Pet-Prim Kapa

Ovaj proces, poznat kao iRNK zatvaranje, je visoko reguliran i vitalan u stvaranju stabilne i zrele informacijske RNK sposobne da se podvrgne translaciji tokom sinteza proteina. Mitohondrijska iRNK i hloroplastne iRNK nije kapirana.

 

 

Kod eukariota, 5′ kapa (cap-0), koja se nalazi na 5′ kraju molekule iRNK, sastoji se od guaninskih nukleotida povezanih sa iRNK preko neobičnih 5′ do 5′ trifosfatnih veza. Ovaj guanin je metiliran na poziciji 7  neposredno nakon zatvaranja in vivo pomoću metiltransferaze. Pominje se kao 7-metilgvanilatna kapa, skraćeno m⁷G.

Kod višećelijskih eukariota i nekih virusa, a postoje dalje modifikacije, uključujući metilaciju 2′ hidroksi-grupa prva 2 riboza šećera na 5′ kraju iRNK. cap-1 ima metiliranu 2′-hidroksi grupu na prvom riboznom šećeru, dok cap-2 ima metilirane 2′-hidroksi grupe na prva dva šećera riboze, prikazana na desnoj strani. 5′ kapa je hemijski slična 3′ kraju molekule RNK (5′ ugljik ribozne kae je vezan, a 3′ nevezan). Ovo pruža značajnu otpornost na 5′ egzonukleaze.

Male jedarne RNK sadrže jedinstvene 5′-kape. Sm-klase snRNK nalaze se sa 5'-trimetilgvanozinskim kapama, dok su snRNK klase Lsm sa 5'-monometilfosfatnim kapama.

U Bacteria, a potencijalno i u višim organizmima, neke RNK su zatvorene sa NAD⁺, NADH, ili 3′-defosfo-koenzimom A.

U svim organizmima, molekule mRNA mogu biti dekapirane u procesu poznatom kao dekapiranje informacijske RNK.

Polazna tačka za zatvaranje 7-metilgvanilatom je nepromijenjeni 5′ kraj molekule RNK, koji završava na trifosfatnoj grupi. Ona sadrži završni nukleotid praćen sa tri fosfatne grupe vezane za 5′ ugljik. Proces zatvaranja započinje prije završetka transkripcije, dok se sintetizira nova pre-iRNK.

1. Jednu od terminalnih fosfatnih grupa uklanja RNK-trifosfatazu, ostavljajući bisfosfatnu grupu (tj. 5′(ppN)[pN]_n);
2. GTP se dodaje terminalnom bisfosfatu pomoću iRNK-gvanililtransferaza, gubeći pirofosfat iz GTP supstrata u procesu. Ovo rezultira trifosfatnom vezom 5′–5′, proizvodeći 5′(Gp)(ppN)[pN]_n;
3. 7-dušik guanina je metiliran iRNK (guanin-N7-)-metiltransferaza, sa S-adenozil-L-metioninom se demetilira da bi se proizveo S-adenozil-L-homocistein, što rezultira 5′(m7Gp)(ppN)[pN]_n (cap-0);
4. Kapa-susjedne modifikacije se mogu pojaviti, normalno na prvom i drugom nukleotidu, proizvodeći do 5′(m7Gp)(ppN*)(pN*)[pN]_n (cap-1 i cap- 2);
5. Ako je najbliži nukleotid susjedni kapiranju 2′-O-riboza metil-adenozin (tj. 5′(m7Gp)(ppAm)[pN]_n), može se dalje metilirati na N6 metilnoj poziciji da formira N⁶-metiladenozin, što rezultira 5′(m7Gp)(ppm6Am)[pN]_n.

Mehanizam zatvaranja sa NAD⁺, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A je drugačiji. Zatvaranje sa NAD⁺, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A postiže se kroz ab initio mehanizam za zatvaranje, u kojem NAD⁺, NADH ili 3′-desfosfo-koenzim A služi kao "nekanonski inicijacijski nukleotid" (NCIN) za inicijaciju transkripcije pomoću RNK-polimeraza i na taj način se direktno ugrađuje u RNA proizvod. I bakterijska RNK-polimeraza i eukariotska RNK-polimeraza II su u stanju da izvedu ovaj ab initio mehanizam zatvaranja.

Za zatvaranje sa 7-metilgvanilatom, kapirajući enzimski kompleks (CEC) se vezuje za RNK-polimerazu II prije početka transkripcije. Čim 5′ kraj novog transkripta izađe iz RNK-polimeraze II, CEC provodi proces zatvaranja (ovakav mehanizam osigurava zatvaranje, kao kod poliadenilacija). The enzymes for capping can only bind to RNA polymerase II, ensuring specificity to only these transcripts, which are almost entirely mRNA.

Kapiranje sa NAD⁺, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A cilja promotorsku sekvencu. Kapiraranje sa NAD+, NADH ili 3′-defosfo-koenzimom A javlja se samo na promotorima koji imaju određene sekvence na i neposredno uzvodno od mjesta početka transkripcije i stoga se javlja samo za RNK sintetizirane iz određenih promotora.

Kapa 5′ kraja ima četiri glavne funkcije:

1. Regulacija jedarnog eksporta;
2. Prevencija razgradnje egzonukleazama;
3. Promocija translacije (vidi ribosom i translacija);
4. Promocija ekscizije 5′ proksimalnog introna.

Jedarni eksport RNK je reguliran kompleksom kapnog vezivanja (CBC), koji se vezuje isključivo za 7-metilgvanilatom kapiranu RNK. CBC tada prepoznaje i eksportuje kompleks jedarnih pora. Jednom u citoplazmi nakon pionirske runde translacije, CBC je zamijenjen translacijskim faktorima eIF4E i eIF4G kompleksa eIF4F. Ovaj kompleks zatim prepoznaju drugi mehanizmi za iniciranje translacije uključujući ribosom.

Kapiranje sa 7-metilgvanilatom sprečava razgradnju 5′ na dva načina. Prvo, degradacija iRNK putem 5′ egzonukleaza je spriječena (kao što je gore spomenuto) funkcionalnim izgledom 3′ kraja. Drugo, CBC i eIF4E/eIF4G blokiraju pristup dekapirajućim enzima u kapici. Ovo povećava poluživot iRNK, što je bitno kod eukariota, jer procesi eksporta i translacije traju značajno vrijeme.

Dekapiranje iRNK kapirane 7-metilgvanilatom katalizira kompleks dekapiranja koji se sastoji od najmanje Dcp1 i Dcp2, koji se moraju nadmetati sa eIF4E, da bi vezali kapu. Stoga je kapa od 7-metilgvanilata marker iRNK koja aktivno translatira i ćelije ga koriste za regulaciju poluživota iRNK kao odgovor na nove podražaje. Nepoželjne iRNK se šalju P-tijelo na privremeno skladištenje ili dekapiranje, čiji se detalji još uvijek rješavaju.

Mehanizam promocije ekscizije 5′ proksimalnog introna nije dobro shvaćen, ali čini se da se kapica 7-metilgvanilata vrti okolo i stupa u interakciju sa splajsosomom u procesu spajanja, promovišući eksciziju introna.

• Dekapiranje informacijske RNK
• Eukariotski inicijacijski faktor 4F (eIF4F)
• Kapna analiza genske ekspresije