عامل التخصص في الانقسام والتذييل المتعدد الأدينين

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

يشارك عامل التحديد الخاص بالانقسام والتذييل المتعدد الأدينين ( CPSF ) في انقسام منطقة الإشارة 3' من جزيء الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA) المُصنّع حديثًا، وذلك في عملية نسخ الجينات . في حقيقيات النوى، تُنسخ سلائف الحمض النووي الريبوزي الرسول (pre-mRNA) في النواة من الحمض النووي (DNA) بواسطة إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبوزي II. يجب أن يخضع pre-mRNA لتعديلات ما بعد النسخ، مُكَوِّنًا الحمض النووي الريبوزي الناضج (mRNA)، قبل أن يُنقل إلى السيتوبلازم لترجمته إلى بروتينات. تشمل تعديلات ما بعد النسخ: إضافة غطاء m7G في الطرف 5'، وربط تسلسلات الإنترونات، والانقسام والتذييل المتعدد الأدينين في الطرف 3'. [ 1 ]

بحسب شونمان وآخرون، "يتعرف بروتين CPSF على إشارة إضافة ذيل عديد الأدينين (PAS)، مما يوفر خصوصية تسلسلية في عملية قطع وتكوين ذيل عديد الأدينين في ما قبل mRNA، ويحفز عملية قطع ما قبل mRNA." [ 2 ] وهو ضروري لتحفيز توقف بوليميراز الحمض النووي الريبي بمجرد تعرفه على إشارة إضافة ذيل عديد الأدينين الوظيفية. [ 3 ] وهو أول بروتين يرتبط بمنطقة الإشارة القريبة من موقع قطع ما قبل mRNA، حيث يُضاف ذيل عديد الأدينين بواسطة إنزيم ناقل أدينيل عديد النوكليوتيد . تحتوي منطقة الإشارة التي تقع قبل موقع القطع، والتي تتكون من 10 إلى 30 نيوكليوتيدًا، على التسلسل النيوكليوتيدي المتعارف عليه AAUAAA ، وهو تسلسل محفوظ للغاية في الغالبية العظمى من جزيئات ما قبل mRNA. تُعرَّف منطقة AAUAAA عادةً بثنائي نيوكليوتيد السيتوزين/الأدينين (CA)، وهو التسلسل المُفضَّل، ويقع في الطرف 5' لموقع الانقسام الداخلي. [ 2 ] [ 4 ] تتكون منطقة إشارة ثانية تقع في اتجاه المصب، على بُعد 40 نيوكليوتيدًا تقريبًا من موقع الانقسام على جزء من الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA) الذي يُقسَّم قبل إضافة ذيل عديد الأدينين، من منطقة غنية باليوراسيل/الجوانين (U/GU) ضرورية للمعالجة الفعالة. يتحلل هذا الجزء الواقع في اتجاه المصب. تُنقل جزيئات الحمض النووي الريبوزي الناضجة إلى السيتوبلازم، حيث تُترجم إلى بروتينات. [ 4 ] [ 5 ]

بنية البروتين وتفاعلاته

في الثدييات، CPSF هو مركب بروتيني يتكون من ست وحدات فرعية: CPSF-160 (CPSF1)، CPSF-100 (CPSF2)، CPSF-73 (CPSF3)، و CPSF-30 (CPSF4) kDa، و WDR33 و Fip1 (FIP1L1).

معقد رباعي لعامل التخصص في الانقسام والتعدد الأدينيني

تُشكّل الوحدات الفرعية مُكوّنين: عوامل تحديد نوع إضافة ذيل عديد الأدينين في الثدييات (mPSF) وعامل الانقسام في الثدييات (mCF). يتكوّن mPSF من CPSF-160 وWDR33 وCPSF-30 وFip1، وهو ضروري للتعرّف على موقع إضافة ذيل عديد الأدينين (PAS) وإضافة ذيل عديد الأدينين. أما mCF فيتكوّن من CPSF-73 وCPSF-100 وsymplekin، وهو يُحفّز تفاعل الانقسام من خلال التعرّف على موقع معالجة الطرف 3' لجزيء mRNA الخاص بالهيستون. [ 4 ] [ 5 ]

إن CPSF-73 هو إنزيم هيدرولاز يعتمد على الزنك، ويقوم بفصل طليعة mRNA بين ثنائي النوكليوتيد CA الموجود أسفل تسلسل إشارة إضافة ذيل عديد الأدينين AAUAAA مباشرةً. [ 6 ] [ 7 ]

يساهم CPSF-100 في نشاط الإندونوكلياز الخاص بـ CPSF-73. [ 2 ]

يُعدّ CPSF-160 (بوزن 160 كيلو دالتون) أكبر وحدة فرعية من CPSF، ويرتبط مباشرةً بإشارة إضافة ذيل عديد الأدينين AAUAAA. [ 8 ] يحتوي هذا البروتين (بوزن 160 كيلو دالتون) على ثلاثة نطاقات حلزونية بيتا ونطاق طرفي كربوكسيلي.

