RNA mezulari

RNA mezularia (mRNA) RNA molekula ugariz osatutako familia da. Molekula horiek informazio genetikoa transmititzen dute DNAtik erribosometara eta, bertan, geneek kodetutako proteinaren aminoazido-sekuentzia zein izan behar den zehazten dute. RNA polimerasa izeneko entzimak geneak mRNA transkribatu primariora (pre-mRNA izenekoa) transkribatzen ditu. Horrela, mRNA molekula prozesatu eta heldua lortzen da. Ondoren, mRNA heldua berriz ere transkribatzen da aminoazidoz osatutako polimero batera: proteina.

mRNAren bizi-zikloa zelula eukariotoetan. RNA nukleoan transkribatzen da; ondoren, prozesatu, zitoplasmara garraiatu eta erribosomen bidez itzultzen da daraman informazio genetikoa. Azkenik, mRNAren degradazioa gertatzen da.

DNAn gertatzen den moduan, mRNAk daraman informazio genetikoa nukleotidoen sekuentzia bat da, 3 base-pareko kodonetan multzokatu daitekeena. Kodon bakoitzak aminoazido jakin bat kodetzen du, amaiera-kodonek salbu. Azken horiek proteinaren sintesia amaitzeko seinaleak dira. Kodonen itzulpen prozesuak beste bi RNA mota behar ditu: transferentziazko RNA (tRNA) eta RNA erribosomikoa (rRNA). Lehenak, kodona ezagutu eta dagokion aminoazidoa txertatzen du; eta bigarrena, aldiz, erribosomaren makineria proteina-kodetzailearen osagai zentrala da.

mRNAren existentzia Jacques Monod eta Francois Jacob-ek iradoki zuten lehen aldiz. Ondoren, 1961ean, Francois Jacob, Sydney Brenner eta Matthew Meselson-ek aurkitu zuten Kaliforniako Institutu Teknologikoan.

mRNA ez da nahasi behar DNA mitokondrialarekin (mDNA).

Sintesia, prozesamendua eta funtzioa

mRNA molekulen sintesiaren zikloa transkripzio izeneko prozesu batekin hasi, eta horren degradazioarekin amaitzen da. mRNA-ren bizitzan zehar, molekulak prozezatu, editatu eta garraiatu egiten dira baitan duten informazio genetikoa itzuli aurretik. Eukariotoen mRNAk askotan prozesamendu eta garraio konplexua pairatzen dituzte; prokariotoena, ordea, sinpleagoa izan ohi da. Eukariotoen mRNAk eta horien inguruan kokatuta dauden proteinek osatzen dituzten konplexuei RNP mezulari deritze: erribonukleoproteina mezulari.

Transkripzioa

Transkripzioa DNAtik RNA lortzeko aurrera eraman beharreko prozesua da. Transkripzioan, RNA polimerasak DNA molekulan dagoen generen baten kopia sortzen du, kopia hori geneari dagokion mRNA molekula delarik. Prozesu hau oso antzekoa da eukariotoetan eta prokariotoetan. Hala ere, bien artean desberdintasun garrantzitsu bat badago; izan ere, prokariotoena ez bezala, eukariotoen RNA polimerasa mRNAren prozesaketarako entzimekin elkartzen da transkripzioa gertatu bitartean. Horrek prozesamendua transkripzioa gertatu bezain pronto hastea bermatzen du. Transkripzioaren ostean lortutako bizitza laburreko eta prozesatu gabeko edo partzialki prozesatutako produktuari mRNA aurrekari edo pre-mRNA deritzo; behin prozesamendua gertatu dela, lortzen den molekulari mRNA heldu deritzo.

Eukariotoen mRNAren aurreprozesaketa

mRNAren prozesaketa eukarioto, bakterio eta arkeoetan era desberdinean gertatzen da, baina bizidun ez-eukariotikoen mRNA-k ez du prozesaketarik behar, transkripzioa gertatzen den momentutik heldua baita. Hala ere, pre-mRNA eukariotikoak prozesaketaren pauso batzuk behar diru zitoplasmara garraiatua izan baino lehen.

