Вики-текст старой страницы до правки ($1) (old_wikitext) | '{{значения}}
'''Кэп''' (5'-кэп, кэп-структура) (от {{lang-en|cap}} — шапочка) — один или несколько модифицированных [[Нуклеотид|нуклеотидов]] на 5'-конце [[Транскрипт (биология)|транскриптов]], синтезированных [[РНК-полимераза#РНК-полимераза в эукариотических клетках|РНК-полимеразой II]]. С химической точки зрения, кэп представляет собой 7-метилгуанозин, соединённый 5',5'-трифосфатным мостиком с первым нуклеотидным остатком транскрипта. В узком смысле под кэпом понимают именно 7-метилгуанозин. Кроме того, первые два нуклеотида транскрипта могут [[Метилирование|метилироваться]] по 2'-O положению [[Рибоза|рибозы]]. Кэп способствует эффективному [[Процессинг РНК|процессингу]] пре-мРНК, экспорту [[мРНК]] из ядра, её [[Трансляция (биология)|трансляции]] и защите от быстрой деградации<ref name=Schoenberg>{{cite journal |author=Schoenberg DR, Maquat LE.|title=Re-capping the message. |journal=Trends Biochem Sci. |volume=34 |issue=|pages=435—442 |year=2009 |pmid=19729311 |doi= |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2743798/?tool=pubmed}}</ref><ref name=Banerjee>{{cite journal |author=Banerjee AK.|title=5'-terminal cap structure in eucaryotic messenger ribonucleic acids. |journal=Microbiol Rev. |volume=44 |issue=|pages=175—205 |year=1980 |pmid=6247631 |doi= |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC373176/?tool=pubmed}}</ref>.
== Типы кэп-структуры и их распространённость ==
[[Файл:5'_cap_structure.png|thumb|300px|Строение 5'-конца кэпированной мРНК]]
У подавляющего большинства [[Эукариоты|эукариот]] 5'-конец транскриптов, синтезируемых [[РНК-полимераза#РНК-полимераза в эукариотических клетках|РНК-полимеразой II]], ко-транскрипционно модифицируется путём присоединения 7-метилгуанозина, или кэпа (см. рисунок). РНК-полимераза II синтезирует все пре-мРНК, некоторые [[малые ядерные РНК]] и [[малые ядрышковые РНК]]. [[Вирусы]], которые приспособлены к жизни в эукариотических клетках, также могут иметь кэпированные РНК независимо от того, синтезируются ли они РНК-полимеразой II или другим [[Ферменты|ферментом]]<ref name=Decroly>{{cite journal |author=Decroly E, Ferron F, Lescar J, Canard B.|title= Conventional and unconventional mechanisms for capping viral mRNA.|journal=Nat Rev Microbiol. |volume=10 |issue=|pages=51—65 |year=2011 |pmid=22138959 |doi=10.1038/nrmicro2675 |url=}}</ref>. В зависимости от типа организма и типа РНК первоначальная кэп-структура может подвергаться дальнейшим модификациям, главным образом, [[Метилирование|метилированию]]<ref name=Cougot>{{cite journal |author=Cougot N, van Dijk E, Babajko S, Séraphin B.|title= 'Cap-tabolism'.|journal=Trends Biochem Sci. |volume=29 |issue=|pages=436—444 |year=2004 |pmid=15362228 |doi= |url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0968000404001549}}</ref>.
Выделяют следующие типы кэпа:
* кэп 0 (m<sup>7</sup>GpppNp, где N — любой нуклеотид) — это минимальная кэпирующая структура, которая представляет собой 7-метилгуанозин, соединённый 5',5'-трифосфатным мостиком с первым нуклеотидом РНК<ref name=Banerjee/>. Кэп 0 распознаётся [[Факторы инициации трансляции|фактором инициации трансляции]] eIF4E<ref name=Marcotrigiano>{{cite journal |author=Marcotrigiano J, Gingras AC, Sonenberg N, Burley SK.|title= Cocrystal structure of the messenger RNA 5' cap-binding protein (eIF4E) bound to 7-methyl-GDP.|journal=Cell. |volume=89 |issue=|pages=951—961 |year=1997 |pmid=9200613 |doi=10.1016/S0092-8674(00)80280-9 |url=}}</ref>;
* кэп 1 (m<sup>7</sup>GpppNm<sub>2'-O</sub>p) отличается от кэпа 0 метилированием первого нуклеотида транскрипта по 2'-O положению [[Рибоза|рибозы]];
* кэп 2 (m<sup>7</sup>GpppNm<sub>2'-O</sub>pNm<sub>2'-O</sub>p) отличается от кэпа 0 метилированием первого и второго нуклеотидов транскрипта по 2'-O положению рибозы;
* кэп 4 (m<sup>7</sup>GpppNm<sub>2'-O</sub>pNm<sub>2'-O</sub>pNm<sub>2'-O</sub>pNm<sub>2'-O</sub>p);
* 2,2,7-триметилгуанозиновый кэп (m<sup>2,2,7</sup>GpppNp)
Кэп 0 характерен для РНК [[Растения|растений]] (а также [[Вирусы|вирусов]] растений) и [[Грибы|грибов]], у [[Животные|животных]] он встречается редко. Для РНК животных характерны кэп 1 и кэп 2, соотношение которых в клетке зависит от [[Биологический вид|вида]] организма. Вирусы животных также, как правило используют кэп 1 или кэп 2. Интересно, что в РНК вирусов животных первым нуклеотидом после 7-метилгуанозина обычно является [[пурин]], который может быть дополнительно метилирован по атомам [[Азотистые основания|азотистого основания]] (например, с образованием N<sup>6</sup>-метиладенозина). В клеточных же мРНК первым нуклеотидом после кэпа может быть любой из четырёх, и он тоже, как правило, дополнительно метилирован. В целом можно сказать, что чем более высоко организован организм, тем больше метильных групп содержится в его кэп-структурах<ref name=Banerjee/>. Кэп 4 был обнаружен у некоторых [[Протисты|простейших]]<ref name="Perry">{{cite journal |author=Perry KL, Watkins KP, Agabian N.|title=Trypanosome mRNAs have unusual "cap 4" structures acquired by addition of a spliced leader |journal=Proc Natl Acad Sci U S A. |volume=84 |issue=|pages=8190—8194 |year=1987 |pmid=3120186 |doi= |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC299507/?tool=pubmed}}</ref>. 2,2,7-триметилгуанозиновый кэп характерен для малых ядерных РНК и служит сигналом к их транспорту и/или удержанию в [[Клеточное ядро|ядре]]<ref name="Cougot" />.
== Механизм кэпирования ==
=== Кэпирующие ферменты ===
[[Файл:Ribose_structure_2.png|thumb|Строение молекулы [[Рибоза|рибозы]], показывающее положение 2'-, 3'- и 5'- атомов углерода]]
Кэпирование — первый этап [[Процессинг РНК|процессинга РНК]]. Кэпирование происходит ко-траскрипционно [[Клеточное ядро|в ядре]], когда синтезируемый [[Транскрипт (биология)|транскрипт]] достигает длины 25—30 нуклеотидов<ref name="Rasmussen">{{cite journal |author=Rasmussen EB, Lis JT.|title=In vivo transcriptional pausing and cap formation on three Drosophila heat shock genes |journal=Proc Natl Acad Sci U S A. |volume=90 |issue=|pages=7923—7927 |year=1993 |pmid=8367444 |doi= |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC47259/?tool=pubmed}}</ref>. Кэпирование осуществляется тремя [[Ферменты|ферментами]]: РНК-трифосфатазой, гуанилтрансферазой и 7-метилтрансферазой<ref name="Shuman">{{cite journal |author=Shuman S.|title=Structure, mechanism, and evolution of the mRNA capping apparatus |journal=Prog Nucleic Acid Res Mol Biol. |volume=66 |issue=|pages=1—40 |year=2001 |pmid=11051760 |doi= |url=}}</ref>.