يحتوي بروتين CPSF-30 (بوزن 30 كيلو دالتون) على خمسة أنماط من أصابع الزنك Cys-Cys-Cys-His (CCCH) بالقرب من الطرف الأميني، ونمط زنك CCCH عند الطرف الكربوكسيلي. يوجد شكلان متماثلان من CPSF-30، ويمكن العثور عليهما في مركبات CPSF. يتم التوسط في نشاط ارتباط CPSF-30 بالحمض النووي الريبوزي (RNA) بواسطة أصابع الزنك 2 و3. يحتوي نطاق التكرار WD33 (بوزن 146 كيلو دالتون) على نطاق WD40 بالقرب من الطرف الأميني. يتفاعل نطاق WD40 مع الحمض النووي الريبوزي (RNA). يتعرف كل من WDR33 وCPSF-30 على إشارة إضافة ذيل عديد الأدينين (PAS) في الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي (pre-mRNA)، مما يساعد في تحديد موضع انقسام الحمض النووي الريبوزي. يتعرف CPSF-30 على منطقة الهيكسامر الغنية بـ AU من خلال آلية ارتباط تعاونية تعتمد على المعدن. [ 4 ] [ 5 ] [ 9 ] [ 10 ]

على الرغم من أن CPSF-160 هي أكبر وحدة فرعية من CPSF، إلا أن دراسة أجراها شونمان وآخرون تُشير إلى أن WDR33 هي المسؤولة عن التعرف على PAS وليس CPSF-160 كما كان يُعتقد سابقًا. وخلصت الدراسة إلى أن سبب الاعتقاد بأن CPSF-160 هي المسؤولة عن التعرف على PAS يعود إلى عدم اكتشاف الوحدة الفرعية WDR33 وقت تقديم هذا الادعاء. [ 2 ]

يرتبط بروتين Fip1 بالحمض النووي الريبوزي الغني باليوراسيل عبر طرفه الكربوكسيلي الغني بالأرجينين. ويرتبط بتسلسلات الحمض النووي الريبوزي الواقعة قبل منطقة الهيكسامر AAUAAA في المختبر. يقوم كل من Fip1 وCPSF-160 بتجنيد إنزيم بوليميراز عديد الأدينين (PAP) إلى موقع المعالجة 3'. [ 4 ] يُحفز بروتين ربط عديد الأدينين النووي الأول (PAP) لإضافة ذيل عديد الأدينين، وهو عبارة عن بقايا أدينوسين غير مُستنسخة، إلى موقع الانقسام. [ 3 ] [ 7 ]

تُعدّ البروتينات CPSF-160 وCPSF-30 وFip1 وWDR33 فقط ضرورية وكافية لتكوين مُركّب فرعي نشط من CPSF في عملية إضافة ذيل عديد الأدينين المعتمدة على AAUAAA. أما البروتينان CPSF-73 وCPSF-100 فهما غير ضروريين. [ 2 ]

يقوم عامل تحفيز الانقسام (CPSF) بتجنيد البروتينات إلى المنطقة 3'. تشمل البروتينات التي تم تحديدها والتي يتم تنسيقها بواسطة نشاط CPSF: عامل تحفيز الانقسام وعاملي الانقسام اللذين لم يتم فهمهما جيدًا . يُعد ارتباط إنزيم أدينيل ترانسفيراز متعدد النوكليوتيدات، المسؤول عن تخليق الذيل، شرطًا أساسيًا للانقسام، مما يضمن أن الانقسام والتذييل متعدد الأدينين عمليتان متلازمتان بشكل وثيق.

الجينات

التذييل المتعدد البديل (APA)

تعد عملية إضافة ذيل عديد الأدينين البديل (APA) آلية تنظيمية تُشكل نهايات متعددة 3' على الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA). [ 7 ]

يمكن أن تُشفّر نظائر APA من نفس الجين بروتينات مختلفة و/أو تحتوي على مناطق غير مترجمة 3' مختلفة (UTRs). وقد ارتبط خلل تنظيم APA بعدد من الأمراض البشرية. ونظرًا لأن المناطق غير المترجمة الأطول تحتوي على مواقع ارتباط أكثر للـ microRNAs و/أو البروتينات الرابطة للـ RNA مقارنةً بالمناطق غير المترجمة الأقصر، فإن APA تتطلب استقرارًا وكفاءة ترجمة و/أو توضعًا خلويًا مختلفًا. [ 4 ]

تحتوي مواقع ارتباط البروتينات في الثدييات على عدد من العناصر الرئيسية في نفس الموقع .

