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RNA 生命周期通路图

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通路描述:

信使 RNA(mRNA)是一个大分子家族,负责通过将 DNA 中存储的遗传信息翻译成功能性蛋白质,从而将其传递给细胞。mRNA 的多阶段“生命周期”(从转录到翻译和降解)由各种各样的 RNA 结合蛋白(RBP)调控,这些蛋白会影响适当和必要的基因表达的各个方面。

基因表达从转录开始,转录是创建 DNA 模板的 mRNA 拷贝的过程。为了启动这一过程,转录因子和共激活因子与 DNA 基因调节元件(启动子区域和增强子序列)结合,这标志着 RNA 聚合酶 II 的募集以形成 RNA 转录复合体。然后,RNA 聚合酶通过以 5’ 至 3’ 的方式连接互补 RNA 核苷酸,从而分离 DNA 螺旋链,并合成模板链的前 mRNA 拷贝。

在转录过程中,前 mRNA 被组装成核糖核蛋白(RNP)复合物,以进行编辑和处理。这些步骤包括 5' 的 mRNA 封端、腺苷到肌苷的编辑、m6A 修饰、伪尿苷酸化、剪接、3'加工和聚腺苷酸化,以便共同确保 mRNA 转录的稳定性,调节核输出并通过核糖体促进有效翻译。每个阶段都需要 RBP 和酶的不同集合的关联和活性,并受到核机制的监视,以防止加工错误并保护基因表达。最终,这些事件导致产生具有输出能力的 mRNP,该 mRNP 在关键 RBP(包括 NXF1、XPO1 和 PHAX)相互作用的指导下,通过核孔转运到细胞质。

在细胞质中,成熟的 RNP 与称为起始因子的其他 RBP 相互作用,这些 RBP 与5' 帽和5'非翻译区结合,从而引发翻译起始复合体的形成。这种多蛋白机制促进了各个 mRNA 与 40S 核糖体亚基之间的相互作用,后者会扫描转录的起始密码子,然后募集 60S 核糖体亚基并开始氨基酸链延长。翻译进一步受到成熟 RNP 上发现的外显子连接复合体(EJC)的影响。EJC 由包括 CASC3、MAGOH、RBM8A、EIF4A3 和 PYM1 在内的 RBP 组成,在 mRNA 加工过程中充当外显子剪接事件的分子标记,并赋予翻译增强功能。 但是,确切的 EJC 机制仍未解决。

细胞质中 mRNA 的命运可能会受到 RBP 的影响,RBP 通过 RNA 干扰(RNAi)指导基因沉默或通过 mRNA 监测机制使其衰变。在 RNAi 中,由 Dicer 处理的小的非编码 RNA 靶向特定的 mRNA,并通过 RNA 诱导的沉默复合体(RISC)指导其酶促降解。同时,mRNA 分子的保真度通过包括无意义介导的衰变(NMD)在内的监测机制来确保。NMD 是一种保守机制,可检测并消除包含过早终止密码子的 mRNA 转录,从而防止具有显性阴性或有害功能突变的截短蛋白的翻译。NMD 可以在翻译过程中响应于 RNP 终止密码子下游的 EJC 信号的存在而被激活,或者以 EJC 独立的方式部分由 mRNA 的3' 未翻译部分的长度调节。

作为基因表达的关键中介,mRNA 加工和翻译对于细胞功能和健康至关重要。因此,在这些事件中导致缺陷的 RBP 中的突变已经牵涉到越来越多的人类疾病(包括神经变性和癌症),并且目前正在被研究作为治疗干预方法的有希望的靶标。

主要文献:

我们要感谢加利福尼亚大学圣地亚哥分校细胞与分子医学系的 Kristopher Brannan 博士审阅了此图。

创建于 2020 年 1 月。

乙酰化酶
乙酰化酶
代谢酶
代谢酶
接头蛋白
接头蛋白
甲基转移酶或 G 蛋白
甲基转移酶或 G 蛋白
接头蛋白
凋亡/自噬调节分子
磷酸酶
磷酸酶
细胞周期调节分子
细胞周期调节分子
蛋白复合体
蛋白复合体
脱乙酰酶或细胞骨架蛋白
脱乙酰酶或细胞骨架蛋白
泛素/SUMO 连接酶或去泛素化酶
泛素/SUMO 连接酶或去泛素化酶
生长因子/细胞因子/发育蛋白
生长因子/细胞因子/发育蛋白
转录因子或翻译因子
转录因子或翻译因子
GTP 酶/GAP/GEF
GTP 酶/GAP/GEF
受体
受体
激酶
激酶
其他
其他
 
直接过程
直接过程
暂定过程
暂定过程
易位过程
易位过程
刺激性修饰
刺激性修饰
抑制性修饰
抑制性修饰
转录修饰
转录修饰
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