РНК-трифосфатаза отщепляет γ-фосфатную группу от 5'-концевого нуклеотида транскрипта. [[Первичная структура|Аминокислотная последовательность]] РНК-трифосфатаз существенно варьирует среди эукариот, и можно выделить по крайней мере два семейства данных ферментов: РНК-трифосфатазы, зависимые от [[Валентность|бивалентных]] [[катион]]ов (характерны для [[Протисты|простейших]], [[Грибы|грибов]] и [[Вирусы|вирусов]] эукариот), и РНК-трифосфатазы, независимые от бивалентных катионов (характерны для [[Животные|животных]] и [[Растения|растений]])<ref name="Gu">{{cite journal |author=Gu M, Lima CD.|title=Processing the message: structural insights into capping and decapping mRNA |journal=Curr Opin Struct Biol. |volume=15 |issue=|pages=99—106 |year=2005 |pmid=15718140 |doi= |url=}}</ref>. У [[Дрожжи|дрожжей]] [[Saccharomyces cerevisiae|''Saccharomyces cerevisiae'']] РНК-трифосфатаза кодируется собственным [[ген]]ом ''Cet1'', в то время как у [[Млекопитающие|млекопитающих]] синтезируется бифункциональный фермент, который обладает и РНК-трифосфатазной (N-концевой [[Домен белка|домен]]), и гуанилтрансферазной активностью (C-концевой домен). Гуанилтрансфераза (у дрожжей кодируется геном ''Ceg1'') осуществляет перенос остатка [[Гуанозинмонофосфат|ГМФ]] из [[Гуанозинтрифосфат|ГТФ]] на β-фосфатную группу 5'-концевого нуклеотида транскрипта с формированием структуры GpppN. Эта реакция происходит в два этапа с образованием промежуточного соединения фермент-(лизил-N)-ГМФ. 7-метилтрансфераза у всех организмов кодируется отдельным геном (''Abd1'' у дрожжей)<ref name="Gu" />. Этот фермент катализирует перенос [[Метил#Метильная группа|метильной группы]] от [[S-Аденозилметионин|S-аденозилметионина]] на Gppp-РНК с образованием m<sup>7</sup>Gppp-РНК.
=== Связь кэпирования с транскрипцией ===
Ко-транскрипционное протекание процесса кэпирования обеспечивается тем, что кэпирующие ферменты прямо связываются с [[Фосфорилирование#Фосфорилирование белков|фосфорилированным]] C-концевым доменом большой субъединицы [[РНК-полимераза#РНК-полимераза в эукариотических клетках|РНК-полимеразы II]]<ref name="Cho">{{cite journal |author=Cho EJ, Takagi T, Moore CR, Buratowski S.|title=mRNA capping enzyme is recruited to the transcription complex by phosphorylation of the RNA polymerase II carboxy-terminal domain |journal=Genes Dev. |volume=11 |issue=|pages=3319—3326 |year=1997 |pmid=9407025 |doi=10.1101/gad.11.24.3319 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC316800/?tool=pubmed}}</ref><ref name="McCracken">{{cite journal |author=McCracken S, Fong N, Rosonina E, Yankulov K, Brothers G, Siderovski D, Hessel A, Foster S, Shuman S, Bentley DL.|title=5'-Capping enzymes are targeted to pre-mRNA by binding to the phosphorylated carboxy-terminal domain of RNA polymerase II |journal=Genes Dev. |volume=11 |issue=|pages=3306—3318 |year=1997 |pmid=9407024 |doi=10.1101/gad.11.24.3306 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC316822/?tool=pubmed}}</ref>. С-концевой домен имеет уникальную эволюционно консервативную структуру: он состоит из многократно повторяющихся аминокислотных мотивов Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser<ref name="Gu" />. Несколько [[Протеинкиназы|киназ]] могут фосфорилировать аминокислотные остатки в C-концевом домене. Переход от инициации транскрипции к ранней элонгации сопровождается фосфорилированием Ser-5 [[Факторы транскрипции|фактором транскрипции]] [[TFIIH]]<ref name="Hocine">{{cite journal |author=Hocine S, Singer RH, Grünwald D.|title=RNA processing and export |journal=Cold Spring Harb Perspect Biol. |volume=2 |issue=|pages=a000752 |year=2010 |pmid=20961978 |doi=10.1101/cshperspect.a000752 |url=http://cshperspectives.cshlp.org/content/2/12/a000752.long}}</ref>. В ходе транскрипции количество фосфорилированного Ser-5 снижается, и начинает преобладать фосфорилированный Ser-2<ref name="Gu" />. После фосфорилирования РНК-полимеразы II по Ser-5 к транскрипционному комплексу присоединяется негативный транскрипционный фактор DSIF ({{lang-en|DRB sensitivity inducing factor}}), который в свою очередь привлекает второй негативный регулятор — NELF ({{lang-en|negative elongation factor}}). Вместе эти факторы временно ингибируют дальнейшее прохождение транскрипции. Гуанилтрансферазный домен кэпирующего фермента млекопитающих имеет сродство к С-концевому домену РНК-полимеразы II, фосфорилированному по Ser-5. У дрожжей с РНК-полимеразой связывается гуанилтрансфераза Ceg1, которая затем привлекает в комплекс РНК-трифосфатазу Cet1. Кроме того, гуанилтрансфераза связывается одновременно и с одной из субъединиц фактора DSIF. Связывание с фосфорилированной формой РНК-полимеразы и с DSIF стимулирует каталитическую активность гуанилтрансферазы<ref name="Cowling">{{cite journal |author=Cowling VH|title=Regulation of mRNA cap methylation |journal=Biochem. J. |volume=425 |issue=2|pages=295—302 |year=2010 |pmid=20025612 |doi=10.1042/BJ20091352 |url=http://www.biochemj.org/bj/425/0295/bj4250295.htm}}</ref>. Описанные взаимодействия обеспечивают прохождение кэпирования вскоре после инициации транскрипции и до того, как транскрипционный комплекс перейдёт к продуктивной элонгации. Считается, что фосфорилированный Ser-5 пропадает к тому моменту, как транскрипт достигает длины 500 нуклеотидов. К этому же времени из транскрипционного комплекса диссоциируют и кэпирующие ферменты<ref name="Hocine" />. Важно отметить, что не только транскрипция определяет ход кэпирования, но и успешность процесса кэпирования оказывает влияние на дальнейший ход транскрипции (см. ниже).
== Функции ==
Кэпирование 5'-конца РНК-[[транскрипт]]а во многом определяет его дальнейшую судьбу в клетке. Известны следующие функции кэпа:
* регуляция [[транскрипция (биология)|транскрипции]];
* участие в [[сплайсинг]]е;
* участие в процессинге 3'-конца мРНК;
* регуляция транспорта РНК между ядром и цитоплазмой;
* защита транскрипта от деградации под действием [[Экзонуклеазы|экзонуклеаз]];
* стимуляция [[Трансляция (биология)|трансляции]].
