절단 및 폴리아데닐화 특이 인자

Cleavage and polyadenylation specificity factor
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절단 및 폴리아데닐화 특이성 인자(CPSF)는 유전자 전사 과정에서 새로 합성된 프리메신저 RNA(pre-mRNA) 분자로부터 3' 신호 영역의 절단에 관여합니다. 진핵생물에서 전령 RNA 전구체(pre-mRNA)는 효소인 RNA 중합효소 II에 의해 DNA로부터 핵 내에서 전사됩니다. pre-mRNA는 단백질로의 번역을 위해 세포질로 수송되기 전에 성숙한 RNA(mRNA)를 형성하는 전사 후 변형을 거쳐야 합니다. 전사 후 변형은 5' m7G 캡의 추가, 인트론 서열의 접합, 3' 절단 및 폴리아데닐화입니다.[1]

Schömann et al. 에 따르면, "CPSF는 pre-mRNA 절단 및 폴리아데닐화에서 서열 특이성을 제공하고 pre-mRNA 절단을 촉매하는 폴리아데닐화 신호(PAS)를 인식합니다."[2] 기능성 PAS를 인식하면 RNA 중합효소 일시정지를 유도해야 합니다.[3] 폴리뉴클레오티드 아데닐릴트랜스퍼라제에 의해 폴리(A) 꼬리가 추가될 pre-mRNA의 절단 부위 근처의 신호 영역에 결합하는 최초의 단백질입니다. 절단 부위의 10-30개 뉴클레오티드 업스트림 신호 영역인 폴리아데닐화 신호(PAS)는 표준 뉴클레오티드 서열 AAUAAA를 가지며, 이는 대부분의 pre-mRNA에 걸쳐 고도로 보존됩니다. AAUAAA 영역은 일반적으로 바람직한 서열인 시토신/아데닌(CA) 디뉴클레오티드에 의해 정의되며, 이는 엔도뉴클레오티드 절단 부위의 5'입니다.[2][4] 폴리아데닐화 전에 절단되는 pre-mRNA의 부분 상의 절단 부위로부터 약 40 뉴클레오티드 다운스트림에 위치하는 제2 다운스트림 신호 영역은 효율적인 처리를 위해 필요한 U/GU가 풍부한 영역으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법. 이 다운스트림 조각은 성능이 저하되었습니다. 성숙한 RNA는 세포질로 운반되어 단백질로 변환됩니다.[4][5]

단백질 구조와 상호작용

포유류에서 CPSF는 6개의 소단위(CPSF-160(CPSF1), CPSF-100(CPSF2), CPSF-73(CPSF3) 및 CPSF-30(CPSF4) kDa 소단위, WDR33 및 Fip1(FIP1L1)으로 구성된 단백질 복합체입니다.

절단 및 폴리아데닐화 특이성 인자 4차 복합체

소단위체는 포유동물 폴리아데닐화 특이성 인자(mPSF) 및 포유동물 절단 인자(mCF)의 두 가지 구성요소를 형성합니다. The mPSF is made up of CPSF-160, WDR33, CPSF-30, and Fip1. PAS 인식 및 폴리아데닐화에 필요합니다. mCF는 CPSF-73, CPSF-100 및 sympllekin으로 구성됩니다. 히스톤 mRNA 3' 가공 부위를 인식하여 절단 반응을 촉매합니다.[4][5]

CPSF-73은 폴리아데닐화 신호 서열 AAUAAA 바로 하류의 CA 디뉴클레오티드 사이에서 mRNA 전구체를 절단하는 아연 의존성 가수분해효소입니다.[6][7]

CPSF-100은 CPSF-73의 엔도뉴클레아제 활성에 기여합니다.[2]

CPSF-160(160 kDa)은 CPSF의 가장 큰 서브유닛으로 AAUAAA 폴리아데닐화 신호에 직접 결합합니다.[8] 160 kDa는 3개의 β-프로펠러 도메인과 C-말단 도메인을 가지고 있습니다.