Moztitsasketa

mRNA eukariotikoa heldua izatea eragiten duen prozesaketarik luzeena RNAren moztitsasketa da eta introiek (sekuentzia ez- kodetzaileak) kentzean eta geratzen diren exoiek (sekuentzia kodetzaileak) elkarren artean lotzean datza.

5' kapelaren gehiketa

5’ kapela, RNA kapela, RNA 7-metilguanosina edota RNA m⁷G kapela ere esaten zaiona, transkripzioa amaitzen denean RNA mezulari eukariotikoen 5’ muturraren aurrean txertatzen den guanina nukleotido eraldatua da. Egitura hori transkribatuko den lehenengo nukleotidoari 5’-5’trifosfato lotura bidez lotzen zaion 7-metilguanosina hondar bat da. Horren presentzia kritikoa da erribosomek mRNA molekula ezagutzeko eta RNasen aurreko babeserako.

Edizioa

Egoera batzuetan beharrezkoa da mRNA editatzea eta mRNA horren nukleotidoen osaera aldatzen da. Gizakietan gertatzen den edizioaren adibide bat B apolipoproteinarena da, zeina ehun batzuetan editatzen den eta beste ehun batzuetan ez. Edizioak duen helburu nagusia amaiera-kodon goiztiarra gaineratzea izaten da eta, kodon horrek, proteina laburragoa sintetizatzea eragiten du.

Poliadenilazioa

Poliadenilazioa RNA molekularen eta poliadenilazio-zatiki baten arteko lotura kobalentea da. Organismo eukariotikoen RNA mezulari gehienak 3 ́-muturrean poliadenilatzen dira, baina berriki aurkitu da uridinaren zatiki txikiak ere gaineratu daitezkeela. Poli(A) isatsaren helburu nagusia RNA mezularia exonukleasek eragin dezaketen degradazioetatik babestea da. Horretaz gain, poliadenilazioa garrantzitsua da transkripzioaren amaierarako, mRNA nukleotik kanporatzeko eta itzulpenerako. Hala ere, poliadenilazioa organismo prokariotikoetan ere gerta daiteke, baina degradazio exonukleolitikoa saihestu ordez, poliadenilazioak degradazio exonukleotikoa errazten du.

Poliadenilazioa DNA RNA-ra transkribatu bezain laster gertatzen da, nahiz eta transkripzioa gertatzen den bitartean ere gerta daitekeen. Transkripzioa amaitzen denean, RNA polimerasarekin elkarturiko endonukleasa konplexu baten bidez mozten da eta 3 ́ muturrean dagoen mozketa-gunean 250 adenosina-hondar gaineratzen dira. Erreakzio hori poliadenilato polimerasa entzimak katalizatzen du eta moztitsasketa-gune alternatiboak dauden kasuetan, mRNAren poliadenilazio-aldaerak ager daitezke.

Hala ere, poliadenilazio-guneetan mutazioak gerta daitezke. Gene baten RNA transkripto primarioa poli-A gunean mozten da eta 100-200 adenina gehitzen dira RNAren 3 ́muturrean. Gune horietan aldaketarik badago, mRNA luze eta desegonkorra sortzen da.

Garraioa

Prokariotoen eta eukariotoen artean dagoen beste desberdintasun bat mRNAren garraioa da. Eukariotoetan transkribapen eta itzulpen prozesuak konpartimentuen bidez fisikoki banaturik daudenez, mRNA eukariotikoak nukleotik zitoplasmara garraiatu beharra dago. Garraio hori zenbait seinalizazio-bidek erregulatzen dute. mRNA helduek itzulpen osteko eraldaketak direla-eta antzematen dira, eta poro nuklearretik atera eta, CBP20 eta CBP80 proteinetara eta transkribapen/esportazio konplexura (TREX) lotzen dira. Eukariotoetan mRNAren esportazio-bidezidor ugari identifikatu dira.

Bereziki konplexuak diren zeluletan, mRNA batzuk itu azpizelular berezietara garraitzen dira. Neurona helduetan, mRNA jakin batzuk somatik dendritetara garraiatzen dira. mRNA itzulpenerako gune bat sinapsien azpiko polirribosometan dago. Arc/Arg3.1 geneetarako mRNAren kokapena aktibitate sinaptikoak gidatzen du eta, beraz, NMDA hartzaileek sortzen dituzten seinaleen araberako sinapsi aktiboetatik hurbil kokatzen da.