=== Регуляция транскрипции ===
Ряд исследований указывает на то, что кэпирующие ферменты могут играть роль в регуляции [[транскрипция (биология)|транскрипции]]<ref name="Cowling" />. В 2007 году было сделано важное открытие — оказалось, что [[промотор]]ы очень многих [[ген]]ов эукариотических организмов постоянно содержат полностью собранный [[Транскрипция (биология)#Инициация транскрипции|инициаторный комплекс]], который может синтезировать короткие транскрипты, однако дальнейшее продвижение этого комплекса внутрь гена заингибировано<ref name="Guenther">{{cite journal |author=Guenther MG, Levine SS, Boyer LA, Jaenisch R, Young RA|title=A chromatin landmark and transcription initiation at most promoters in human cells |journal=Cell |volume=130 |issue=1|pages=77—88 |year=2007 |pmid=17632057 |doi=10.1016/j.cell.2007.05.042 |url=http://www.cell.com/fulltext/S0092-8674%2807%2900681-2}}</ref><ref name="Muse">{{cite journal |author=Muse GW, Gilchrist DA, Nechaev S, Shah R, Parker JS, Grissom SF, Zeitlinger J, Adelman K|title=RNA polymerase is poised for activation across the genome |journal=Nat. Genet. |volume=39 |issue=12|pages=1507—1511 |year=2007 |pmid=17994021 |doi=10.1038/ng.2007.21 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2365887/}}</ref><ref name="Zeitlinger">{{cite journal |author=Zeitlinger J, Stark A, Kellis M, Hong JW, Nechaev S, Adelman K, Levine M, Young RA|title=RNA polymerase stalling at developmental control genes in the Drosophila melanogaster embryo |journal=Nat. Genet. |volume=39 |issue=12|pages=1512—1516 |year=2007 |pmid=17994019 |doi=10.1038/ng.2007.26 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2824921/}}</ref>. Предполагают, что такая система позволяет при необходимости быстро начать транскрипцию, что особенно важно в случае генов, отвечающих за [[Онтогенез|эмбриональное развитие]] и ответ клетки на внешние воздействия. Механизм переключения транскрипции с «паузы» на продуктивную [[Транскрипция (биология)#Элонгация транскрипции|элонгацию]] сейчас рассматривается как ключевой способ контроля за транскрипцией. Есть основания полагать, что кэпирование может быть одним из таких «переключателей»<ref name="Moore">{{cite journal |author=Moore MJ, Proudfoot NJ|title=Pre-mRNA processing reaches back to transcription and ahead to translation |journal=Cell |volume=136 |issue=4|pages=688—700 |year=2009 |pmid=19239889 |doi=10.1016/j.cell.2009.02.001 |url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867409001330}}</ref>.
Считается, что движение транскрипционного комплекса ингибируется [[Факторы транскрипции|факторами транскрипции]] DSIF и NELF, которые действуют в паре, и восстанавливается под действием положительного регулятора PTEFb, который фосфорилирует повторяющиеся аминокислотные мотивы в С-концевом домене РНК-полимеразы II по положению Ser-2<ref name="Cowling" />. Несколькими группами исследователей было установлено, что транскрипция генов у дрожжей стимулируется кэпирующими ферментами<ref name="Kim">{{cite journal |author=Kim HJ, Jeong SH, Heo JH, Jeong SJ, Kim ST, Youn HD, Han JW, Lee HW, Cho EJ|title=mRNA capping enzyme activity is coupled to an early transcription elongation |journal=Mol. Cell. Biol. |volume=24 |issue=14|pages=6184—6193 |year=2004 |pmid=15226422|doi=10.1128/MCB.24.14.6184-6193.2004 |url=http://mcb.asm.org/content/24/14/6184.long}}</ref><ref name="Mandal">{{cite journal |author=Mandal SS, Chu C, Wada T, Handa H, Shatkin AJ, Reinberg D|title=Functional interactions of RNA-capping enzyme with factors that positively and negatively regulate promoter escape by RNA polymerase II |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=101 |issue=20|pages=7572—7577 |year=2004 |pmid=15136722 |doi=10.1073/pnas.0401493101 |url=http://www.pnas.org/content/101/20/7572.long}}</ref><ref name="Schroeder">{{cite journal |author=Schroeder SC, Zorio DA, Schwer B, Shuman S, Bentley D|title=A function of yeast mRNA cap methyltransferase, Abd1, in transcription by RNA polymerase II |journal=Mol. Cell |volume=13 |issue=3|pages=377—387 |year=2004 |pmid=14967145 |doi=doi:10.1016/S1097-2765(04)00007-3 |url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276504000073}}</ref>. При этом выяснилось, что действие этих ферментов на транскрипцию не изменяется, даже если они оказываются каталитически неактивными вследствие мутаций. Этот факт позволяет предположить, что само по себе присутствие кэпирующих ферментов в транскрипционном комплексе, а не обязательно даже кэп-структура, стимулирует движение транскрипционного комплекса. Стимулирующее действие кэпирующих ферментов на транскрипцию можно объяснить, во-первых, тем что они способны связываться с DSIF, вытесняя NELF из комплекса с ним, в результате чего ингибиторное действие DSIF на транскрипцию прекращается<ref name="Mandal" />. Во-вторых, 7-метилтрансфераза (по крайней мере, в случае ''[[Schizosaccharomyces pombe]]'' и ''[[Caenorhabditis elegans]]'') может привлекать в транскрипционный комплекс фактор транскрипции PTEFb, что способствует началу продвижения комплекса внутрь гена<ref name="Guiguen">{{cite journal |author=Guiguen A, Soutourina J, Dewez M, Tafforeau L, Dieu M, Raes M, Vandenhaute J, Werner M, Hermand D|title=Recruitment of P-TEFb (Cdk9-Pch1) to chromatin by the cap-methyl transferase Pcm1 in fission yeast |journal=EMBO J. |volume=26 |issue=6|pages=1552—1559 |year=2007 |pmid=17332744 |doi=10.1038/sj.emboj.7601627 |url=http://www.nature.com/emboj/journal/v26/n6/full/7601627a.html}}</ref><ref name="Takagi">{{cite journal |author=Takagi T, Walker AK, Sawa C, Diehn F, Takase Y, Blackwell TK, Buratowski S|title=The Caenorhabditis elegans mRNA 5'-capping enzyme. In vitro and in vivo characterization |journal=J. Biol. Chem. |volume=278 |issue=16|pages=14174—14184 |year=2003 |pmid=12576476 |doi=10.1074/jbc.M212101200 |url=http://www.jbc.org/content/278/16/14174.long}}</ref>. Кроме того, дополнительное привлечение PTEFb обеспечивается кэп-связывающим белковым комплексом (CBC) (см. ниже)<ref name="Lenasi">{{cite journal |author=Lenasi T, Peterlin BM, Barboric M|title=Cap-binding protein complex links pre-mRNA capping to transcription elongation and alternative splicing through positive transcription elongation factor b (P-TEFb) |journal=J. Biol. Chem. |volume=286 |issue=26|pages=22758—22768 |year=2011 |pmid=21536667 |doi=10.1074/jbc.M111.235077 |url=}}</ref>.
В то же время есть данные, что транскрипция, по крайней мере, некоторых генов [[Saccharomyces cerevisiae|дрожжей]] происходит независимо от кэпирования<ref name="Cowling" />. То есть, по крайней мере, у дрожжей связь кэпирования и транскрипции является геноспецифической характеристикой. Дальнейшие исследования должны показать, так ли это в случае других организмов.