  • سداسي A(A/U)AAA
  • عنصر المصب الغني بـ U/GU (DSE)
  • العناصر المساعدة الغنية باليورانيوم في المراحل الأولية (USEs)
  • التسلسلات الموجودة في اتجاه المنبع والمتوافقة مع UGUA المتفق عليها

تتفاوت تسلسلات PAS، ويفتقر العديد منها إلى عنصر أو أكثر من عناصر cis . ويتم التعرف على PAS من خلال تفاعلات البروتين مع الحمض النووي الريبي.

يرتبط CPSF بشكل تآزري مع سداسي AAUAAA، ويرتبط CstF بشكل تآزري مع العنصر المصب (DSE). يرتبط معقد CFI مع وحدات UGUA. يرتبط كل من CPSF وCstF وCFI مباشرةً بالحمض النووي الريبوزي (RNA). كما تستقطب بروتينات أخرى مثل CFII وSymplekin وبوليميراز عديد الأدينين (PAP) لتكوين معقد معالجة الطرف 3' للحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA)، المعروف أيضًا باسم معقد الانقسام والتذييل متعدد الأدينين. يُسهّل تجميع هذه العوامل النطاق الطرفي الكربوكسيلي (CTD) للوحدة الفرعية الكبيرة من بوليميراز الحمض النووي الريبوزي II (RNAP II). يوفر CTD مساحة ارتباط لعوامل معالجة الحمض النووي الريبوزي الرسول. [ 4 ] [ 11 ]

مركبات بروتينية أخرى في مركب الانقسام والتعدد الأدينيني

Symplekin (SYMPK) هو بروتين داعم يعمل كوسيط للتفاعل بين CPSF و CstF. [ 2 ]

في مُركّب CPSF لدى الثدييات، يُعد كلٌّ من عامل الانقسام الأول (CFI m ) وعامل خصوصية الانقسام والتذييل المتعدد الأدينين (CPSF) ضروريين لعمليتي الانقسام والتذييل المتعدد الأدينين، بينما يُعد عامل تحفيز الانقسام (CstF) ضروريًا فقط لخطوة الانقسام. [ 12 ] ينتقل كلٌّ من CPSF وCstF مع بوليميراز الحمض النووي الريبي II (RNAP II) أثناء نسخ الجينات الوليدة بحثًا عن موقع التذييل المتعدد الأدينين (PAS). [ 3 ]

يتكون عامل الانقسام الأول (CFIm ) من بروتينات بوزن 25 كيلو دالتون ( CPSF5 )، و59 كيلو دالتون (CPSF7)، و68 كيلو دالتون (CPSF6). أما عامل الانقسام الثاني (CFIIm ) فيتكون من Pcf11 وClp1 وعامل تحفيز الانقسام (CstF). يرتبط CFIIm بالنطاق الطرفي الكربوكسيلي لإنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي الثاني (RNAP II) وعوامل CpA الأخرى. [ 3 ] [ 13 ]

يتكون عامل تحفيز الانقسام (CstF) من ثلاث وحدات فرعية: CstF77 (CstF3)، وCstF50 (CstF1)، وCstF64 (CstF2 وCstF2T). يتعرف CstF على تسلسل PAS الذي يقع على بُعد 20 نيوكليوتيدًا من منطقة الإشارة لموقع الانقسام، وهو عبارة عن تسلسل غني بالـ GU متبوعًا بتسلسلات غنية بالـ U. يساهم CstF في اختيار موقع الانقسام، بالإضافة إلى عملية إضافة ذيل عديد الأدينين البديلة. [ 4 ] [ 5 ] [ 13 ]

العمليات المترابطة

يمكن أن يؤثر اقتران نسخ بوليميراز الحمض النووي الريبي II (pol II) على تفاعلات المعالجة بثلاث طرق. [ 11 ]

  1. التوطين
    • تُحدد هذه العوامل مواقع عوامل معالجة الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) في مُركب الاستطالة، مما يزيد من تركيزها الموضعي في جوار النسخة الناشئة.
  2. الاقتران الحركي
    • يمكن أن يكون لمعدل النسخ تأثيرات عميقة على طي الحمض النووي الريبي (RNA) وتجميع معقدات الحمض النووي الريبي والبروتين.
  3. ألوستيري
    • يمكن أن يؤدي التلامس بين مركب استطالة بوليميراز الحمض النووي الريبي II وعوامل معالجة الحمض النووي الريبي الرسول إلى تثبيط أو تنشيط عوامل معالجة الحمض النووي الريبي الرسول بشكل غير مباشر

