Просмотр кода страницы Y-РНК

'''Y-РНК''' — малые [[некодирующие РНК]], входят в состав [[Рибонуклеопротеиды|рибонуклеопротеинов]], содержащих [[Белок|белки]] {{нп5|TRIM21|Ro60|en|TRIM21}}<ref>{{cite pmid|25436569}}</ref> и {{нп5|La (белок)|La|en|Sjögren syndrome antigen B}}, которые являются мишенью [[Аутоантитела|аутоантител]] у пациентов, страдающих [[Системная красная волчанка|системной красной волчанкой]]<ref>{{cite pmid|6164096}}</ref> и [[Синдром Шегрена|синдромом Шегрена]]<ref name="r2015">{{cite pmid|26159929}}</ref>. Они также необходимы для [[Репликация ДНК|репликации ДНК]], так как взаимодействуют с [[хроматин]]ом и инициаторными белками<ref name="pmid16943439">{{cite pmid|16943439}}</ref><ref name="Zhang 2058–69">{{cite pmid|21610089}}</ref>.

Y-РНК впервые были описаны в 1981 году. Они были выявлены в [[Цитоплазма|цитоплазме]] [[Клетка (биология)|клеток]] [[Млекопитающие|млекопитающих]] ([[человек]]а, [[Домовая мышь|мыши]] и [[мартышки]]), в связи с чем получили название Y-РНК от c<u>y</u>toplasmic в противовес [[Клеточное ядро|ядерным]] РНК (U-РНК от n<u>u</u>clear)<ref name="r2015" />.

== Гены ==
Y-РНК удалось обнаружить у всех исследованных [[Позвоночные|позвоночных]], причём у каждого [[Вид (биология)|вида]] есть от одного до четырёх [[ген]]ов Y-РНК, что свидетельствует о [[дупликация]]х и [[делеция]]х этих генов в ходе [[Эволюция (биологическая)|эволюции]] позвоночных. У человека насчитываются четыре вида Y-РНК: hY1, hY3, hY4 и hY5. Ранее в их число также включали hY2, однако впоследствии оказалось, что это не отдельный вид Y-РНК, а продукт разрушения [[РНК]] hY1. Все 4 гена Y-РНК у человека образуют единый кластер на [[7-я хромосома человека|7-й хромосоме]] в [[локус]]е 7q36, у других позвоночных они тоже сгруппированы в кластер. Самой древней среди Y-РНК позвоночных, по-видимому, является Y3<ref name="r2013" />. Каждый ген Y-РНК [[Транскрипция (биология)|транскрибируется]] [[РНК-полимераза III|РНК-полимеразой III]] с собственного [[промотор]]а. Было показано, что малые некодирующие РНК [[Нематоды|нематод]], известные как {{нп5|sbРНК||en|sbRNA}} (от {{lang-en|stem-bulge}} — стебельчато-выпуклые), по структуре и функциям [[Гомология (биология)|гомологичны]] Y-РНК позвоночных. При этом у нематоды ''[[Caenorhabditis elegans]]'' есть и одна собственно Y-РНК — CeY-РНК<ref>{{cite pmid|7489501}}</ref><ref name="pmid20349053">{{cite pmid|20349053}}</ref>. Малые некодирующие РНК, похожие на Y-РНК позвоночных или sbРНК нематод, были обнаружены у многих других [[Эукариоты|эукариот]], например, у [[Протисты|протиста]] ''[[Chlamydomonas reinhardtii]]''<ref name="r2013" />, у [[Насекомые|насекомых]] ''{{нп5|Anopheles gambiae||en|Anopheles gambiae}}'' и ''[[Bombyx mori]]'', а также [[ланцетник]]а ''[[Branchiostoma floridae]]''. Сходные РНК имеются и у [[Прокариоты|прокариот]], в числе которых ''[[Deinococcus radiodurans]]'', ''[[Salmonella enterica]]'' [[Salmonella enterica subsp. enterica|serovar Typhimurium]], ''[[Mycobacterium smegmatis]]'' и другие. Однако эти бактериальные РНК всё же значительно отличаются от Y-РНК позвоночных и не гомологичны им<ref name="r2015" />.