=== Участие в сплайсинге ===
Кэп-структура стимулирует [[сплайсинг]] пре-мРНК как ''[[in vitro]]'', так и ''[[in vivo]]'', причём в большей степени стимулируется вырезание [[интрон]]а ближайшего к 5'-концу транскрипта<ref name="Konarska">{{cite journal |author=Konarska M. M., Padgett R. A., Sharp P. A.|title=Recognition of cap structure in splicing in vitro of mRNA precursors |journal=Cell |volume=38 |issue=3|pages=731—736 |year=1984|pmid=6567484 |doi=10.1016/0092-8674(84)90268-X |url=}}</ref><ref name="Edery">{{cite journal |author=Edery I., Sonenberg N.|title=Cap-dependent RNA splicing in a HeLa nuclear extract |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=82 |issue=22|pages=7590—7594 |year=1985 |pmid=3865180 |doi= |url=http://www.pnas.org/content/82/22/7590.long}}</ref><ref name="Ohno">{{cite journal |author=Ohno M., Sakamoto H., Shimura Y.|title=Preferential excision of the 5' proximal intron from mRNA precursors with two introns as mediated by the cap structure |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=84 |issue=15|pages=5187—5191 |year=1987 |pmid=2440046 |doi= |url=http://www.pnas.org/content/84/15/5187.long}}</ref>. Позитивное действие кэпа на сплайсинг объясняется следующим образом. Сразу после присоединения кэпа к 5'-концу транскрипта с ним связывается кэп-связывающий комплекс CBC ({{lang-en|cap binding complex}}), который важен для последующих этапов [[Процессинг РНК|процессинга]] пре-мРНК. CBC состоит из двух субъединиц: кэп-связывающей CBP 20 ({{lang-en|cap binding protein}}) и вспомогательной CBP 80<ref name="Topisirovic">{{cite journal |author=Topisirovic I., Svitkin Y. V., Sonenberg N., Shatkin A. J.|title=Cap and cap-binding proteins in the control of gene expression |journal=Wiley Interdiscip Rev RNA |volume=2 |issue=2|pages=277—298 |year=2011 |pmid=21957010 |doi=10.1002/wrna.52 |url=}}</ref>. Кэп-связывающий комплекс взаимодействует с одним из компонентов [[Сплайсосома|сплайсосомы]], мяРНП U1, и обеспечивает его посадку на пре-мРНК недалеко от 5'-конца. мяРНП U1 отвечает за распознавание 5'-концевого сайта сплайсинга, с него начинается последующая сборка сплайсосомы<ref name="Lewis_res">{{cite journal |author=Lewis JD, Izaurralde E, Jarmolowski A, McGuigan C, Mattaj IW.|title=A nuclear cap-binding complex facilitates association of U1 snRNP with the cap-proximal 5' splice site |journal=Genes Dev. |volume=10 |issue=13|pages=1683—1698 |year=1996 |pmid=8682298 |doi=10.1101/gad.10.13.1683 |url=http://genesdev.cshlp.org/content/10/13/1683.long}}</ref>. Стоит отметить, что как и в случае с транскрипцией, пока что точно не известно, какова доля пре-мРНК, сплайсинг которых не зависит от наличия кэпа, у разных организмов. Во всяком случае, показано, что такая зависимость является геноспецифической у ''S. cerevisiae''<ref name="Cowling" />.
=== Участие в экспорте мРНК из ядра ===
=== Другие функции ===
Регуляция экспорта [[мРНК]] из ядра осуществляется комплексом связывания кэпа ({{lang-en|Cap binding complex}}, CBC). Этот комплекс распознается компонентами ядерных пор и экспортируется в цитоплазму. После первого цикла [[Трансляция (биология)|трансляции]] данный комплекс заменяется такими факторами [[Трансляция (биология)|трансляции]], как eIF4E и eIF4G.<ref>Kapp, L.D.; Lorsch, J.R. (2004), «The Molecular Mechanics of Eukaryotic Translation», Annual Review of Biochemistry 73 (1): 657—704, doi:10.1146/annurev.biochem.73.030403.080419, http://www.ebc.ee/loengud/valgu_biosyntees_2007/Supplement_Eukaryotic_translation.pdf </ref>
5'-кэп является маркером активно транслируемой [[мРНК]] и является, в том числе, регулятором периода полужизни мРНК. Кэп предотвращает деградацию мРНК с 5'-конца и повышает стабильность (увеличивает «период полураспада») мРНК двумя способами. Во-первых, предотвращается деградация мРНК 5'-экзонуклеазами за счет того, что специфичность этих ферментов не позволяет им разрезать 5`-p-p-p-5` связь. Во-вторых, после экспорта из ядра факторы трансляции eIF4E/eIF4G, соединяясь с кэпом, блокируют доступ нуклеаз к кэпу.
Однако прямое стимулирующее действие кэпа на трансляцию значительно превосходит усиление экспрессии генов, опосредованное влиянием кэпа на стабильность мРНК<ref>Gallie D.R. (1991) «The cap and poly(A) tail function synergistically to regulate mRNA translational efficiency», Genes and Development 5, 2108—2116</ref><ref>Michel Y.M., Poncet D., Piron M., Kean K.M. and Borman A.M. (2000) «Cap-poly(A) synergy in mammalian cell-free extracts: investigation of the requirements for poly(A)-mediated of translation initiation», Journal of Biological Chemistry 275, 32268-32276</ref><ref>Preiss T. and Hentze M.W. (1998) «Dual function of the messenger RNA cap structure in poly(A)-tail-promoted translation in yeast», Nature 392, 516—520</ref>
Удаление модифицированных азотистых оснований с 5`-конца мРНК катализируется комплексом декэпирования. Ненужная мРНК пока неизученным образом деградируется в Р-тельцах.<!-- Комментарий --><ref>Parker, R.; Sheth, U. (2007), «P Bodies and the Control of mRNA Translation and Degradation» (w), Molecular Cell 25 (5): 635—646, doi:10.1016/j.molcel.2007.02.011,
http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1097276507001116 </ref>
== Примечания ==
{{примечания|2}}
== Литература ==
* Translational Control in Biology and Medicine (2007) Edited by N. Sonenberg, J.W.B. Hershey and M.B. Mathews. 934 pages. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Press
* Sonenberg N. (2008) «eIF4E, the mRNA cap-binding protein: from basic discovery to translational research», Biochemistry and Cell Biology 86, 178—183
* Rhoads R.E. (2009) «eIF4E: new family members, new binding partners, new roles», Journal of Biological Chemistry 284, 16711-16715
* Schoenberg D.R. and Maquat L.E. (2009) «Re-capping the message», Trends in Biochemical Sciences 34, 435—442
* Cowling V.H. (2009) «Regulation of mRNA cap methylation», Biochemical Journal 425, 295—302
* Sonenberg N. and Hinnebusch A.G. (2009) «Regulation of translation initiation in eukaryotes: mechanisms and biological targets», Cell 136, 731—745
* Van Der Kelen K., Beyaert R., Inze D. and De Veylder L. (2009) «Translational control of eukaryotic gene expression», Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 44,143-168
* Jackson R.J., Hellen C.U.T. and Pestova T.V. (2010) «The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation», Nature Reviews Molecular Cell Biology 10, 113—127
== Ссылки ==
[http://humbio.ru/humbio/genexp/0008ebd3.htm Кэпирование мРНК на сайте humbio.ru]
[[Категория:РНК]]
[[Категория:Биосинтез белка]]
[[Категория:Молекулярно-генетические процессы]]
[[cs:5' čepička]]
[[de:5'-Cap-Struktur]]
[[en:5' cap]]
[[fa:کلاهکگذاری '۵]]
[[fr:Coiffe (biologie)]]
[[it:Rivestimento in 5']]
[[nl:5'-cap]]
[[pl:Czapeczka (genetyka)]]
[[pt:Cap 5']]
[[sv:5' cap]]
[[zh:5'端帽]]' |
Вики-текст новой страницы после правки ($1) (new_wikitext) | '{{значения}}
'''Кэп''' (5'-кэп, кэп-структура) (от {{lang-en|cap}} — шапочка) — один или несколько модифицированных [[Нуклеотид|нуклеотидов]] на 5'-конце [[Транскрипт (биология)|транскриптов]], синтезированных [[РНК-полимераза#РНК-полимераза в эукариотических клетках|РНК-полимеразой II]]. С химической точки зрения, кэп представляет собой 7-метилгуанозин, соединённый 5',5'-трифосфатным мостиком с первым нуклеотидным остатком транскрипта. В узком смысле под кэпом понимают именно 7-метилгуанозин. Кроме того, первые два нуклеотида транскрипта могут [[Метилирование|метилироваться]] по 2'-O положению [[Рибоза|рибозы]]. Кэп способствует эффективному [[Процессинг РНК|процессингу]] пре-мРНК, экспорту [[мРНК]] из ядра, её [[Трансляция (биология)|трансляции]] и защите от быстрой деградации<ref name=Schoenberg>{{cite journal |author=Schoenberg DR, Maquat LE.|title=Re-capping the message. |journal=Trends Biochem Sci. |volume=34 |issue=|pages=435—442 |year=2009 |pmid=19729311 |doi= |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2743798/?tool=pubmed}}</ref><ref name=Banerjee>{{cite journal |author=Banerjee AK.|title=5'-terminal cap structure in eucaryotic messenger ribonucleic acids. |journal=Microbiol Rev. |volume=44 |issue=|pages=175—205 |year=1980 |pmid=6247631 |doi= |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC373176/?tool=pubmed}}</ref>.
