNA'nın iki farklı mekanizma yoluyla bozulmasına yol açabilir. İlk mekanizma, poli-A kuyruğunun 15-20 nükleotidin altına kadar kısaltılmasını içerir; bu, mRNA ile onun bağlayıcı proteinleri arasındaki ilişkiyi istikrarsızlaştırır. Bu, 5' m⁷G kapağını kapak ayırıcı enzimler DCP1 ve DCP2'ye maruz bırakır. mRNA'nın kapağı açılmış ve korumasız 5' ucu daha sonra 5' ila 3' eksonükleaz XRN1'in yardımıyla parçalanabilir. Bir başka bozunma mekanizması, deadenilazlar tarafından 3' poli-A kuyruğunun tamamen çıkarılmasını ve ardından korunmasız 3' ucunun sitoplazmik eksozom kompleksi tarafından 3' ila 5' yönünde bozulmasını içerir. 5' ila 3' mRNA bozulması mayada önemli bir yoldur; 3' ila 5' mRNA bozulması ise memeli hücrelerinde önemli bir yoldur; ancak mRNA aynı anda her iki mekanizma tarafından da bozulabilir. Bazı mRNA'larda deadenilasyon, bozulma için bir ön koşul değildir. Bir mekanizma, ekzonükleaz XRN1 kullanılarak 5' ucunun kapağının açılmasını ve ardından 5' ila 3' mRNA bozulmasını içerir. Daha az gözlemlenen diğer bozulma yolu, endonükleazlar kullanılarak mRNA'nın iç bölünmesini içerir. Kırık mRNA'nın yeni oluşan korumasız uçları, XRN1 ve eksozom kompleksinin yardımıyla sırasıyla 5' ila 3' ve 3' ila 5' yönlerinde kolayca bozulabilir.

Gen ekspesyonunun kapsamı ve zamanlaması mRNA stabilitesinden etkilenir. Kararlı mRNA'lar birkaç saatlik yarı ömre sahip olabilir ve sürekli üretilmesi gereken proteinleri kodlayabilir. mRNA bozunmazsa protein sentezi, transkripsiyon durduktan sonra uzun süre devam edebilir.

Bunun aksine, kararsız mRNA'lar genellikle 30 dakikadan daha kısa yarı ömürlere sahiptir ve hızla bozunurlar. Bu genlerin transkripsiyonu sürekli olmadıkça, mRNA yalnızca kısa bir süre için transle edilebilir. Bu, bir organizmanın gereksiz proteinlerin üretimini hızla durdurmasını sağlar.

mRNA'lar üç farklı yolla bozunur En yaygın yöntem, deadenilasyona bağlı yoldur;bu yöntemde bir mRNA'nın poli-A kuyruğundan adeninler çıkarılarak, transkriptin her iki ucundan da yıkımı tetiklenir. Deadenilasyon nükleaz kompleksi, poli-A kuyruğunu, 3'5'yönünde parçalar. Adeninler çıkarıldıktan sonra mRNA, sitoplazmik eksozom kompleksi tarafından aynı yönde daha da parçalanır.

Bir mRNA'nın 5'ucu, onu eksonükleazlardan koruyan bir başlığa sahiptir. MRNA genellikle, 5'başlığının ve 3'poli-A kuyruğunun belirli proteinler tarafından birbirine yakın tutulduğu bir halka oluşturur. Poli-A kuyruğu 15 monomerden daha aza indirgendiğinde, bu proteinlerin çoğu poli-A kuyruğuna bağlanamaz;bu da 5'başlığını decapping enzimlere maruz bırakır.

Bu, daha sonra 5'ucunun başlığının koparılmasını sonuç verir. Bu başlığı kesilmiş mRNA, başka bir eksonükleaz tarafından 5'3'yönünde parçalanır. İkinci tip yıkım deadenilasyondan bağımsız bir yoldur;bu yolda, decapping enzimleri 5'başlığını koparır.

Bir eksonükleaz, korumasız mRNA'yı 5'3'yönünde parçalar. Üçüncü ve en az sıklıkta görülen yol, spesifik endonükleazlar kullanılarak bir mRNA'nın içerden bölünmesini içerir. mRNA'nın fragmentlerinde korumasız 5've 3'uçları bulunur.

Spesifik eksonükleazlar, bu korumasız uçlara etki ederek mRNA'yı parçalar. mRNA'nın yıkımı proses veya P cisimcikleri olarak bilinen, kümelenmiş protein cisimciklerinde gerçekleşir. Bu P cisimcikleri, mRNA'nın başlıklarının koparılması ve 5'3'yönünde parçalanmasında rol alanlar dahil, enzimleri içerir.