== Структура ==
[[Файл:RF00019.jpg|thumb|Предполагаемая вторичная структура Y-РНК]]
Молекулы Y-РНК состоят из 80—120 [[нуклеотид]]ов и имеют характерную [[Шпилька (биология)|шпилечную]] [[Вторичная структура|вторичную структуру]]. 5'- и 3'-конец каждой [[молекулы]] Y-РНК гибридизуются с образованием двух двуцепочечных стеблевых участков, разделённых небольшой внутренней петлёй. Самая длинная петля — у hY1, самая короткая — у hY5. Нуклеотидные последовательности нижнего и верхнего стеблей [[Консервативные последовательности|высококонсервативны]], в то время как последовательности внутренней петли сильно различаются у разных Y-РНК. Нижний стебель несёт консервативно выпяченный остаток [[цитозин]]а, который является ключевым остатком, участвующим в связывании с белком Ro60<ref name="r2013">{{cite pmid|24970161}}</ref>. Именно петля взаимодействует с разнообразными белками, в числе которых [[нуклеолин]], PTB и {{нп5|ZBP1||en|ZBP1}}. Показано, что стабильность и [[Процессинг РНК|процессинг]] 3'-концов Y-РНК зависят от [[Экзонуклеазы|экзорибонуклеазы]] {{нп5|PARN||en|PARN}}<ref>{{cite pmid|28760775}}</ref>. Все четыре человеческие Y-РНК взаимодействуют с антивирусной {{нп5|Цитидиндеаминаза|цитидиндеаминазой|en|Cytidine deaminase}} {{нп5|APOBEC3G||en|APOBEC3G}}, которая также входит в состав рибонуклеопротеинов, содержащих Ro60 и La. Возможно, APOBEC3G осуществляет [[Редактирование РНК|редактирование]] Y-РНК. Петлевой домен также задействован во взаимодействии Y-РНК с ядерными хроматиновыми доменами. hY5 взаимодействует с особым набором белков, что указывает на её функции, отличные от прочих Y-РНК — она, например, взаимодействует с {{нп5|Рибосомный белок L5|рибосомным белком L5|en|60S ribosomal protein L5}} и IFIT5. Кроме того, hY5 взаимодействует с [[5S рРНК]], преимущественно в неуложенном виде<ref name="r2015" />.

== Функции ==
[[Файл:YRNA-Ro60.png|thumb|250px|left|Белок Ro (белый) связывает конец двуцепочечной Y-РНК (красный) и одноцепочечной РНК (синий) (PDB: 1YVP [http://www.rcsb.org/pdb/explore.do?structureId=1yvp])<ref name="pmid15907467">{{cite pmid|15907467}}</ref>]]
Первоначально Y-РНК были описаны как некодирующие РНК, связывающиеся с белком Ro60, который является [[антиген]]ом, распознаваемым [[антитела]]ми из крови пациентов с [[Системная красная волчанка|системной красной волчанкой]] и [[Синдром Шегрена|синдромом Шегрена]]. Ro60 у позвоночных консервативен, его гомологи были выявлены у большинства [[Metazoa]], а также в 5 % [[Бактерии|бактериальных]] [[геном]]ов (среди которых геномы ''D. radiodurans'' и ''Salmonella''). У всех этих организмов гомологи Ro60 связываются с Y-РНК или подобными им РНК с образованием рибонуклеопротеинов. У позвоночных Ro60 взаимодействует с нижним стеблевым доменом Y-РНК. С частью рибонуклеопротеинов, состоящих из Ro60 и Y-РНК (RoRNP), связывается белок La. Он необходим для правильной терминации транскрипции, опосредованной РНК-полимеразой III, и связывается с 3'-концевым {{нп5|Полиуридилирование|полиуридиновым|en|Polyuridylation}} хвостом новосинтезированных РНК в ядре. Большинство РНК впоследствии утрачивают полиуридиновый хвост, но Y-РНК его сохраняют и продолжают взаимодействовать с La. Он участвует в накоплении Y-РНК в ядре и защищает их от разрушения экзонуклеазами<ref name="r2015" />.

RoRNP участвуют в контроле качества некодирующих РНК, регулируют стабильность РНК и у некоторых видов участвуют в клеточном ответе на стресс. У многих видов, в числе которых лягушка ''[[Xenopus laevis]]'', нематода ''C. elegans'' и [[домовая мышь]], Ro60 связывается с такими дефектными некодирующими РНК, как неправильно уложенные 5S рРНК и {{нп5|малая ядерная РНК U2||en|U2 spliceosomal RNA}}. Нематоды, лишённые гомолога Ro60, жизнеспособны, однако у них нарушается процесс формирования особой личинки, предназначенной для перенесения неблагоприятных условий. Под действием [[УФ-излучение|УФ-излучения]] в клетках мыши и ''D. radiodurans'' происходит накопление RoRNP, и в отсутствие Ro60 их устойчивость к УФ-излучению понижается. У ''D. radiodurans'' [[ортолог]] Ro60 участвует в созревании [[рРНК]], [[Экспрессия генов|экспрессия]] которых была индуцирована тепловым стрессом, и разрушении рРНК, вызванном голоданием. Связывание Ro60 с неправильно уложенными некодирующими РНК неспецифично в отношении последовательности, и, по-видимому, этот белок может связываться с самыми разными РНК. По этой причине RoRNP можно рассматривать как внутриклеточные сенсоры стресса. В отсутствие Ro60 уровень Y-РНК в клетках как эукариот, так и прокариот снижался, из чего, вероятно, следует, что Ro60 стабилизирует Y-РНК, с которыми он взаимодействует<ref name="r2015" />.