== Типы кэп-структуры и их распространённость ==
[[Файл:5'_cap_structure.png|thumb|300px|Строение 5'-конца кэпированной мРНК]]
У подавляющего большинства [[Эукариоты|эукариот]] 5'-конец транскриптов, синтезируемых [[РНК-полимераза#РНК-полимераза в эукариотических клетках|РНК-полимеразой II]], ко-транскрипционно модифицируется путём присоединения 7-метилгуанозина, или кэпа (см. рисунок). РНК-полимераза II синтезирует все пре-мРНК, некоторые [[малые ядерные РНК]] и [[малые ядрышковые РНК]]. [[Вирусы]], которые приспособлены к жизни в эукариотических клетках, также могут иметь кэпированные РНК независимо от того, синтезируются ли они РНК-полимеразой II или другим [[Ферменты|ферментом]]<ref name=Decroly>{{cite journal |author=Decroly E, Ferron F, Lescar J, Canard B.|title= Conventional and unconventional mechanisms for capping viral mRNA.|journal=Nat Rev Microbiol. |volume=10 |issue=|pages=51—65 |year=2011 |pmid=22138959 |doi=10.1038/nrmicro2675 |url=}}</ref>. В зависимости от типа организма и типа РНК первоначальная кэп-структура может подвергаться дальнейшим модификациям, главным образом, [[Метилирование|метилированию]]<ref name=Cougot>{{cite journal |author=Cougot N, van Dijk E, Babajko S, Séraphin B.|title= 'Cap-tabolism'.|journal=Trends Biochem Sci. |volume=29 |issue=|pages=436—444 |year=2004 |pmid=15362228 |doi= |url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0968000404001549}}</ref>.
Выделяют следующие типы кэпа:
* кэп 0 (m<sup>7</sup>GpppNp, где N — любой нуклеотид) — это минимальная кэпирующая структура, которая представляет собой 7-метилгуанозин, соединённый 5',5'-трифосфатным мостиком с первым нуклеотидом РНК<ref name=Banerjee/>. Кэп 0 распознаётся [[Факторы инициации трансляции|фактором инициации трансляции]] eIF4E<ref name=Marcotrigiano>{{cite journal |author=Marcotrigiano J, Gingras AC, Sonenberg N, Burley SK.|title= Cocrystal structure of the messenger RNA 5' cap-binding protein (eIF4E) bound to 7-methyl-GDP.|journal=Cell. |volume=89 |issue=|pages=951—961 |year=1997 |pmid=9200613 |doi=10.1016/S0092-8674(00)80280-9 |url=}}</ref>;
* кэп 1 (m<sup>7</sup>GpppNm<sub>2'-O</sub>p) отличается от кэпа 0 метилированием первого нуклеотида транскрипта по 2'-O положению [[Рибоза|рибозы]];
* кэп 2 (m<sup>7</sup>GpppNm<sub>2'-O</sub>pNm<sub>2'-O</sub>p) отличается от кэпа 0 метилированием первого и второго нуклеотидов транскрипта по 2'-O положению рибозы;
* кэп 4 (m<sup>7</sup>GpppNm<sub>2'-O</sub>pNm<sub>2'-O</sub>pNm<sub>2'-O</sub>pNm<sub>2'-O</sub>p);
* 2,2,7-триметилгуанозиновый кэп (m<sup>2,2,7</sup>GpppNp)
Кэп 0 характерен для РНК [[Растения|растений]] (а также [[Вирусы|вирусов]] растений) и [[Грибы|грибов]], у [[Животные|животных]] он встречается редко. Для РНК животных характерны кэп 1 и кэп 2, соотношение которых в клетке зависит от [[Биологический вид|вида]] организма. Вирусы животных также, как правило используют кэп 1 или кэп 2. Интересно, что в РНК вирусов животных первым нуклеотидом после 7-метилгуанозина обычно является [[пурин]], который может быть дополнительно метилирован по атомам [[Азотистые основания|азотистого основания]] (например, с образованием N<sup>6</sup>-метиладенозина). В клеточных же мРНК первым нуклеотидом после кэпа может быть любой из четырёх, и он тоже, как правило, дополнительно метилирован. В целом можно сказать, что чем более высоко организован организм, тем больше метильных групп содержится в его кэп-структурах<ref name=Banerjee/>. Кэп 4 был обнаружен у некоторых [[Протисты|простейших]]<ref name="Perry">{{cite journal |author=Perry KL, Watkins KP, Agabian N.|title=Trypanosome mRNAs have unusual "cap 4" structures acquired by addition of a spliced leader |journal=Proc Natl Acad Sci U S A. |volume=84 |issue=|pages=8190—8194 |year=1987 |pmid=3120186 |doi= |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC299507/?tool=pubmed}}</ref>. 2,2,7-триметилгуанозиновый кэп характерен для малых ядерных РНК и служит сигналом к их транспорту и/или удержанию в [[Клеточное ядро|ядре]]<ref name="Cougot" />.
== Механизм кэпирования ==
=== Кэпирующие ферменты ===
[[Файл:Ribose_structure_2.png|thumb|Строение молекулы [[Рибоза|рибозы]], показывающее положение 2'-, 3'- и 5'- атомов углерода]]
Кэпирование — первый этап [[Процессинг РНК|процессинга РНК]]. Кэпирование происходит ко-траскрипционно [[Клеточное ядро|в ядре]], когда синтезируемый [[Транскрипт (биология)|транскрипт]] достигает длины 25—30 нуклеотидов<ref name="Rasmussen">{{cite journal |author=Rasmussen EB, Lis JT.|title=In vivo transcriptional pausing and cap formation on three Drosophila heat shock genes |journal=Proc Natl Acad Sci U S A. |volume=90 |issue=|pages=7923—7927 |year=1993 |pmid=8367444 |doi= |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC47259/?tool=pubmed}}</ref>. Кэпирование осуществляется тремя [[Ферменты|ферментами]]: РНК-трифосфатазой, гуанилтрансферазой и 7-метилтрансферазой<ref name="Shuman">{{cite journal |author=Shuman S.|title=Structure, mechanism, and evolution of the mRNA capping apparatus |journal=Prog Nucleic Acid Res Mol Biol. |volume=66 |issue=|pages=1—40 |year=2001 |pmid=11051760 |doi= |url=}}</ref>.
