Sự hoàn thiện mARN ở eukaryote (nhân chuẩn)

Cắt bỏ các intron Quá trình này xảy ra trong nhân nhằm cắt bỏ các trình tự intron không mã hóa khỏi phân tử tiền mARN để hình thành nên phân tử mARN hoàn chỉnh chỉ chứa các trình tự mã hoá liên tục tương ứng với các exon. Sau đó, phân tử mARN hoàn chỉnh được chuyển ra tế bào chất để làm khuôn tổng hợp protein. Quá trình cắt bỏ intron phụ thuộc vào trình tự tín hiệu ở các đoạn nối giữa các intron và exon. Các intron điển hình được giới hạn bởi đầu 5’-GT và...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự hoàn thiện mARN ở eukaryote (nhân chuẩn) Sự hoàn thiện mARN ở eukaryote (nhân chuẩn)1. Cắt bỏ các intronQuá trình này xảy ra trong nhân nhằmcắt bỏ các trình tự intron không mã hóakhỏi phân tử tiền mARN để hình thànhnên phân tử mARN hoàn chỉnh chỉ chứacác trình tự mã hoá liên tục tương ứngvới các exon.Sau đó, phân tử mARN hoàn chỉnh đượcchuyển ra tế bào chất để làm khuôntổng hợp protein.Quá trình cắt bỏ intron phụ thuộc vàotrình tự tín hiệu ở các đoạn nối giữa cácintron và exon. Các intron điển hìnhđược giới hạn bởi đầu 5’-GT và 3’-AG.Đoạn trình tự tín hiệu đầy đủ ở đầu 5’gặp ở phần lớn các gen là: 5’-AGGTAAGT-3’ và ở đầu 3’ là 5’-YYYYYYNCAG-3’ (Y= pyrimidin, N =nucleotit bất kỳ).Việc cắt bỏ các intron được thực hiệnbởi một phức hệ gọi là spliceosom, gồmphân tử tiền -mARN liên kết với các hạtribonucleoprotein nhân kích thước nhỏsnRNP (small nuclear ribonucleoproteinparticle, được đọc tắt là snớp). snRNPđược tạo thành tự sự liên kết giữasnARN và protein. Có 5 loại snARN phổbiến được kí hiệu là U1, U2, U4, U5 vàU6. Mỗi loại liên kết với một số phântử protein để hình thành nên snRNP. TrừU4 và U6 thường tìm thấy trong cùngmột snRNP, còn các loại khác tìm thấytrong các snRNP riêng biệt.Quá trình cắt intron trải qua một sốbước như sau (hình 5 và 6):1) U1 snRNP gắn vào vị trí cắt đầu 5’của intron. Việc gắn này dựa trênnguyên tắc bổ trợ của U1 snARN cótrong snRNP với trình tự ở đoạn nối vớiexon ở gần đầu 5’ của intron.2) U2 snRNP gắn vào một trình tựgọi là điểm phân nhánh nằm ngượcdòng so với đoạn nối với exon về phíađầu 3’ của intron. Điểm phân nhánh là vịtrí đặc thù của các intron, tại đó chứamột adenyl là vị trí gắn vào của đầu 5’tự do của intron trong quá trình cắt bỏintron.3) Phức hệ U4 / U6 snRNP tương tácvới U5 snRNP rồi gắn vào các phức hệU1 và U2 snRNP làm hai đầu 5’ và 3’của intron tiến lại gần nhau, tạo thànhcấu trúc thòng lọng.4) U4 snRNP tách ra khỏi phức hệ,lúc này spliceosome chuyển thành dạngcó hoạt tính cắt (exonuclease).5) snRNP cắt intron ở đầu 5’ tạo ramột đầu 5’ tự do. Đầu này sẽ liên kếtvới nucleotit A tại điểm phân nhánh vàovị trí nhóm 2’- OH (liên kếtphosphodieste 5’-2’). Nhóm 3’- OH củaadênyl này vẫn liên kết bình thường vớinucleotit khác trong chuỗi.6) Intron được cắt ở phía đầu 5’(intron vẫn ở dạng thòng lọng) và cácexon liền kề ở hai đầu 5’ và 3’ củaintron liên kết với nhau. Lúc này phứchệ snRNP rời khỏi phân tử ARN. Và quátrình cắt intron như vậy được lặp đi lặplại.Quá trình cắt intron