Beste mRNA batzuk dendritetara doaz kanpoko estimuluen ondorioz, adibidez, β-actin mRNA nukleotiko kanporaketa gertatzen denean, aktinaren mRNA ZBP1 eta 40s azpiunitateekin elkartzen da. Sortzen den konplexua ondoren proteina motore batekin lotu eta itu-kokalekura garraiatzen da (hedapen neuritikoa) zitoeskeletoan zehar. Amaieran, Src-k ZBP1 fosforilatzen du transkripzioari hasiera emateko. Garapenean dauden neuronetan hazten ari diren axoietara eta haziera-konoetara ere garraiatzen dira. mRNA ugari “zip kode” izenekoekin markatzen dira eta horiek kokapen jakin batzuetara garraiatzen dira.

Itzulpena

Prokariotoetan, mRNAk ez du inolako prozesamendurik edo garraiorik jasaten eta, beraz, erribosomek gidatutako itzulpena transkripzioa amaitu bezain laster has daiteke. Hori dela eta, esan daiteke prokariotoetan itzulpena transkripzioarekin batera gertatzen dela.

Eukarioetan, aldiz, erribosomek mRNA molekulen itzulpenari ekiteko, beharrezkoa da mRNA molekulak aurretik prozesatzea eta zitoplasman zehar garraiatzea. Itzulpena zitoplasman esekita dauden erribosometan gerta daiteke, baina baita erretikulu endoplasmatikoaren mintzera atxikita dauden erribosometan ere. Azken horietan beharrezkoa da seinalearen ezagupenerako konplexua. Hori dela eta, prokariotoetan ez bezala, eukariotoetan itzulpena ez da zuzenean transkripzioarekin batera gertatzen.

Egitura

Eukariotoen mRNA helduaren egitura. Guztiz prozesaturiko mRNA batean 5’ kapela, 5’ UTRa, gune-kodetzailea, 3’ UTRa eta poli(A) isatsa aurkitzen dira.

Gune kodetzaileak

Gune kodetzaileak kodonez osatuta daude. Kodon horiek deskodetu eta itzuli egiten dira proteinetara erribosomen bidez. Eukariotoetan normalean proteina bakarra lortzen da itzulpen horretatik, eta prokariotoetan, aldiz, bat baino gehiago.

Gune kodetzaileak hasiera-kodonarekin hasten dira eta amaiera-kodonarekin amaitu. Oro har, hasiera-kodona AUG hirukotea izaten da, eta amaiera-kodonak, aldiz, UAA, UAG edo UGA hirukoteak. Gune kodetzaileak degradaziotik babesten dituzte barneko zenbait base parek, horiek egonkortzen dituztelako. Zonalde proteina-kodetzaileak izateaz gain, gune kodetzaileek pre-mRNAn sekuentzia erregulatzaile gisa ere jarduten dute, exonen moztitsasketa inhibituz edo aktibatuz.

Itzuli gabeko guneak

Itzuli gabeko guneak (UTRak) mRNA molekulan hasiera-kodonaren aurretik eta amaiera-kodonaren ostean agertzen diren guneak dira, zeinak ez diren itzultzen. Hasiera-kodonaren aurretik agertzen diren itzuli gabeko guneei 5’ itzuli gabeko gune (5’ UTR) deritze, eta amaiera-kodonaren ostean daudenei, aldiz, 3’ itzuli gabeko gune (3’ UTR). Gune horiek gune kodetzaileekin batera transkribatzen dira, mRNA helduan aurkitzen diren gune exonikoak direlako. Badira gene-adierazpenarekin loturiko zenbait funtzio, itzuli gabeko gune horiei egotzi zaizkienak, esaterako, mRNAren egonkortzea, mRNAren kokatzea eta itzulpenaren efizientziaren erregulazioa. UTRek funtzio horiek aurrera eramateko duten gaitasuna UTRaren sekuentzien araberakoa da, zeina bestelako mRNA molekuletatik bereiz daitekeen. 3’ UTRen aldaera genetikoek ere gaixotasunak azalaratzeko sentiberatasunean hartzen dute parte, RNA-egituren eta proteinen itzulpenean gertatzen diren aldaketen ondorioz.