РНК-трифосфатаза отщепляет γ-фосфатную группу от 5'-концевого нуклеотида транскрипта. [[Первичная структура|Аминокислотная последовательность]] РНК-трифосфатаз существенно варьирует среди эукариот, и можно выделить по крайней мере два семейства данных ферментов: РНК-трифосфатазы, зависимые от [[Валентность|бивалентных]] [[катион]]ов (характерны для [[Протисты|простейших]], [[Грибы|грибов]] и [[Вирусы|вирусов]] эукариот), и РНК-трифосфатазы, независимые от бивалентных катионов (характерны для [[Животные|животных]] и [[Растения|растений]])<ref name="Gu">{{cite journal |author=Gu M, Lima CD.|title=Processing the message: structural insights into capping and decapping mRNA |journal=Curr Opin Struct Biol. |volume=15 |issue=|pages=99—106 |year=2005 |pmid=15718140 |doi= |url=}}</ref>. У [[Дрожжи|дрожжей]] [[Saccharomyces cerevisiae|''Saccharomyces cerevisiae'']] РНК-трифосфатаза кодируется собственным [[ген]]ом ''Cet1'', в то время как у [[Млекопитающие|млекопитающих]] синтезируется бифункциональный фермент, который обладает и РНК-трифосфатазной (N-концевой [[Домен белка|домен]]), и гуанилтрансферазной активностью (C-концевой домен). Гуанилтрансфераза (у дрожжей кодируется геном ''Ceg1'') осуществляет перенос остатка [[Гуанозинмонофосфат|ГМФ]] из [[Гуанозинтрифосфат|ГТФ]] на β-фосфатную группу 5'-концевого нуклеотида транскрипта с формированием структуры GpppN. Эта реакция происходит в два этапа с образованием промежуточного соединения фермент-(лизил-N)-ГМФ. 7-метилтрансфераза у всех организмов кодируется отдельным геном (''Abd1'' у дрожжей)<ref name="Gu" />. Этот фермент катализирует перенос [[Метил#Метильная группа|метильной группы]] от [[S-Аденозилметионин|S-аденозилметионина]] на Gppp-РНК с образованием m<sup>7</sup>Gppp-РНК.
=== Связь кэпирования с транскрипцией ===
Ко-транскрипционное протекание процесса кэпирования обеспечивается тем, что кэпирующие ферменты прямо связываются с [[Фосфорилирование#Фосфорилирование белков|фосфорилированным]] C-концевым доменом большой субъединицы [[РНК-полимераза#РНК-полимераза в эукариотических клетках|РНК-полимеразы II]]<ref name="Cho">{{cite journal |author=Cho EJ, Takagi T, Moore CR, Buratowski S.|title=mRNA capping enzyme is recruited to the transcription complex by phosphorylation of the RNA polymerase II carboxy-terminal domain |journal=Genes Dev. |volume=11 |issue=|pages=3319—3326 |year=1997 |pmid=9407025 |doi=10.1101/gad.11.24.3319 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC316800/?tool=pubmed}}</ref><ref name="McCracken">{{cite journal |author=McCracken S, Fong N, Rosonina E, Yankulov K, Brothers G, Siderovski D, Hessel A, Foster S, Shuman S, Bentley DL.|title=5'-Capping enzymes are targeted to pre-mRNA by binding to the phosphorylated carboxy-terminal domain of RNA polymerase II |journal=Genes Dev. |volume=11 |issue=|pages=3306—3318 |year=1997 |pmid=9407024 |doi=10.1101/gad.11.24.3306 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC316822/?tool=pubmed}}</ref>. С-концевой домен имеет уникальную эволюционно консервативную структуру: он состоит из многократно повторяющихся аминокислотных мотивов Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser<ref name="Gu" />. Несколько [[Протеинкиназы|киназ]] могут фосфорилировать аминокислотные остатки в C-концевом домене. Переход от инициации транскрипции к ранней элонгации сопровождается фосфорилированием Ser-5 [[Факторы транскрипции|фактором транскрипции]] [[TFIIH]]<ref name="Hocine">{{cite journal |author=Hocine S, Singer RH, Grünwald D.|title=RNA processing and export |journal=Cold Spring Harb Perspect Biol. |volume=2 |issue=|pages=a000752 |year=2010 |pmid=20961978 |doi=10.1101/cshperspect.a000752 |url=http://cshperspectives.cshlp.org/content/2/12/a000752.long}}</ref>. В ходе транскрипции количество фосфорилированного Ser-5 снижается, и начинает преобладать фосфорилированный Ser-2<ref name="Gu" />. После фосфорилирования РНК-полимеразы II по Ser-5 к транскрипционному комплексу присоединяется негативный транскрипционный фактор DSIF ({{lang-en|DRB sensitivity inducing factor}}), который в свою очередь привлекает второй негативный регулятор — NELF ({{lang-en|negative elongation factor}}). Вместе эти факторы временно ингибируют дальнейшее прохождение транскрипции. Гуанилтрансферазный домен кэпирующего фермента млекопитающих имеет сродство к С-концевому домену РНК-полимеразы II, фосфорилированному по Ser-5. У дрожжей с РНК-полимеразой связывается гуанилтрансфераза Ceg1, которая затем привлекает в комплекс РНК-трифосфатазу Cet1. Кроме того, гуанилтрансфераза связывается одновременно и с одной из субъединиц фактора DSIF. Связывание с фосфорилированной формой РНК-полимеразы и с DSIF стимулирует каталитическую активность гуанилтрансферазы<ref name="Cowling">{{cite journal |author=Cowling VH|title=Regulation of mRNA cap methylation |journal=Biochem. J. |volume=425 |issue=2|pages=295—302 |year=2010 |pmid=20025612 |doi=10.1042/BJ20091352 |url=http://www.biochemj.org/bj/425/0295/bj4250295.htm}}</ref>. Описанные взаимодействия обеспечивают прохождение кэпирования вскоре после инициации транскрипции и до того, как транскрипционный комплекс перейдёт к продуктивной элонгации. Считается, что фосфорилированный Ser-5 пропадает к тому моменту, как транскрипт достигает длины 500 нуклеотидов. К этому же времени из транскрипционного комплекса диссоциируют и кэпирующие ферменты<ref name="Hocine" />. Важно отметить, что не только транскрипция определяет ход кэпирования, но и успешность процесса кэпирования оказывает влияние на дальнейший ход транскрипции (см. ниже).
== Функции ==
Кэпирование 5'-конца РНК-[[транскрипт]]а во многом определяет его дальнейшую судьбу в клетке. Известны следующие функции кэпа:
* регуляция [[транскрипция (биология)|транскрипции]];
* участие в [[сплайсинг]]е;
* участие в процессинге 3'-конца мРНК;
* регуляция транспорта РНК между ядром и цитоплазмой;
* защита транскрипта от деградации под действием [[Экзонуклеазы|экзонуклеаз]];
* стимуляция [[Трансляция (биология)|трансляции]].
=== Регуляция транскрипции ===
Ряд исследований указывает на то, что кэпирующие ферменты могут играть роль в регуляции [[транскрипция (биология)|транскрипции]]<ref name="Cowling" />. В 2007 году было сделано важное открытие — оказалось, что [[промотор]]ы очень многих [[ген]]ов эукариотических организмов постоянно содержат полностью собранный [[Транскрипция (биология)#Инициация транскрипции|инициаторный комплекс]], который может синтезировать короткие транскрипты, однако дальнейшее продвижение этого комплекса внутрь гена заингибировано<ref name="Guenther">{{cite journal |author=Guenther MG, Levine SS, Boyer LA, Jaenisch R, Young RA|title=A chromatin landmark and transcription initiation at most promoters in human cells |journal=Cell |volume=130 |issue=1|pages=77—88 |year=2007 |pmid=17632057 |doi=10.1016/j.cell.2007.05.042 |url=http://www.cell.com/fulltext/S0092-8674%2807%2900681-2}}</ref><ref name="Muse">{{cite journal |author=Muse GW, Gilchrist DA, Nechaev S, Shah R, Parker JS, Grissom SF, Zeitlinger J, Adelman K|title=RNA polymerase is poised for activation across the genome |journal=Nat. Genet. |volume=39 |issue=12|pages=1507—1511 |year=2007 |pmid=17994021 |doi=10.1038/ng.2007.21 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2365887/}}</ref><ref name="Zeitlinger">{{cite journal |author=Zeitlinger J, Stark A, Kellis M, Hong JW, Nechaev S, Adelman K, Levine M, Young RA|title=RNA polymerase stalling at developmental control genes in the Drosophila melanogaster embryo |journal=Nat. Genet. |volume=39 |issue=12|pages=1512—1516 |year=2007 |pmid=17994019 |doi=10.1038/ng.2007.26 |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2824921/}}</ref>. Предполагают, что такая система позволяет при необходимости быстро начать транскрипцию, что особенно важно в случае генов, отвечающих за [[Онтогенез|эмбриональное развитие]] и ответ клетки на внешние воздействия. Механизм переключения транскрипции с «паузы» на продуктивную [[Транскрипция (биология)#Элонгация транскрипции|элонгацию]] сейчас рассматривается как ключевой способ контроля за транскрипцией. Есть основания полагать, что кэпирование может быть одним из таких «переключателей»<ref name="Moore">{{cite journal |author=Moore MJ, Proudfoot NJ|title=Pre-mRNA processing reaches back to transcription and ahead to translation |journal=Cell |volume=136 |issue=4|pages=688—700 |year=2009 |pmid=19239889 |doi=10.1016/j.cell.2009.02.001 |url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867409001330}}</ref>.