Y-РНК участвует в инициации [[Репликация ДНК|репликации]] [[Хромосома|хромосомной]] [[ДНК]], а именно в формировании новых репликативных вилок. Однако они не нужны для элонгации и репликации и самого процесса удвоения ДНК как такового. Y-РНК вовлечены в инициацию репликации ДНК не сами по себе, а посредством белков. Для участия в инициации репликации ДНК необходим верхний стебель Y-РНК, но не участки связывания с белками Ro60 и La и не сами эти белки. Фактически около половины Y-РНК в человеческих клетках существует вне комплексов с белками Ro60 и La. Нарушение работы Y-РНК с помощью [[РНК-интерференция|РНК-интерференции]] блокирует репликацию ДНК и [[Пролиферация|пролиферацию]] клеток млекопитающих. При этом нормальный [[фенотип]] возвращается при введении в такие клетки короткой двуцепочечной РНК, соответствующей верхнему стеблю РНК hY1. Инактивация Y-РНК с помощью [[Морфолиновые олигонуклеотиды|морфолиновых олигонуклеотидов]] в [[эмбрион]]ах ''X. laevis'' и рыбы ''[[Danio rerio]]'' приводит к остановке развития и гибели на ранних этапах [[эмбриогенез]]а. В человеческих [[Опухоль|опухолях]], напротив, наблюдается сверхэкспрессия Y-РНК по сравнению с нормальными [[Ткань (биология)|тканями]]. Последовательности верхних стеблей Y-РНК таких организмов, как ''C. elegans'', ''B. floridae'' и ''D. radiodurans'', сильно отличаются от последовательностей позвоночных, и эти Y-РНК не могут функционально заменить Y-РНК в клетках человека<ref name="r2015" />.

Конкретный механизм участия Y-РНК в инициации репликации ДНК неизвестен. Известно, однако, что Y-РНК взаимодействует с несколькими белками, вовлечёнными в инициацию репликации ДНК, в числе которых {{нп5|комплекс распознавания ориджина||en|Origin recognition complex}} репликации ORC, а также {{нп5|Cdc6|en||Cdc6}}, {{нп5|Cdt1||en|DNA replication factor CDT1}} и DUE-B, но не взаимодействует с белками репликативной вилки. С помощью {{нп5|Флуоресцентная метка|флуоресцентно-меченных|en|Fluorescent tag}} Y-РНК удалось показать, что у человека Y-РНК динамически взаимодействуют с нереплицированным хроматином в [[G1-фаза|G1-фазе]] [[Клеточный цикл|клеточного цикла]], колокализуясь с несколькими белками инициации репликации ДНК. После того как репликация началась, Y-РНК вытесняются из места начала репликации и не выявляются в местах активного [[синтез]]а ДНК<ref name="r2015" />.

== Локализация ==
У эукариот [[биогенез]] Y-РНК начинается в ядре, но в дальнейшем Y-РНК могут выйти в цитоплазму, как другие транскрипты РНК-полимеразы III (тРНК и пре-микроРНК), или же остаться в ядре, как [[малые ядерные РНК]]. Экспериментальные данные об относительном распределении Y-РНК между ядром и цитоплазмой противоречивы, возможно, из-за используемых методик. Первоначальные эксперименты с {{нп5|Фракционирование клеток|фракционированием клеток|en|Cell fractionation}} показали, что в клетках млекопитающих в [[Культура клеток|культуре]] и [[ооцит]]ах ''X. laevis'' Y-РНК локализованы преимущественно или даже исключительно в цитоплазме. Далее было показано, что hY1, hY3 и hY4 (и соответствующие мышиные гомологи) находятся в цитоплазме, а hY5 накапливается в ядре. {{нп5|Гибридизация in situ|Гибридизация ''in situ''|en|In situ hybridization}} и [[электронная микроскопия]] показали, однако, что Y-РНК образуют дискретные кластеры как в ядре, так и в цитоплазме в клетках человека в культуре. В пролиферирующих человеческих клетках hY1, hY3 и hY5 также выявляются на краю [[Ядрышко|ядрышка]] (в [[Околоядрышковый компартмент|околоядрышковом компартменте]]). Использование флуоресцентно-меченных Y-РНК показало, что все четыре человеческие Y-РНК динамически связываются с хроматином в переходе из G1-фазы в [[S-фаза|S-фазу]]. При этом hY1, hY3 и hY4 локализуются вместе и связаны преимущественно с [[эухроматин]]ом на ранних этапах репликации, а hY5 накапливается в ядрышке. В связи с тем, что hY5 взаимодействует с 5S рРНК и локализуется в ядрышке, можно предположить, что она участвует в биогенезе [[Рибосома|рибосом]]. Таким образом, вероятнее всего, Y-РНК присутствуют как в ядре, так и в цитоплазме эукариотических клеток, а их относительное преобладание в одном из компартментов связано с методологией эксперимента<ref name="r2015" />.