مراجع

  1. ↑ ماندل سي آر، باي واي، تونغ إل (أبريل 2008). "العوامل البروتينية في معالجة الطرف 3' للرنا الرسول الأولي" . علوم الحياة الخلوية والجزيئية . 65 ( 7-8 ): 1099-1122 . doi : 10.1007/s00018-007-7474-3 . PMC 2742908. PMID 18158581 .  
  2. 1 2 3 4 5 6 شونمان إل، كوهن يو، مارتن جي، شيفر بي، غروبر إيه آر، كيلر دبليو، وآخرون . (نوفمبر 2014). "إعادة تكوين CPSF النشط في إضافة ذيل عديد الأدينين: التعرف على إشارة إضافة ذيل عديد الأدينين بواسطة WDR33" . الجينات والتطور . 28 (21): 2381-2393 . doi : 10.1101/gad.250985.114 . PMC 4215183. PMID 25301781 .   
  3. 1 2 3 4 مورفي إم آر، دويماز إيه، كلايمان إف إي (2021-01-01). "ديناميكيات ذيل البولي (أ): قياس إضافة ذيل البولي (أ)، وإزالة ذيل البولي (أ)، وطول ذيل البولي (أ)". في تيان بي (محرر). طرق في علم الإنزيمات . معالجة الطرف 3' من الحمض النووي الريبوزي الرسول واستقلابه. المجلد 655. دار النشر الأكاديمية. الصفحات 265-290 . doi : 10.1016/bs.mie.2021.04.005 . ISBN   978-0-12-823573-7. PMC 9015694 . PMID 34183126 .  
  4. 1 2 3 4 5 6 7 8 شي واي، مانلي جيه إل (مايو 2015). "نهاية الرسالة: تفاعلات متعددة بين البروتين والحمض النووي الريبي تحدد موقع إضافة ذيل عديد الأدينين إلى الحمض النووي الريبي الرسول" . الجينات والتطور . 29 (9): 889-897 . doi : 10.1101/gad.261974.115 . PMC 4421977. PMID 25934501 .  
  5. 1 2 3 4 صن واي، تشانغ واي، هاميلتون كيه، مانلي جيه إل، شي واي، والتز تي، تونغ إل (فبراير 2018). "الأساس الجزيئي للتعرف على إشارة إضافة ذيل عديد الأدينين AAUAAA البشرية" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 115 (7): E1419– E1428 . Bibcode : 2018PNAS..115E1419S . doi : 10.1073/pnas.1718723115 . PMC 5816196. PMID 29208711 .  
  6. ↑ ماندل سي آر، كانيكو إس، تشانغ إتش، غيباور دي، فيثانثام في، مانلي جيه إل، تونغ إل (ديسمبر 2006). "عامل إضافة ذيل عديد الأدينين CPSF-73 هو إنزيم نوكلياز داخلي لمعالجة الطرف 3' من الحمض النووي الريبوزي الرسول الأولي" . مجلة نيتشر . 444 (7121): 953-956 . Bibcode : 2006Natur.444..953M . doi : 10.1038/nature05363 . PMC 3866582. PMID 17128255 .  
  7. 1 2 3 أرورا أ، جورينج ر، لو هـ ي، لو ج، موفات س، تاليافيرو ج م (2022). " دور إضافة ذيل عديد الأدينين البديل في تنظيم توطين الحمض النووي الريبوزي داخل الخلية" . فرونتيرز إن جينيتكس . 12 818668. doi : 10.3389/fgene.2021.818668 . PMC 8795681. PMID 35096024 .  
  8. ↑ مورثي كيه جي، مانلي جيه إل (نوفمبر 1995). "الوحدة الفرعية 160 كيلو دالتون لعامل تحديد انقسام-تعدد الأدينيلات البشري تُنسق تكوين النهاية 3' للرنا الرسول الأولي" . الجينات والتطور . 9 (21): 2672-2683 . doi : 10.1101/gad.9.21.2672 . PMID 7590244 . 
  9. ↑ كاسانيال أ، كومار أ، هيل سي إتش، إيستر إيه دي، إمسلي ب، ديغليسبوستي جي، وآخرون . (نوفمبر 2017). "بنية آلية معالجة الطرف 3' لـ mRNA حقيقيات النوى" . مجلة ساينس . 358 (6366): 1056-1059 . Bibcode : 2017Sci...358.1056C . doi : 10.1126/science.aao6535 . PMC 5788269. PMID 29074584 .   
  10. ↑ شيمبرغ جي دي، ميشاليك جي إل، أولويادي إيه إيه، رودريغز إيه في، زوكوني بي إي، نيو إتش إم، وآخرون . (أبريل 2016). "عامل التخصص في الانقسام والتذييل المتعدد للأدينين 30: بروتين ذو أصابع زنك رابط للحمض النووي الريبي مع عنقود غير متوقع من الحديد والكبريت 2Fe-2S" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة الأمريكية . 113 (17): 4700-4705 . Bibcode : 2016PNAS..113.4700S . doi : 10.1073/pnas.1517620113 . PMC 4855568. PMID 27071088 .   
  11. 12Bentley 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. 12Gruber 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.

Further reading