Считается, что движение транскрипционного комплекса ингибируется [[Факторы транскрипции|факторами транскрипции]] DSIF и NELF, которые действуют в паре, и восстанавливается под действием положительного регулятора PTEFb, который фосфорилирует повторяющиеся аминокислотные мотивы в С-концевом домене РНК-полимеразы II по положению Ser-2<ref name="Cowling" />. Несколькими группами исследователей было установлено, что транскрипция генов у дрожжей стимулируется кэпирующими ферментами<ref name="Kim">{{cite journal |author=Kim HJ, Jeong SH, Heo JH, Jeong SJ, Kim ST, Youn HD, Han JW, Lee HW, Cho EJ|title=mRNA capping enzyme activity is coupled to an early transcription elongation |journal=Mol. Cell. Biol. |volume=24 |issue=14|pages=6184—6193 |year=2004 |pmid=15226422|doi=10.1128/MCB.24.14.6184-6193.2004 |url=http://mcb.asm.org/content/24/14/6184.long}}</ref><ref name="Mandal">{{cite journal |author=Mandal SS, Chu C, Wada T, Handa H, Shatkin AJ, Reinberg D|title=Functional interactions of RNA-capping enzyme with factors that positively and negatively regulate promoter escape by RNA polymerase II |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=101 |issue=20|pages=7572—7577 |year=2004 |pmid=15136722 |doi=10.1073/pnas.0401493101 |url=http://www.pnas.org/content/101/20/7572.long}}</ref><ref name="Schroeder">{{cite journal |author=Schroeder SC, Zorio DA, Schwer B, Shuman S, Bentley D|title=A function of yeast mRNA cap methyltransferase, Abd1, in transcription by RNA polymerase II |journal=Mol. Cell |volume=13 |issue=3|pages=377—387 |year=2004 |pmid=14967145 |doi=doi:10.1016/S1097-2765(04)00007-3 |url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1097276504000073}}</ref>. При этом выяснилось, что действие этих ферментов на транскрипцию не изменяется, даже если они оказываются каталитически неактивными вследствие мутаций. Этот факт позволяет предположить, что само по себе присутствие кэпирующих ферментов в транскрипционном комплексе, а не обязательно даже кэп-структура, стимулирует движение транскрипционного комплекса. Стимулирующее действие кэпирующих ферментов на транскрипцию можно объяснить, во-первых, тем что они способны связываться с DSIF, вытесняя NELF из комплекса с ним, в результате чего ингибиторное действие DSIF на транскрипцию прекращается<ref name="Mandal" />. Во-вторых, 7-метилтрансфераза (по крайней мере, в случае ''[[Schizosaccharomyces pombe]]'' и ''[[Caenorhabditis elegans]]'') может привлекать в транскрипционный комплекс фактор транскрипции PTEFb, что способствует началу продвижения комплекса внутрь гена<ref name="Guiguen">{{cite journal |author=Guiguen A, Soutourina J, Dewez M, Tafforeau L, Dieu M, Raes M, Vandenhaute J, Werner M, Hermand D|title=Recruitment of P-TEFb (Cdk9-Pch1) to chromatin by the cap-methyl transferase Pcm1 in fission yeast |journal=EMBO J. |volume=26 |issue=6|pages=1552—1559 |year=2007 |pmid=17332744 |doi=10.1038/sj.emboj.7601627 |url=http://www.nature.com/emboj/journal/v26/n6/full/7601627a.html}}</ref><ref name="Takagi">{{cite journal |author=Takagi T, Walker AK, Sawa C, Diehn F, Takase Y, Blackwell TK, Buratowski S|title=The Caenorhabditis elegans mRNA 5'-capping enzyme. In vitro and in vivo characterization |journal=J. Biol. Chem. |volume=278 |issue=16|pages=14174—14184 |year=2003 |pmid=12576476 |doi=10.1074/jbc.M212101200 |url=http://www.jbc.org/content/278/16/14174.long}}</ref>. Кроме того, дополнительное привлечение PTEFb обеспечивается кэп-связывающим белковым комплексом (CBC) (см. ниже)<ref name="Lenasi">{{cite journal |author=Lenasi T, Peterlin BM, Barboric M|title=Cap-binding protein complex links pre-mRNA capping to transcription elongation and alternative splicing through positive transcription elongation factor b (P-TEFb) |journal=J. Biol. Chem. |volume=286 |issue=26|pages=22758—22768 |year=2011 |pmid=21536667 |doi=10.1074/jbc.M111.235077 |url=}}</ref>.
В то же время есть данные, что транскрипция, по крайней мере, некоторых генов [[Saccharomyces cerevisiae|дрожжей]] происходит независимо от кэпирования<ref name="Cowling" />. То есть, по крайней мере, у дрожжей связь кэпирования и транскрипции является геноспецифической характеристикой. Дальнейшие исследования должны показать, так ли это в случае других организмов.
=== Участие в сплайсинге ===
Кэп-структура стимулирует [[сплайсинг]] пре-мРНК как ''[[in vitro]]'', так и ''[[in vivo]]'', причём в большей степени стимулируется вырезание [[интрон]]а ближайшего к 5'-концу транскрипта<ref name="Konarska">{{cite journal |author=Konarska M. M., Padgett R. A., Sharp P. A.|title=Recognition of cap structure in splicing in vitro of mRNA precursors |journal=Cell |volume=38 |issue=3|pages=731—736 |year=1984|pmid=6567484 |doi=10.1016/0092-8674(84)90268-X |url=}}</ref><ref name="Edery">{{cite journal |author=Edery I., Sonenberg N.|title=Cap-dependent RNA splicing in a HeLa nuclear extract |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=82 |issue=22|pages=7590—7594 |year=1985 |pmid=3865180 |doi= |url=http://www.pnas.org/content/82/22/7590.long}}</ref><ref name="Ohno">{{cite journal |author=Ohno M., Sakamoto H., Shimura Y.|title=Preferential excision of the 5' proximal intron from mRNA precursors with two introns as mediated by the cap structure |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=84 |issue=15|pages=5187—5191 |year=1987 |pmid=2440046 |doi= |url=http://www.pnas.org/content/84/15/5187.long}}</ref>. Позитивное действие кэпа на сплайсинг объясняется следующим образом. Сразу после присоединения кэпа к 5'-концу транскрипта с ним связывается кэп-связывающий комплекс CBC ({{lang-en|cap binding complex}}), который важен для последующих этапов [[Процессинг РНК|процессинга]] пре-мРНК. CBC состоит из двух субъединиц: кэп-связывающей CBP 20 ({{lang-en|cap binding protein}}) и вспомогательной CBP 80<ref name="Topisirovic">{{cite journal |author=Topisirovic I., Svitkin Y. V., Sonenberg N., Shatkin A. J.|title=Cap and cap-binding proteins in the control of gene expression |journal=Wiley Interdiscip Rev RNA |volume=2 |issue=2|pages=277—298 |year=2011 |pmid=21957010 |doi=10.1002/wrna.52 |url=}}</ref>. Кэп-связывающий комплекс взаимодействует с одним из компонентов [[Сплайсосома|сплайсосомы]], мяРНП U1, и обеспечивает его посадку на пре-мРНК недалеко от 5'-конца. мяРНП U1 отвечает за распознавание 5'-концевого сайта сплайсинга, с него начинается последующая сборка сплайсосомы<ref name="Lewis_res">{{cite journal |author=Lewis JD, Izaurralde E, Jarmolowski A, McGuigan C, Mattaj IW.|title=A nuclear cap-binding complex facilitates association of U1 snRNP with the cap-proximal 5' splice site |journal=Genes Dev. |volume=10 |issue=13|pages=1683—1698 |year=1996 |pmid=8682298 |doi=10.1101/gad.10.13.1683 |url=http://genesdev.cshlp.org/content/10/13/1683.long}}</ref>. Стоит отметить, что как и в случае с транскрипцией, пока что точно не известно, какова доля пре-мРНК, сплайсинг которых не зависит от наличия кэпа, у разных организмов. Во всяком случае, показано, что такая зависимость является геноспецифической у ''S. cerevisiae''<ref name="Cowling" />.