Экспорт Y-РНК из ядра происходит при участии [[ГТФаза|ГТФазы]] {{нп5|Ran (белок)|Ran|en|Ran (protein)}}, поэтому в роли транспортных [[Клеточный рецептор|рецепторов]] для Y-РНК, вероятнее всего, выступают {{нп5|экспортины||en|Karyopherin}}. Нижний стебель Y-РНК очень похож на структуру других РНК-субстратов экспортина-5, и было показано, что {{нп5|экспортин-5||en|XPO5}} связывается с комплексом hY1 и Ran/ГТФ. Делеция нижнего стебля hY1 вызывает нарушения в её экспорте из ядра. Механизм обратного поступления Y-РНК в ядро неизвестен<ref name="r2015" />.

Было высказано предположение, что в клетках млекопитающих Y-РНК регулирует внутриклеточную локализацию Ro60. Этот белок выявляется и в ядре, и в цитоплазме, и было показано, что Y-РНК может влиять на его локализацию. В клетках мыши связывание Y-РНК с Ro60 приводит к тому, что его [[сигнал ядерной локализации]] оказывается скрыт в глубине комплекса, из-за чего RoRNP остаётся в цитоплазме<ref name="r2015" />.

Внутриклеточная локализация Y-РНК меняется в условиях стресса. У некоторых видов после [[Окислительный стресс|окислительного стресса]] или воздействия УФ-излучения и Ro60, и Y-РНК накапливаются в ядре, что согласуется с предполагаемой ролью RoRNP в клеточном ответе на стресс. Возможно также, что в условиях стресса нарушается работа ГТФазы Ran, что приводит к накоплению комплексов в ядре<ref name="r2015" />.

У млекопитающих Y-РНК могут быть селективно упакованы в [[вирус]]ные частицы. Подобный эффект был показан для [[ВИЧ]]-1 и вируса мышиной лейкемии Moloney. Для упаковки в [[вирион]]ы не нужен Ro60, и, вероятно, это происходит на ранних этапах биогенеза Y-РНК, когда она ещё не успевает покинуть ядро. Роль Y-РНК в [[Вирусная инфекция|вирусной инфекции]] неизвестна<ref name="r2015" />.

С помощью [[нозерн-блоттинг]]а была проанализирована экспрессия Y-РНК в различных тканях взрослых мышей. Базальный уровень экспрессии mY1 и mY3 наблюдался во всех тканях. Наибольшие уровни Y-РНК наблюдались в мозге, лёгких, сердце, желудке, почках, яичниках, [[Жировая ткань|жировой]] и [[Мышечная ткань|мышечной тканях]], а наименьшие — в печени, кишечнике, селезёнке, коже и крови. При этом паттерн экспрессии Y-РНК был похож на таковой у Ro60<ref name="r2013" />.