5’ UTR edota 3’UTRek RNA mezularien egonkortasuna kontrolatzen dute; izan ere, RNA degradatzen duten erribonukleasa izeneko entzimekiko eta RNAren degradazioaren inhibizioa eragiten duten proteina laguntzaileekiko afinitatea aldatzen dute.

UTRek itzulpenaren eraginkortasuna ere erregulatzen dute eta, batzuetan, itzulpenaren inhibizio osoa kontrolatzeko gaitasuna ere badute. 3’ UTR zein 5’ UTRtara lotzeko gai diren proteinek itzulpenean eragin dezaketela ikusi da, erribosomek RNA mezularietara batzeko duten gaitasuna eraldatzen dutelako. 3’ UTRtara lotzen diren mikroRNAk ere itzulpenaren eraginkortasunean edo mRNAren egonkortasunean eragiten dute.

mRNAk zitoplasman duen kokapena 3‘ UTRek kontrolatzen dute. Zelularen gune jakin batean behar diren proteinen RNA mezulariek gune horietan itzultzeko aukera ematen dute; kasu horietan, 3’ UTRak RNA mezularia itzulpena gertatuko den gunera gidatzen duten sekuentziak barne hartzen ditu.

Itzuli gabeko gune batzuetan aurkitzen diren zenbait elementuk egitura sekundarioak eratzen dituzte RNArako transkripzioa gertatu ostean. Elementu horiek mRNAren erregulazioan hartzen dute parte; batzuk, SECIS elementuak, alegia, proteinak lotzeko ituak dira. mRNA elementuen beste mota batek, erriboetengailuek, molekula txikietara lotzen dira zuzenean; horrela, horien tolesketa eraldatzen duten transkripzio- eta iltzulpen-mailak erregulatzen dituzte. Azkeneko kasu horietan, mRNA molekulak bere buruaren erregulazioan dihardu.

Poli(A) isatsa

3’ poli-(A) isatsa adenina nukleotidoen segida luze bat da, pre-mRNAren 3’ muturrera gehitzen dena. Isats horrek mRNA degradaziotik babesten du, horren itzulpena sustatzen du eta nukleotik kanporatzen du.

mRNA monozistronikoa vs. polizistronikoa

mRNA molekula bat monozistronikoa da proteina-kate bakarra (polipeptidoa) lor daitekenean bere informazio genetikotik. Hori da eukarioto gehienen mRNAren kasua. Bestalde, mRNA polizistronikoek irakurtarau ireki edo ORF (Open Reading Frame) ugari dituzte eta bakoitza polipeptido desberdin batean itzul daiteke. Polipeptido horiek normalean antzeko funtzioa izaten dute eta batzuetan konplexu baten azpiunitate desberdinak izaten dira. Euren sekuentzia kodetzailea zonalde erregulatzaile berean egon ohi da, zeinak sustatzaile bat eta operadore bat dituen. Bakterio eta arkeo gehienetan dagoen mRNA polizistronikoa da, baita gizakion genoma mitokondrialekoa ere. mRNA dizistroniko edo bizistronikoa 2 proteina soilik kodetzen dituena da.

mRNAren zirkularizazioa

Eukariotoetan, mRNA molekulek egitura zirkularrak sortzen dituzte poli-(A) proteina-lotzailearen eta elF4E proteinaren arteko elkarrekintzak direla eta. Bi proteina horiek elF4G-ri lotu, eta mRNA-proteina-mRNA zubi bat sortzen dute.

Badaude zirkularizaziorako beste mekanismo batzuk ere, bereziki birusen mRNAn. Poliobirusaren mRNAk 5’ muturrean hirusta- hosto forma duen zatiki bat erabiltzen du PCPB2 lotzeko, eta azken hori poli-(A) proteina-lotzaileari lotu eta mRNA-proteina- mRNA zikloa ere sortzen du. Garagar nano horiaren birusak (Barley yellow dwarf ingelesez) mRNA zirkularizatu dezake beste proteina batzuen laguntzarik gabe. Izan ere, 5’ eta 3’ muturretan kissing stem loops izeneko egiturak ditu zeintzuek mRNA zatikiak lotzen dituzten.