CPSF-30(30kDa)은 N 말단 근처에 5개의 Cys-Cys-Cys-His(CCCH) 아연-손가락 모티프와 C 말단에 CCCH 아연 너클을 가지고 있습니다. CPSF-30의 두 가지 동형이 존재하며 CPSF 복합체에서 발견할 수 있습니다. CPSF-30의 RNA 결합 활성은 그것의 아연-손가락 2 및 3에 의해 매개되고, WD 반복 도메인 33 (146 kDa)은 N 말단 근처에 WD40 도메인을 갖습니다. WD40 도메인은 RNA와 상호작용합니다. WDR33과 CPSF-30은 pre-mRNA에서 폴리아데닐화 신호(PAS)를 인식하여 RNA 절단 위치를 정의하는 데 도움을 줍니다. CPSF-30은 협력적이고 금속 의존적인 결합 메커니즘에 의해 AU가 풍부한 헥사머 영역을 인식합니다.[4][5][9][10]

CPSF-160은 쇤만 등이 수행한 연구인 CPSF의 가장 큰 하위 단위이지만, WDR33이 이전에 믿었던 것처럼 CPSF-160이 아니라 PAS를 인식하는 책임이 있다는 것에 대해 논쟁합니다. 이 연구는 CPSF-160이 PAS를 인식하는 역할을 하는 것으로 여겨진 이유가 WDR33 서브유닛이 청구 당시 발견되지 않았기 때문이라고 결론지었습니다.[2]

Fip1은 아르기닌이 풍부한 C 말단에 의해 U가 풍부한 RNA에 결합합니다. 시험관 내에서 AAUAAA 헥사머 영역의 상류에 있는 RNA 서열에 결합합니다. Fip1 및 CPSF-160은 폴리(A) 중합효소(PAP)를 3' 처리 부위에 모집합니다.[4] PAP는 Poly(A) 결합 단백질 nuclearone에 의해 자극되어 절단 부위에 비관형 아데노신 잔기인 Poly(A) 꼬리를 추가합니다.[3][7]

오직 CPSF-160, CPSF-30, Fip1 및 WDR33만이 AAUAAA 의존성 폴리아데닐화에서 활성 CPSF 서브복합체를 형성하는데 필요하고 충분합니다. CPSF-73 및 CPSF-100은 일회용입니다.[2]

CPSF는 단백질을 3' 영역으로 모집합니다. CPSF 활성에 의해 조정되는 확인된 단백질은 절단 자극 인자 및 잘 이해되지 않는 두 개의 절단 인자를 포함합니다. 실제로 꼬리 합성을 담당하는 폴리뉴클레오티드 아데닐릴트랜스퍼라제의 결합은 절단에 필요한 전제조건이므로 절단과 폴리아데닐화가 긴밀하게 결합된 과정임을 보장합니다.

유전자

대체 폴리아데닐화(APA)

대체 폴리아데닐화(APA)는 mRNA에서 여러 개의 3' 말단을 형성하는 조절 메커니즘입니다.[7]

동일한 유전자의 APA 동형체는 다른 단백질을 암호화하거나 다른 3' 비번역 영역(UTR)을 포함할 수 있습니다. APA에 대한 규제 완화는 많은 인간 질병과 관련이 있습니다. 더 긴 UTR은 더 짧은 UTR에 비해 마이크로RNA 및/또는 RNA 결합 단백질의 결합 부위가 더 많기 때문에 APA는 다른 안정성, 번역 효율 및/또는 세포 내 국소화를 필요로 합니다.

포유류 PAS에는 여러 가지 주요 cis 요소가 있습니다.

  • A(A/U)AAA hexamer
  • U/GU가 풍부한 다운스트림 요소(DSE)
  • U-리치 업스트림 보조 요소(USE)
  • 공통 UGUA에 부합하는 업스트림 시퀀스

PAS 시퀀스는 가변적이며 많은 PAS에는 하나 이상의 시스 요소가 부족합니다. PAS 인식은 단백질-RNA 상호작용에 의해 이루어집니다.

