Малые ядрышковые РНК

Малые ядрышковые РНК (мякРНК, англ. snoRNA) — класс малых РНК, участвующих в химических модификациях (метилировании и псевдоуридилировании) рибосомных РНК, а также тРНК и малых ядерных РНК. По классификации MeSH малые ядрышковые РНК считаются подгруппой малых ядерных РНК. мякРНК обычно считаются гидовыми РНК, однако их нельзя путать с гидовыми РНК, направляющими редактирование РНК у трипаносом.

Модификации, направляемые мякРНК

После транскрипции генов рРНК образующиеся молекулы (называемые пре-рРНК), для того, чтобы превратиться в зрелые рРНК, должны быть подвергнуты серии шагов процессирования. Процессирование включает метилирование и псевдоуридилирование, направляемые мякРНК.

• Метилирование — это присоединение метильных групп к различным субстратам. рРНК человека содержат приблизительно 115 модификаций, являющихся метилированием. Большая часть таких модификаций — метилирование по 2’O атому рибозы.
• Псевдоуридилирование — это изомеризация уридина в псевдоуридин(Ψ). Зрелые рРНК человека содержат около 95 псевдоуридинов.

Каждая молекула мякРНК действует в качестве «направляющей» только для одной-двух модификаций целевой РНК. При этом каждая молекула мякРНК связана по меньшей мере с четырьмя молекулами белка, образуя РНК-белковый комплексы, называемые малыми ядрышковыми рибонуклопротеидами (англ. snoRNP). То, какие белки входят в состав комплекса, зависит от типа мякРНК(см. ниже). Молекула мякРНК содержит последовательность из 10-20 нуклеотидов, комплементарную последовательности, в состав которой входит модифицируемый нуклеотид, что позволяет мякРНК специфично связываться с необходимым участком процессируемой рРНК. После связывания мякРНК с процессируемым сайтом белки, входящие в состав комплекса, осуществляют катализ химической модификации основания.

Семейства мякРНК

Два типа модификаций рРНК (метилирование и псевдоуридилирование) направляются двумя различными семействами мякРНК. These families of snoRNAs are referred to as antisense C/D box and H/ACA box snoRNAs based on the presence of conserved sequence motifs in the snoRNA. There are exceptions but as a general rule C/D box members guide methylation and H/ACA members guide pseudouridylation. The members of each family may vary in biogenesis, structure and function but each family is classified by the following generalised characteristics. For more detail see review .

C/D box

Example of a C/D box snoRNA secondary structure taken from the Rfam database. This example is SNORD73 (RF00071).

C/D box snoRNAs contain two short conserved sequence motifs, C (UGAUGA) and D (CUGA) located near the 5' and 3' ends of the snoRNA respectively. Short regions (~ 5 nucleotides) located upstream of the C box and downstream of the D box are usually base complementary and form a stem-box structure which brings the C and D box motifs into close proximity. This stem-box structure has been shown to be essential for correct snoRNA synthesis and nucleolar localization . Many C/D box snoRNA also contain an additional less well conserved copy of the C and D motifs (referred to as C' and D') located in the central portion of the snoRNA molecule. A conserved region of 10-21 nucleotides upstream of the D box is complementary to the methylation site of the target RNA and enables the snoRNA to form and RNA duplex with the RNA . The nucleotide to be modified in the target RNA is usually located at the 5th position upstream from the D box (or D' box) . Box C/D snoRNAs associate with four evolutionary conserved and essential proteins (Fibrillarin (Nop1p), Nop56p, Nop58p and Snu13) which make up the core C/D box snoRNP .

H/ACA box

Example of a H/ACA box snoRNA secondary structure taken from the Rfam database. This example is SNORA69 (RF00265).

H/ACA box snoRNAs have a common secondary structure consisting of a two hairpins and two single stranded regions termed a hairpin-hinge-hairpin-tail structure . H/ACA snoRNAs also contain conserved sequence motifs known as H box (consensus ANANNA) and the ACA box (ACA). Both motifs are usually located in the single stranded regions of the secondary structure. The H motif is located in the hinge and the ACA motif is located in the tail region, 3 nucleotides from the 3' end of the sequence . The hairpin regions contain internal bulges known as recognition loops in which the antisense guide sequences (bases complementary to the target sequence) are located. This recognition sequence is bipartite (constructed from the two different arms of the loop region) and forms complex pseudo-knots with the target RNA. H/ACA box snoRNAs associate with four evolutionary conserved and essential proteins (dyskerin (Cbf5p), Gar1p, Nhp2p and Nop10p) which make up the core of the H/ACA box snoRNP .

Composite H/ACA and C/D box

An unusual guide snoRNA U85 was identified that functions in both 2'-O-ribose methylation and pseudouridylation of small nuclear RNA (snRNA) U5 . This composite snoRNA contains both C/D and H/ACA box domains and associates with the proteins specific to each class of snoRNA (fibrillaring and Gar1p respectively. More composite snoRNAs have now been characterised .

These composite snoRNAs have been found to accumulate in a subnuclear organelle called the Cajal body and are referred to as Cajal body specific RNAs. This is in contrast to the majority of C/D box or H/ACA box snoRNAs which localise to the nucleolus. These Cajal body specific RNAs and are proposed to be involved in the modification of RNA polymerase II transcribed spliceosomal RNAs U1, U2, U4, U5 and U12. Not all snoRNAs that have been localised to Cajal bodies are composite C/D and H/ACA box snoRNAs.

snoRNA targets

The targets for newly identified snoRNAs are predicted on the basis of sequence complementarity between putative target RNAs and the antisense elements or recognition loops in the snoRNA sequence. However, there are an increasing number of 'orphan' guides without any known RNA targets, which suggests that there might be more proteins or transcripts involved in rRNA than previously and/or that some snoRNAs have different functions not concerning rRNA.

Значение модификаций рРНК

Влияние метилирования и псевдоуридилирования на функции зрелой рРНК изучено недостаточно. Вероятно, модификации не являются необходимыми,но известно, что они несколько улучшают укладку РНК и взаимодействие с рибосомными белками. При этом, модификации расположены исключительно в консервативных и функционально важных доменах рРНК и схожи у эволюционно удалённых групп эукариот..

1. 2'-O-метилирование рибозы стабилизирует 3'-эндо конформацию.
2. Псевдоуридин (Ψ), по сравнению с уридином имеет дополнительную возможность для образования водородных связей.
3. Сильно метилированная РНК защищена от гидролиза. rRNA acts as a ribozyme by catalyzing its own hydrolysis and splicing.

Организация в составе генома

Большая часть генов мякРНК позвоночных расположены в интронах генов, кодирующих белки, вовлечённые в сборку рибосом или трансляцию. Гены мякРНК транскрибируются РНК-полимеразой II типа, но могут и транскрибироваться с собственных промоторов, РНК-полимеразой II или III типа.

Другие функции мякРНК

Недавно было обнаружено, что мякРНК имеют функции, не связанные с рРНК. Одна из таких функций состоит в регуляции альтернативного сплайсинга транс-транскриптов^{[неизвестный термин]}, осуществляемой мякРНК под названием HBII-52 (SNORD115).