Birusen RNA-enomak zirkularizatzea ere oso ohikoa da. Genoma erreplikatzen ari denean, zirkularizazio horrek erreplikazio- denbora azkartzen du. Genoma-erreplikazioa gertatu bitartean, zirkularizazioak erreplikazio-abiadurak azkartzen ditu, RNA biriko menpeko RNA polimerasa ziklatzen duelako hipotetikoki erribosoma ziklatu beharko litzatekeen adina.

Degradazioa

Zelula bateko mRNA molekulek duten bizitza-erdia (egonkortasuna) ezberdina da. Bakterioetan mRNA bakartiek segundo batzuetatik ordu bateraino biziraun dezakete. Hala ere, bitzitza-erdi normalak 1-3 minutu artekoak izaten dira, bakterioen mRNA eukariotoena baino ezegonkorragoa da eta. Ugaztun-zeluletan, mRNA molekulen bizitza-erdiak minutu gutxi batzuen eta zenbait egunen tartekoak dira. Zenbat eta egonkorragoa izan mRNA molekula, orduan eta proteina kopuru handiagoa ekoitziko da horretatik abiatuta. mRNA molekulen bizitza-erdiak motza izateak ahalbidetzen du zelula batek proteinen sintesi-prozesua azkar moldatu ahal izatea, beharrizanei erantzuteko. mRNAren suntsipena eragiten duten hainbat mekanismo daude eta, horietako batzuk, atal honetan zerrendatuta daude.

mRNAren degradazioa prokariotoetan

Oro har, mRNA prokariotoen bizitza-erdia eukariotoena baino laburragoa da. Prokariotoek mRNA degradatzen dute hainbat erribonukleasa-konbinazioren bidez, endonukleasak, 3 ́ exonukleasak eta 5 ́exonukleasak barne. Egoera batzuetan, sRNAek mRNA espezifikoen degradazioa estimula dezakete; izan ere, laguntzen dute osagarriak diren sekuentzien parekaketan eta III motako RNasa bidezko erribonukleasaren mozketan. Duela gutxi frogatu izan da bakterioek 5 ́-kapela bezalako egitura dutela, hau da, 5'-muturrean trifosfatoa dutela. 5 ́-muturreko bi fosfatoen ezabaketak monofosfatoa soilik muturrean geratzea eragiten du eta horrek J RNasa exonukleasak mRNA ezabatzea eragiten du, 5 --> 3 noranzkoan.

mRNAren degradazioa eukariotoetan

Zelula eukariotoetan, itzulpen prozesua eta mRNAren degradazio prozesua orekatuta daude. Modu aktiboan itzultzen dabiltzan mezuak erribosomei, eukariotoen elF-4E eta elF-4G hasiera-faktoreei eta poli(A) proteina-lotzaileari lotzen zaizkie. elF-4E eta elF-4G proteinek entzima kapela-kentzailea (DCP2) oztopatzen dute eta poli(A) proteinak exosoma-konplexua oztopatzen du; horrela, mezuaren muturrak babesten dira. Itzulpenaren eta degradazioaren arteko oreka hori P gorputz izeneko egitura zitoplasmatikoen tamainan eta kopuruan islatzen da. mRNA molekulen poli(A) isatsa exonukleasa bereziek laburtzen dute. RNAn dauden sekuentzia cis-erregulatzaile eta proteina RNA-lotzaile batzuk dira exonukleasa horiek mRNA espezifikoetara bideratzearen arduradunak. Poli(A) isatsa kentzen denean, mezuaren egitura zirkularra hondatzen dela uste dute ikertzaileek eta, ondorioz, konplexu kapela-lotzailea desegonkortzen dela. Ondoren, mezua degradatu egiten da exosoma-konplexuaren edo konplexu kapela-kentzailearen bidez. Horrela, itzulpenerako inaktiboak diren mezuak azkar suntsi daitezke, eta mezu aktiboak, aldiz, dauden moduan uzten dira. Oraindik ez dago argi itzulpena gelditu eta mezua degradatzera bidaltzen duen mekanismo hori.