CPSF는 AAUAAA 헥사머에 상승적으로 결합하고 CstF는 다운스트림 요소(DSE)에 상승적으로 결합합니다. CFI 복합체는 UGUA 모티프에 결합합니다. CPSF, CstF, CFI는 RNA와 직접 결합합니다. 그들은 또한 절단 및 폴리아데닐화 복합체라고도 알려진 mRNA 3' 처리 복합체를 조립하기 위해 CFII, 심플레킨 및 폴리(A) 중합효소(PAP)와 같은 다른 단백질을 모집합니다. 이러한 인자의 조립은 RNA 중합효소 II(RNAP II) 큰 소단위체의 C-말단 도메인(CTD)에 의해 촉진됩니다. CTD는 mRNA 처리 인자를 위한 랜딩 패드를 제공합니다.[4][11]

절단 및 폴리아데닐화 복합체의 다른 단백질 복합체

심플킨(SYMPK)은 CPSF와 CstF 사이의 상호작용을 매개하는 스캐폴딩 단백질입니다.[2]

포유류 CPSF에서 절단 인자 I(CFIm)과 절단 및 폴리아데닐화 특이성 인자(CPSF)는 모두 절단 및 폴리아데닐화에 필요한 반면 절단 자극 인자(CstF)는 절단 단계에만 필수적입니다.[12] CPSF 및 CstF는 PAS를 찾는 초기 유전자 전사 동안 RNA 중합효소 II(RNAPolymerase II)와 함께 이동합니다.[3]

절단인자 I(CFIm)은 25개(CPSF5), 59개(CPSF7) 및 68개(CPSF6) kDa 단백질로 구성됩니다. 절단 인자 II(Cleavagem factor II)는 Pcf11, Clp1 및 절단 자극 인자(CstF)로 구성됩니다. CFII는m RNAP II C-말단 도메인 및 기타 CpA 인자에 결합합니다.[3][13]

절단 자극 인자(CstF)에는 세 가지 하위 단위가 있습니다. CstF77 (CstF3), CstF50 (CstF1), and CstF64 (CstF2 and CstF2T). CstF는 절단 부위의 신호 영역의 하류에 있는 20개의 뉴클레오티드인 PAS를 인식하며, 이는 GU가 풍부한 서열 모티프에 이어 U가 풍부한 서열이 뒤따릅니다. CstF는 대체 폴리아데닐화 뿐만 아니라 절단 부위의 선택에 기여합니다.[4][5][13]

커플링 프로세스

RNA 중합효소 II(pol II) 전사의 결합은 세 가지 방법으로 처리 반응에 영향을 미칠 수 있습니다.[11]

  1. 현지화
    • 신장 복합체에 mRNA 처리 인자를 배치하여 초기 전사체 근처의 국소 농도를 높입니다.
  2. 운동 커플링
    • 전사 속도는 RNA 접힘과 RNA-단백질 복합체의 조립에 중대한 영향을 미칠 수 있습니다.
  3. 알로스테릭한
    • pol II 신장 복합체와 mRNA 처리 인자 사이의 접촉은 mRNA 처리 인자를 알로스테릭하게 억제하거나 활성화시킬 수 있음

