5개의 주요 미번역 영역

Five prime untranslated region
5분위 미번역 영역
Model of mRNA.jpg
진핵생물(특히 인간)에서 트랜스스크립트의 5µ UTR의 일반 구조
식별자
메쉬D020121
해부학 용어

5' 미번역 영역(또는 5' UTR, 리더 시퀀스, 전사 리더 또는 리더 RNA)은 시작 코돈에서 바로 상류에 있는 메신저 RNA(mRNA)의 영역이다.이 영역은 바이러스, 원핵생물 및 진핵생물에서 서로 다른 메커니즘에 의한 전사 번역의 조절에 중요하다.미번역이라고 불리는 동안, 5' UTR 또는 그 일부는 때때로 단백질 생성물로 변환된다.이 제품은 mRNA의 주요 코딩 시퀀스의 번역을 조절할 수 있습니다.그러나 많은 유기체에서 5' UTR은 완전히 번역되지 않고, 대신 번역을 조절하기 위해 복잡한 2차 구조를 형성한다.

5' UTR은 대사와 관련된 단백질과 상호작용하는 것으로 확인되었으며, 단백질은 5' UTR 내에서 염기서열을 변환한다[clarification needed].또한 이 영역은 드로소필라의 [1]성살해 유전자와 같은 전사 조절에 관여하고 있다.5' UTR 내의 규제 요소는 mRNA [2]수출과도 연계되어 있다.

일반구조

길이

5' UTR은 전사 시작 부위에서 시작하여 부호화 영역의 시작 시퀀스(일반적으로 AUG) 전에 하나의 뉴클레오티드(nt)를 종료한다.원핵생물에서, 5' UTR의 길이는 3-10 뉴클레오티드의 길이에 있는 반면, 진핵생물에서는 100에서 수천 뉴클레오티드의 [3]길이에 있는 경향이 있다.예를 들어 Chrisocaromyces pombe의 ste11 전사물은 2273 뉴클레오티드 5μ[4] UTR을 가지며, 대장균의 lac 오퍼론은 5μ UTR에 [5]7개의 뉴클레오티드를 가진다.크기가 다른 것은 5' UTR이 보유한 진핵생물 조절의 복잡성과 번역을 시작하기 위해 형성되어야 하는 더 큰 사전 개시 복합체 때문이다.

리더가 없는 mRNA의 경우 5' UTR이 완전히 누락될 수도 있습니다.생명체의 세 영역 모두의 리보솜은 그러한 mRNA를 [6]받아들이고 번역한다.이러한 순서는 삶의 세 영역 모두에서 자연스럽게 발견된다.인간은 2-3 뉴클레오티드 리더 아래에 많은 압력 관련 유전자를 가지고 있다.포유류는 또한 TISU [7]배열과 같은 다른 종류의 초단신 리더를 가지고 있다.

요소들

머리핀 루프인 IRP(철 조절 단백질)와 IRE(철 반응 요소)의 결합은 변환을 조절합니다.

진핵생물 및 원핵생물 5µ UTR의 원소는 크게 다르다.원핵생물 5' UTR은 샤인-달가노 염기서열(AGGAGU)로도 알려진 리보솜 결합부위(RBS)를 포함하고 있으며, 보통 시작 코돈에서 [5]3~10개의 염기쌍이 업스트림에 있다.반면 진핵생물 5' UTR은 개시 [5]코돈을 포함하는 코작 컨센서스 배열(ACCAUGG)을 포함한다.진핵생물 5' UTR은 또한 upstream open reading frame(uORF) 및 upstream AUGs(uAUGs) 및 종단 코돈이라고 불리는 시스 작용 조절 요소를 포함하고 있으며, 이는 번역 조절에 큰 영향을 미친다(아래 참조).원핵생물과는 달리, 5' UTR은 진핵생물에서 인트론을 숨길 수 있다.사람의 경우, 모든 유전자의 35%가 5µ [8]UTR 내에 침입을 가지고 있다.

이차 구조

5' UTR은 GC 함량이 높기 때문에 GC 내에서 세컨더리 구조가 발생하는 경우가 많습니다.헤어핀 루프는 5' UTR 내에 배치할 수 있는 세컨더리 구조 중 하나입니다.이러한 2차 [9]구조도 번역 규제에 영향을 미칩니다.