như trên được tìmthấy ở các gen được phiên mã nhờ ARNpolymerase . Ngoài cơ chế trên đây, mộtsố loại phân tử ARN có thể tự cắt bỏintron. Quá trình cắt bỏ intron này khôngphụ thuộc vào protein và được gọi là cácintron nhóm . Cơ chế tự cắt của cácintron nhóm được tìm thấy ở các genrARN, một số gen mã hóa protein trong tithể và một số gen mã hóa mARN vàtARN ở thực khuẩn thể.Một ví dụ về quá trình tự cắt của intronnhóm (ở Tetrachynema) được mô tả nhưsau:1) Phân tử tiền -mARN được cắt ở vịtrí nối với exon ở phía đầu 5’ và mộtnucleoit G gắn vào vị chí cắt này.2) Intron được cắt ở vị trí nối tại đầu3’.3) Hai exon liền kề được nối lại vớinhau.4) Phần intron được cắt ra đóng vòngtạo thành một phân tử ADN dạng vòng.Sản phẩm tạo ra là intron ở dạng mạchvòng còn phân tử ADN chứa các exon ởdạng mạch thẳng.Quá trình tự cắt của intron nhóm dochính ARN tự xúc tác, và các ARN cóhoạt tính như vậy được gọi là ribozym.Tuy vậy, hoạt tính tự xúc tác của ARNkhông nên coi là hoạt tính enzym. Bởi,không giống như enzym protein, cácphân tử ARN không trở về dạng ban đầusau khi phản ứng kết thúc.Việc tìm ra ARN có hoạt tính xúc tácgần giống với protein đã làm thay đổiquan điểm về nguồn gốc sự sống.Trước đây, người ta cho rằng protein làyếu tố thiết yếu để quá trình sao chépcác nucleotit có thể xảy ra. Nhưng lýthuyết mới gần đây cho rằng các axitnucleic đầu tiên có khả năng tự sao chépthông qua hoạt tính kiểu ribozym.2. Lắp mũĐầu 5’ của phân tử mARN ở sinh vậtnhân chuẩn được sửa đổi bằng cách gắnthêm một nucleotit bị cải biến là 7-methylguanosin (7-mG); quá trình đóđược gọi là sự lắp mũ. Mũ 7-mG đượcgắn nhờ enzym guanyltransferase nốiGTP với nucleotit đầu tiên của mARNbằng liên kết triphotphat 5’® 5’ khácthường. Sau đó enzym methyl transferasesẽ gắn thêm nhóm -CH3 vào nitơ số 7của vòng guanin; đồng thời thường gắnthêm cả vào nhóm 2’- OH của đườngribose của hai nucleotit kế tiếp. Việc tạomũ giúp bảo vệ đầu 5’ của mARNkhông bị phân hủy bởi exonuclease trongtế bào chất, đồng thời làm tín hiệu choribosom nhận biết điểm bắt đầu củaphân tử mARN.3. Gắn đuôi poly (A)Đầu 3’ của phân tử tiền -mARN củahầu hết các sinh vật nhân chuẩn đượcsửa đổi bằng cách thêm vào một đoạntrình tự poly A (còn được gọi là đuôipolyA) có thể dài tới 250 bazơ adenin.Sự sửa đổi này được gọi là đa adeninhóa và cần có một trình tự tín hiệu trênphân tử tiền -mARN. Đó là trình tự 5’-AAUAAA-3’ nằm gần đầu 3’ của phântử tiền -mARN. Khoảng 11 - 20 bazơtiếp theo có trình tự là YA (Y=pyrimidin), rồi tiếp đến là đoạn trình tựgiàu GU nằm xuôi dòng. Có nhiềuprotein đặc hiệu có khả năng nhận biếtvà gắn vào đoạn trình tự tín hiệu tạothành một phức hệ cắt mARN ở vị tríkhoảng 20 nucleotit phía sau của trình tự5’-AAUAAA-3’. Sau đó, enzym poly(A)polymerase sẽ bổ sung thêm các adeninvào đầu 3’ của mARN. Mục đích tạođuôi A còn chưa rõ, nhưng có thể nó cóvai trò bảo vệ cho mARN không bị phânhủy ở đầu 3’ bởi exonuclease. Tuynhiên, một số mARN, như mARN mãhoá các protein histon, không có đuôipolyA (nhưng thường có thời gian tồntại ngắn). ...