참고문헌

  1. ^ Mandel CR, Bai Y, Tong L (April 2008). "Protein factors in pre-mRNA 3'-end processing". Cellular and Molecular Life Sciences. 65 (7–8): 1099–1122. doi:10.1007/s00018-007-7474-3. PMC 2742908. PMID 18158581.
  2. ^ a b c d e f Schönemann L, Kühn U, Martin G, Schäfer P, Gruber AR, Keller W, et al. (November 2014). "Reconstitution of CPSF active in polyadenylation: recognition of the polyadenylation signal by WDR33". Genes & Development. 28 (21): 2381–2393. doi:10.1101/gad.250985.114. PMC 4215183. PMID 25301781.
  3. ^ a b c d Murphy MR, Doymaz A, Kleiman FE (2021-01-01). "Poly(A) tail dynamics: Measuring polyadenylation, deadenylation and poly(A) tail length". In Tian B (ed.). Methods in Enzymology. MRNA 3' End Processing and Metabolism. Vol. 655. Academic Press. pp. 265–290. doi:10.1016/bs.mie.2021.04.005. ISBN 9780128235737. PMC 9015694. PMID 34183126.
  4. ^ a b c d e f g h Shi Y, Manley JL (May 2015). "The end of the message: multiple protein-RNA interactions define the mRNA polyadenylation site". Genes & Development. 29 (9): 889–897. doi:10.1101/gad.261974.115. PMC 4421977. PMID 25934501.
  5. ^ a b c d Sun Y, Zhang Y, Hamilton K, Manley JL, Shi Y, Walz T, Tong L (February 2018). "Molecular basis for the recognition of the human AAUAAA polyadenylation signal". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (7): E1419–E1428. Bibcode:2018PNAS..115E1419S. doi:10.1073/pnas.1718723115. PMC 5816196. PMID 29208711.
  6. ^ Mandel CR, Kaneko S, Zhang H, Gebauer D, Vethantham V, Manley JL, Tong L (December 2006). "Polyadenylation factor CPSF-73 is the pre-mRNA 3'-end-processing endonuclease". Nature. 444 (7121): 953–956. Bibcode:2006Natur.444..953M. doi:10.1038/nature05363. PMC 3866582. PMID 17128255.
  7. ^ a b c Arora A, Goering R, Lo HY, Lo J, Moffatt C, Taliaferro JM (2022). "The Role of Alternative Polyadenylation in the Regulation of Subcellular RNA Localization". Frontiers in Genetics. 12: 818668. doi:10.3389/fgene.2021.818668. PMC 8795681. PMID 35096024.
  8. ^ Murthy KG, Manley JL (November 1995). "The 160-kD subunit of human cleavage-polyadenylation specificity factor coordinates pre-mRNA 3'-end formation". Genes & Development. 9 (21): 2672–2683. doi:10.1101/gad.9.21.2672. PMID 7590244.
  9. ^ Casañal A, Kumar A, Hill CH, Easter AD, Emsley P, Degliesposti G, et al. (November 2017). "Architecture of eukaryotic mRNA 3'-end processing machinery". Science. 358 (6366): 1056–1059. doi:10.1126/science.aao6535. PMC 5788269. PMID 29074584.
  10. ^ Shimberg GD, Michalek JL, Oluyadi AA, Rodrigues AV, Zucconi BE, Neu HM, et al. (April 2016). "Cleavage and polyadenylation specificity factor 30: An RNA-binding zinc-finger protein with an unexpected 2Fe-2S cluster". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (17): 4700–4705. Bibcode:2016PNAS..113.4700S. doi:10.1073/pnas.1517620113. PMC 4855568. PMID 27071088.
  11. ^ a b Bentley DL (June 2005). "Rules of engagement: co-transcriptional recruitment of pre-mRNA processing factors". Current Opinion in Cell Biology. Nucleus and gene expression. 17 (3): 251–256. doi:10.1016/j.ceb.2005.04.006. PMID 15901493.
  12. ^ Stumpf G, Domdey H (November 1996). "Dependence of yeast pre-mRNA 3'-end processing on CFT1: a sequence homolog of the mammalian AAUAAA binding factor". Science. 274 (5292): 1517–1520. Bibcode:1996Sci...274.1517S. doi:10.1126/science.274.5292.1517. JSTOR 2892223. PMID 8929410. S2CID 34840144.
  13. ^ a b Gruber AR, Martin G, Keller W, Zavolan M (March 2014). "Means to an end: mechanisms of alternative polyadenylation of messenger RNA precursors". Wiley Interdisciplinary Reviews. RNA. 5 (2): 183–196. doi:10.1002/wrna.1206. PMC 4282565. PMID 24243805.

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외부 링크