번역 규제에서의 역할

박테리아에서 번역되는 과정
진핵생물에서의 번역 과정

원핵생물

박테리아에서 IF-3가 30S 리보솜 서브유닛과 함께 5' UTR의 [5]샤인-달가노(SD) 시퀀스에 결합할 때 번역이 시작된다.그리고 나서 이것은 번역을 시작할 수 있게 해주는 50S 리보솜 서브유닛과 같은 많은 다른 단백질을 수집합니다.이러한 각 단계는 번역 시작을 규제합니다.

고고학에서의 시작은 덜 알려져 있다.SD 배열은 훨씬 더 드물고, 시작 인자는 진핵 생물과 더 많은 공통점을 가지고 있다.세균 IF3의 [10]상동성은 없다.일부 mRNA는 리더가 없습니다.[11]

두 영역 모두에서 샤인-달가노 배열이 없는 유전자도 덜 이해된 방식으로 번역된다.요건은 개시 코돈에 [12]가까운 2차 구조의 결여인 것 같습니다.

진핵생물

시작 전 복합 규제

진핵생물에서의 번역 조절은 원핵생물보다 더 복잡하다.처음에 eIF4F 복합체는 5' 캡으로 모집되고, 리보솜 복합체는 다시 5' UTR로 모집된다. eIF4E와 eIF4G는 모두 5' UTR과 결합하여 번역 개시 속도를 제한한다.단, 5' UTR에 관한 변환의 규제 순서는 이것뿐만이 아닙니다.

RNA 결합 단백질은 때때로 사전 시작 복합체가 형성되는 것을 막는 역할을 한다.예를 들어 msl2 유전자의 조절이 있다.단백질 SXL은 1차 전사체의 5' UTR 세그먼트 내에 위치한 인트론 세그먼트에 부착되어 처리 [13]후 인트론을 포함시킨다.이 배열은 5' 및 3' UTR에 동시에 결합하는 단백질을 모집할 수 있게 하여 번역 단백질이 조립되는 것을 허용하지 않는다.그러나 SXL은 또한 폴리(A) 꼬리, 더 일반적으로 3' UTR을 포함하지 않는 RNA의 번역을 억제할 수 있다는 점도 지적되었다.

mRNA의 다양한 형태와 각 형태가 번역 규제에 미치는 영향

폐쇄 루프 조절

변환의 또 다른 중요한 조절기는 3' UTR과 5' UTR 사이의 상호작용입니다.

3' UTR과 5' UTR에 결합된 단백질 간의 상호작용은 번역을 조절하는 순환화를 일으킨다.

폐쇄 루프 구조는 변환을 금지합니다.이는 Xenopus laevis에서 관찰되고 있습니다.이 경우 5' 캡에 바인드된eIF4E는 3' UTR 상의 CPEB에 바인드된 Maskin과 상호작용하여 번역이 비활성화된 트랜스크립트를 만듭니다.CPEB가 인산화되면 이 번역 억제가 해제되어 Maskin 결합 부위가 치환되어 [14]PABP를 통해 번역 기계를 모집할 수 있는 PolyA 꼬리의 중합이 허용된다.그러나 이 메커니즘은 매우 정밀하게 [15]조사되고 있다는 점에 유의해야 합니다.

페리틴 조절

주요 기사:철 반응 요소

세포의 철분 수치는 철분 저장과 대사에 관여하는 많은 단백질의 번역 조절에 의해 유지됩니다.5' UTR은 철 조절 단백질(IRP1 및 IRP2)에 의해 인식되는 헤어핀 루프 2차 구조(철 반응 요소 또는 IRE로 알려져 있음)를 형성하는 능력을 가지고 있다.저농도 철분에서는 IRP1, IRP2의 IRE 결합에 의한 입체장애로 타깃 mRNA의 ORF가 차단된다.철분이 높을 때, 두 개의 철 조절 단백질은 그렇게 강하게 결합하지 않고 철 농도 조절에 역할을 하는 단백질이 발현되도록 합니다.이 기능은 아밀로이드 전구체 단백질의 mRNA의 5' UTR에서 발견된 IRE에 대한 단일 핵산 다형성으로 인해 번역이 방해되어 알츠하이머병에 [16]걸릴 위험이 자발적으로 증가할 수 있다는 사실이 밝혀진 후 관심을 끌었다.