=== Участие в процессинге 3'-конца мРНК ===
3'-конец мРНК эукариот формируется в два этапа: сначала особая [[Эндонуклеазы|эндонуклеаза]] вносит разрыв в 3'-концевой участок мРНК, а затем поли(А)-полимераза присоединяет ко вновь сформированному 3'-концу поли(А)-хвост<ref name="">{{cite journal |author=Lewis J. D., Izaurralde E.|title=The role of the cap structure in RNA processing and nuclear export |journal=Eur. J. Biochem. |volume=247 |issue=2|pages=461—469 |year=1997 |pmid=9266685 |doi=10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x |url=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1432-1033.1997.00461.x/full}}</ref>. Наличие кэпа стимулирует эндопротеолитическое расщепление 3'-конца мРНК в ядерных экстрактах клеток [[HeLa]]<ref name="Hart">{{cite journal |author=Hart R. P., McDevitt M. A., Nevins J. R.|title=Poly(A) site cleavage in a HeLa nuclear extract is dependent on downstream sequences |journal=Cell |volume=43 |issue=3 Pt 2|pages=677—683 |year=1985 |pmid=2866847 |doi=10.1016/0092-8674(85)90240-5 |url=http://download.cell.com/pdf/PII0092867485902405.pdf}}</ref><ref name="Cooke">{{cite journal |author=Cooke C., Alwine J. C.|title=The cap and the 3' splice site similarly affect polyadenylation efficiency |journal=Mol. Cell. Biol. |volume=16 |issue=6|pages=2579—2584 |year=1996 |pmid=8649365 |doi= |url=http://mcb.asm.org/content/16/6/2579.long}}</ref>. Положительное действие кэпа в этом случае также осуществляется через кэп-связывающий комплекс, который связывается с компонентами 3'-процессирующего комплекса и обеспечивает его стабильность<ref name="Flaherty">{{cite journal |author=Flaherty S. M., Fortes P., Izaurralde E., Mattaj I. W., Gilmartin G. M.|title=Participation of the nuclear cap binding complex in pre-mRNA 3' processing |journal=Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. |volume=94 |issue=22|pages=11893—11898 |year=1997 |pmid=9342333 |doi= |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC23648/}}</ref>. Влияет ли наличие кэпа на эффективность полиаденилирования пока точно не установлено.
=== Другие функции ===
Регуляция экспорта [[мРНК]] из ядра осуществляется комплексом связывания кэпа ({{lang-en|Cap binding complex}}, CBC). Этот комплекс распознается компонентами ядерных пор и экспортируется в цитоплазму. После первого цикла [[Трансляция (биология)|трансляции]] данный комплекс заменяется такими факторами [[Трансляция (биология)|трансляции]], как eIF4E и eIF4G.<ref>Kapp, L.D.; Lorsch, J.R. (2004), «The Molecular Mechanics of Eukaryotic Translation», Annual Review of Biochemistry 73 (1): 657—704, doi:10.1146/annurev.biochem.73.030403.080419, http://www.ebc.ee/loengud/valgu_biosyntees_2007/Supplement_Eukaryotic_translation.pdf </ref>
5'-кэп является маркером активно транслируемой [[мРНК]] и является, в том числе, регулятором периода полужизни мРНК. Кэп предотвращает деградацию мРНК с 5'-конца и повышает стабильность (увеличивает «период полураспада») мРНК двумя способами. Во-первых, предотвращается деградация мРНК 5'-экзонуклеазами за счет того, что специфичность этих ферментов не позволяет им разрезать 5`-p-p-p-5` связь. Во-вторых, после экспорта из ядра факторы трансляции eIF4E/eIF4G, соединяясь с кэпом, блокируют доступ нуклеаз к кэпу.
Однако прямое стимулирующее действие кэпа на трансляцию значительно превосходит усиление экспрессии генов, опосредованное влиянием кэпа на стабильность мРНК<ref>Gallie D.R. (1991) «The cap and poly(A) tail function synergistically to regulate mRNA translational efficiency», Genes and Development 5, 2108—2116</ref><ref>Michel Y.M., Poncet D., Piron M., Kean K.M. and Borman A.M. (2000) «Cap-poly(A) synergy in mammalian cell-free extracts: investigation of the requirements for poly(A)-mediated of translation initiation», Journal of Biological Chemistry 275, 32268-32276</ref><ref>Preiss T. and Hentze M.W. (1998) «Dual function of the messenger RNA cap structure in poly(A)-tail-promoted translation in yeast», Nature 392, 516—520</ref>
Удаление модифицированных азотистых оснований с 5`-конца мРНК катализируется комплексом декэпирования. Ненужная мРНК пока неизученным образом деградируется в Р-тельцах.<!-- Комментарий --><ref>Parker, R.; Sheth, U. (2007), «P Bodies and the Control of mRNA Translation and Degradation» (w), Molecular Cell 25 (5): 635—646, doi:10.1016/j.molcel.2007.02.011,
http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1097276507001116 </ref>
== Примечания ==
{{примечания|2}}
== Литература ==
* Translational Control in Biology and Medicine (2007) Edited by N. Sonenberg, J.W.B. Hershey and M.B. Mathews. 934 pages. Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Press
* Sonenberg N. (2008) «eIF4E, the mRNA cap-binding protein: from basic discovery to translational research», Biochemistry and Cell Biology 86, 178—183
* Rhoads R.E. (2009) «eIF4E: new family members, new binding partners, new roles», Journal of Biological Chemistry 284, 16711-16715
* Schoenberg D.R. and Maquat L.E. (2009) «Re-capping the message», Trends in Biochemical Sciences 34, 435—442
* Cowling V.H. (2009) «Regulation of mRNA cap methylation», Biochemical Journal 425, 295—302
* Sonenberg N. and Hinnebusch A.G. (2009) «Regulation of translation initiation in eukaryotes: mechanisms and biological targets», Cell 136, 731—745
* Van Der Kelen K., Beyaert R., Inze D. and De Veylder L. (2009) «Translational control of eukaryotic gene expression», Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 44,143-168
* Jackson R.J., Hellen C.U.T. and Pestova T.V. (2010) «The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation», Nature Reviews Molecular Cell Biology 10, 113—127
== Ссылки ==
[http://humbio.ru/humbio/genexp/0008ebd3.htm Кэпирование мРНК на сайте humbio.ru]
[[Категория:РНК]]
[[Категория:Биосинтез белка]]
[[Категория:Молекулярно-генетические процессы]]
[[cs:5' čepička]]
[[de:5'-Cap-Struktur]]
[[en:5' cap]]
[[fa:کلاهکگذاری '۵]]
[[fr:Coiffe (biologie)]]
[[it:Rivestimento in 5']]
[[nl:5'-cap]]
[[pl:Czapeczka (genetyka)]]
[[pt:Cap 5']]
[[sv:5' cap]]
[[zh:5'端帽]]' |