== Производные Y-РНК ==
[[Секвенирование РНК|Секвенирование тотальной РНК]], выделенной из эукариотических клеток, показало, что в клетках в состоянии [[апоптоз]]а накапливается много малых РНК, представляющих собой «обломки» Y-РНК. Тем не менее, эти малые РНК связываются с Ro60 и La, поэтому, видимо, участки связывания с этими белками в нижнем стебле защищены от разрушения. Вероятно, основной мишенью разрушения при апоптозе является верхний стебель, который участвует в инициации репликации ДНК. Производные Y-РНК также выявляются в пролиферирующих клетках, как раковых, так и нераковых, в мозге, [[Сетчатка|сетчатке]] и других здоровых тканях млекопитающих, а также в разнообразных опухолях. Некоторые из них были первоначально ошибочно идентифицированы как новый тип [[микроРНК]], образующийся при процессинге полноразмерных Y-РНК. Однако впоследствии было показано, что малые РНК образуются из Y-РНК не так, как микроРНК. Более того, производные Y-РНК, в отличие от микроРНК, не участвуют в [[сайленсинг]]е генов. Было показано, что в крови человека и других животных циркулирует большое количество производных Y-РНК, как в составе [[Везикула|везикул]], так и в виде свободных рибонуклеопротеинов. Уровень РНК, образованных из 3'- и 5'-концов Y-РНК, а также из 5'-конца [[тРНК]], значительно выше в крови пациентов, страдающих от [[Рак груди|рака груди]], по сравнению со здоровыми людьми, поэтому эти РНК могут иметь диагностическое значение как [[биомаркер]]ы [[Рак (заболевание)|рака]]. Полноразмерные Y-РНК и производные Y-РНК были выявлены в везикулах, образованных мышиными [[Иммунные клетки|иммунными клетками]], кроме того, производные Y-РНК составляют весомую долю РНК-компонента [[Экзосома|экзосом]] в человеческой [[Сперма|сперме]]. Фрагмент Y-РНК, известный как EV-YF1, в составе экзосом, вероятно, можно использовать для минимизации отрицательных эффектов на сердце и почки, вызванных инфузиями [[Ангиотензин II|ангиотензина II]]<ref>{{cite pmid|29866742}}</ref>. Фрагмент Y-РНК, известный как 5'-YsRNA, возможно, может служить биомаркером синдрома Шегрена<ref>{{cite pmid|29152879}}</ref>. Функции производных Y-РНК неизвестны, но, возможно, они участвуют в [[Передача сигнала (биология)|передаче сигнала]] между клетками<ref name="r2015" />.

== Бактериальные Y-РНК ==
Лучше всего Y-РНК изучены у бактерии ''Deinococcus radiodurans''. У этой бактерии почти все функции Y-РНК так или иначе связаны с гомологом Ro60, известным как Rsr. Например, Y-РНК обеспечивает взаимодействие Rsr с экзорибонуклеазой {{нп5|Полинуклеотидфосфорилаза|полинуклеотидфосфорилазой|en|Polynucleotide phosphorylase}}. Y-РНК и Rsr опосредуют клеточный ответ на воздействие УФ-излучения. У [[Salmonella typhimurium|''Salmonella enterica'' serovar Typhimurium]] Y-РНК также тесно взаимодействуют с Rsr. Поиск гомологов Y-РНК ''[[Salmonella]]'' показал, что Y-РНК очень широко распространены среди бактерий, а также кодируются геномами некоторых [[бактериофаг]]ов. Некоторые бактериальные Y-РНК даже демонстрируют структурное сходство с тРНК. Широкое распространение Y-РНК среди неродственных бактерий говорит о том, что у большинства видов гены Y-РНК были приобретены при помощи [[Горизонтальный перенос генов|горизонтального переноса генов]]<ref>{{cite pmid|30006996}}</ref>.

== Клиническое значение ==
Чрезмерная экспрессия Y-РНК характерна для некоторых человеческих [[Раковая опухоль|опухолей]] и необходима для клеточной [[Пролиферация|пролиферации]]<ref name="pmid18283318">{{cite pmid|18283318}}</ref>. Кроме того, небольшие фрагменты размером с микроРНК, образующиеся при распаде Y-РНК, могут играть некоторую роль в развитии [[Аутоиммунные заболевания|аутоиммунных заболеваний]] и некоторых других [[Патология|патологических]] состояний<ref>{{cite pmid|21735459}}</ref>.

== Примечания ==
{{примечания|2}}

== Ссылки ==
* {{cite web |url=http://rfam.xfam.org/family/RF00019 |title=Y-РНК в базе данных Rfam}}
* {{cite web |url=http://www.lncrnadb.org/y-rnas/ |title=Y-РНК в базе данных lncrnadb |accessdate=2015-02-02 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20150514080350/http://www.lncrnadb.org/y-rnas/ |archivedate=2015-05-14 |deadlink=yes }}
* {{cite web |url=http://www.genenames.org/rna/RNY |title=Гены Y-РНК в базе данных HUGO Gene Nomenclature Committee |accessdate=2015-02-02 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20141221042423/http://www.genenames.org/rna/RNY |archivedate=2014-12-21 |deadlink=yes }}
{{-}}

{{Виды РНК}}
{{Нуклеиновые кислоты}}
{{Хорошая статья|Биология}}

[[Категория:РНК]]