uORF 및 재초기화

주요 기사:업스트림 오픈 판독 프레임

진핵생물에서의 또 다른 형태의 번역 조절은 업스트림 오픈 리딩 프레임(uORF)이라고 불리는 5' UTR의 고유한 요소에서 비롯됩니다.이러한 요소들은 인간 [17]유전자의 35-49%에서 매우 흔하다.uORF는 부호화 시퀀스 시작 사이트의 업스트림에 있는 5' UTR에 있는 부호화 시퀀스입니다.이러한 uORF에는 업스트림 AUG(uAUG)라고 불리는 독자적인 개시 코돈이 포함되어 있습니다.이 코돈은 리보솜에 의해 스캔되고 그리고 나서 제품을 만들기 위해 번역될 수 있으며,[18] 이것은 동일한 전사체에 존재할 수 있는 주요 단백질 코드 배열 또는 다른 uORF의 번역을 조절할 수 있습니다.

uORF 배열이 번역된 후 주 ORF 내에서 단백질이 번역되는 것을 [19]재초기화라고 한다.재발생의 과정은 ORF 단백질의 번역을 감소시키는 것으로 알려져 있다.단백질 조절 제어는 주 ORF의 [19]uORF와 제1 코돈 사이의 거리에 의해 결정된다.uORF는 uAUG와 주 ORF의 시작 코돈 사이의 거리가 길어짐에 따라 재활성화를 증가시키는 것으로 확인되었으며, 이는 리보솜이 주 [19]단백질의 번역을 수행하기 전에 번역 인자를 다시 획득할 필요가 있음을 나타낸다.예를 들어 ATF4 조절은 상류의 uORF1 및 uORF2라는 이름의 2개의 uORF에 의해 수행되며, 각각 3개의 아미노산과 59개의 아미노산을 포함한다.uORF2의 위치가 ATF4 ORF와 겹칩니다.통상적인 상태에서는 uORF1이 변환되어 eIF2-TC가 재취득된 후에만 uORF2가 변환됩니다.uORF2를 변환하려면 리보솜이 uORF2 내에 있는 ATF4 ORF를 통과해야 합니다.이것은 그것의 억압으로 이어진다.그러나 스트레스 조건 동안 40S 리보솜은 eIF2-TC의 농도 감소로 인해 uORF2를 우회하게 됩니다. 즉, 리보솜은 uORF2를 변환하기 위해 한 번에 한 개씩 획득하지 않습니다.대신 ATF4가 [19]변환됩니다.

기타 메커니즘

uORF는 재초기화와 더불어 다음을 기반으로 변환 시작에 기여합니다.

  • uORF의 뉴클레오티드는 고도로 구조화된 mRNA로 이어지는 코돈을 코드화하여 리보솜을 [19]정지시킬 수 있다.
  • 주요 단백질 코드 [19]배열의 번역에 대한 시스 및 트랜스 규제.
  • IRES [19]사이트와의 상호 작용.
폴리오바이러스 게놈의 5' UTR의 IRES 예

내부 리보솜 진입 사이트 및 바이러스

주요 기사:내부 리보솜 진입 사이트

바이러스(및 일부 진핵생물) 5' UTR은 캡 비의존적 번역 활성화 방법인 내부 리보솜 진입 부위를 포함한다.IRES는 5µ cap에서 복합체를 형성하는 대신 리보솜 복합체가 전사체에 직접 결합하여 [20]변환을 시작할 수 있도록 한다.IRES는 사전 자극 복합체가 필요 없기 때문에 바이러스 전달을 보다 효율적으로 번역할 수 있도록 하여 바이러스를 [5]빠르게 복제할 수 있도록 합니다.

전사 규제에서의 역할

msl-2 트랜스크립트

msl-2 전사체의 전사는 5' [1]UTR에서 플라이 Sxl의 여러 결합 부위에 의해 규제된다.특히, 이러한 폴리우라실 부위는 수컷에서 스플라이싱되지만 스플라이싱 억제를 통해 암컷에서 유지되는 작은 인트론 근처에 위치한다.이 스플라이싱 억제는 Sxl에 [1]의해 유지된다.존재하는 경우 Sxl은 5' UTR의 uORF에 있는 start codon의 변환을 증가시킴으로써 msl2의 변환을 억제합니다(uORF의 자세한 내용은 상기 참조).또, Sxl은 폴리(U) 영역에 대해서 TIA-1을 능가해, 5µ 스플라이스 [1]부위에 대한 snRNP(대체 스플라이싱의 한 단계)의 신병을 방지한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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