AU-tan aberatsak diren elementuen deskonposizioa

AU-tan aberatsak diren elementuen presentziak ugaztunen mRNA molekulak ezegonkortzen ditu. Izan ere, zenbait proteina hauetara lotzea eragiten dute eta, ondorioz, poli(A) isatsa ezabatzea. Ikertzaileek uste dute poli(A) isats horren galerak mRNA molekularen degradazioa sustatzen duela, exosoma-konplexuaren zein kapela kentzeko konplexuaren erasoa errazten duelako. mRNA degradatzeko bide azkar hau erabiltzen da zitokina indartsu batzuen gehiegizko adierazpena saihesteko, hala nola, tumoreen nekrosi-faktorearen (TNF) eta granulozito-makrofago kolonien faktore estimulatzailearena (GM-CSF). AU-tan aberatsak diren elementuek zenbait faktore proonkogenikoren biosintesia ere erregulatzen dute, hala nola, c-Jun eta c-Fos faktoreena.

Esanahi gabeko mutazioek bideratutako deskonposizioa

Eukariotoen mRNA NMD (Nonsense Mediated Decay) bidezko zinaketa izaten dute, mRNA-n amaiera-kodon goiztiarra (esanahirik gabeko mutazioa) ez egotea bermatzeko. Horiek, askotariko faktoreen ondorioz sor daitezke, besteak beste, juntadura osatugabeen ondorioz, hartutako sistema immuneko errekonbinazioaren ondorioz edo DNA-mutazioen ondorioz edo itzulpeneko akatsen ondorioz sor daitezke. Amaiera-kodon goiztiar baten detekzioak mRNAren degrazioa eragiten du, 5 kapela kenduz, 3 muturreko poli (A) isatsa ezabatuz edo mozketa endonukleotikoa eraginez.

Interferentziazko RNA txikia (siRNA)

Animalietan, DICER deritzon proteina baten bidez prozesatzen diren interferentziazko RNA txikiak (siRNA) RNAk induzitutako konplexu isilarazle deritzon konplexuan (RISC) txertatzen dira. Konplexu horretan, siRNAk batzen diren RNA mezulari osagarriak ebakitzen dituzten endonukleasak daude. Ebaketaren ondorioz sortzen diren mRNA-zatikiak exonukleasek degradatzen dituzte ondoren. siRNAk oso erabiliak dira laborategietan, zelula-kultiboetan geneen funtzioak oztopatzeko. Molekula horiek berezko immunitate-sistemak harizpi-bikoitzeko RNA birikoen aurka egiteko ekoitzen direla uste dute adituek.

Mikro RNA (miRNA)

MikroRNAk (miRNAk) animalien RNA mezularien sekuentziekiko osagarritasun partziala duten RNA-molekula txikiak dira. miRNA baten eta RNA mezulari baten arteko baturak batutako RNA mezulariaren itzulpena eragotzi eta poli(A) itsatsaren mozketa bizkortzen du; ondorioz, mRNAren degradazioa bultzatzen da. miRNAren jarduera-mekanismoa ikerketarako gai bilakatu da gaur egun.

Beste deskonposizio-mekanismo batzuk

Hala ere, mRNAk degradatzeko beste modu batzuk ere badaude, hala nola, piRNA bidezko amaierarik gabeko endekapena eta isilpena.

mRNAn oinarritutako terapiak

mRNA-molekulak terapeutikan erabili dira Biotek Aroa hasi zenetik baina 2010 hamarkada arte ez zitzaien garrantzi handirik eman. Orduan sortu zen Moderna Therapeutics, eta lehen hiru urteetan ia mila milioi dolar bildu zituen.

Teorian, txertatutako mRNA molekulak zelula batek proteina bat ekoiztea eragin dezake. Proteina hori gaixotasun bat sendatu dezake edo txerto gisa jardun. Gainera, zeharkako modu batean proteina horrek ere eragin lezake zelula ama endogeno bat desberdintzea intereseko zelula batean.

RNA terapiaren erronka nagusia RNA itu-zeluletara bideratzea da. RNA sekuentzia biluziak prozesu ostean berez degradatuko dira, inbaditzaileek bezala gorputzaren sistema immunea eraso dezakete eta zelula mintzarekiko iragazgaitzak dira. Behin zelulan daudela, zelularen garraio-mekanismoa utzi behar dute zitoplasman jardun ahal izateko, proteinen sintesia bideratzen duten erribosomak hor daudelako.

Kanpo estekak

• Datuak: Q188928
• Multimedia: MRNA / Q188928