Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Связь транскрипции со сборкой и транспортом мРНП

ВАК РФ 03.01.03, Молекулярная биология

Автореферат диссертации по теме "Связь транскрипции со сборкой и транспортом мРНП"



На правах рукописи УДК 575.22:595.773.4

Орлова Анастасия Владимировна

Связь транскрипции со сборкой и транспортом мРНП

03.01.03 - молекулярная биология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

- 9 ДЕН 2910

Москва 2010

004616243

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте биологии гена РАН,

В лаборатории регуляции экспрессии генов

Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор Георгиева С.Г.

кандидат биологических наук Копытова Д.В.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, Зацепина О.В.

кандидат биологических наук, Мельникова Л.С.

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук институт молекулярной генетики РАН

Защита диссертации состоится 23 декабря 2010 года в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д.002.037.01 при учреждении Российской академии наук Институте биологии гена РАН по адресу: 119334, Москва, ул. Вавилова, д.34/5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения российской академии наук Института молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН по адресу:

119991, Москва, ул. Вавилова, д.32. Автореферат разослан ноября 2010 года.

Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат фармацевтических иаук/^? (Брабовская Л.С.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Основополагающим свойством эукариотической клетки является наличие ядерной оболочки, разделяющей клетку на два основных компартмента, ядро и цитоплазму. В результате две основных стадии экспрессии генов, транскрипция и трансляция, пространственно разнесены. Благодаря этому разделению у эукариот возникают многочисленные этапы процессинга мРНК, которых нет у прокариот.

Транскрипция является первым этапом реализации наследственной информации. У эукариот гены, кодирующие мРНК, транскрибируются РНК-полимеразой II. Образующаяся в результате транскрипции мРНК проходит три основных этапа созревания - формирование кэпа на 5' конце, сплайсинг икгронов (в случае, когда они есть) и созревание 3' конца -укорачивание транскрипта по определенному сайту, сопровождающееся присоединением полиА последовательности. Синтезируемую мРНК можно рассматривать как «фабрику созревания», внутри которой протекают множественные взаимодействия между белковыми факторами, принимающими участие в различных этапах процессинга, что позволяет значительно повысить эффективность и специфичность протекающих процессов. Важную роль в интеграции факторов процессинга на ранних стадиях синтеза мРНК играет С-концевой домен большой субъединицы РНК-полимеразы II, слабоструктурированный домен, подверженный многочисленным модификациям, которые облегчают его взаимодействие с различными факторами процессинга и сборки мРНП.

Экспорт готовых к трансляции мРНК через ядерные поры - кульминационный момент ядерной стадии экспрессии генов, мРНК транспортируется из ядра только после прохождения через все этапы созревания. Неправильно процессированные и неправильно собранные мРНП задерживаются в ядре и подвергаются деградации - их появление в цитоплазме может помешать метаболизму или послужить матрицей для синтеза токсичных для клетки белков.

Современные представления об экспорте мРНК из ядра в цитоплазму заключается в следующем: белки, напрямую взаимодействующие с мРНК, выступают в роли адаптеров, которые взаимодействуют с ядерными рецепторами, доставляющими мРНК в составе мРНП к ядерным порам (NPC - nuclear pore complex).

Несмотря на важность процессов формирования зрелых мРНП, механизмы ремоделинга, протекающие в сайте транскрипции и обеспечивающие транслокацию мРНП

через ядерную пору и отсоединение от NPC со стороны цитоплазмы, изучены ещё очень слабо.

Изначально различные стадии экспрессии генов рассматривались и изучались, как полностью независимые друг от друга (все эти процессы in vitro протекают независимо), в последнее время становится понятным, что in vivo они тесным образом взаимосвязаны. Сопряжение этапов экспрессии генов является необходимым для формирования готовых к экспорту мРНП, нарушение одних этапов может влияние на эффективность протекания других стадий формирования мРНП. Так, нарушение транскрипции оказывает негативное влияние на процессинг и экспорт мРНК, и наоборот - нарушения процессинга способны негативно влиять на транскрипцию. Изучению молекулярных механизмов, принимающих участие в сопряжении последовательных этапов экспрессии генов в ядре, посвящена настоящая работа.

В данной работе впервые функционально охарактеризован комплекс ENY2-THO у Drosophila melanogaster. Для белка ENY2 ранее в нашей лаборатории было показано, что он принимает участие в двух этапах экспрессии генов - активации транскрипции и экспорте мРНК. В данной работе показано, что ENY2 в составе комплекса ENY2-THO также принимает участие в элонгации транскрипции гена теплового шока hsp70 и в созревании 3' конца образующихся в результате транскрипции молекул пре-мРНК. ENY2 привлекает ТНО на ген теплового шока, участвуя в сопряжении двух последовательных этапов транскрипции, инициации и элонгации.

Таким образом, ENY2 - пример белкового фактора, который интегрирует последовательные стадии экспрессии генов.

Цели и задачи исследования

Ранее неизвестный ENY2-содержащий комплекс с молекулярной массой 2.0 МДа был выделен в нашей лаборатории методами классической хроматографии из ядерного белкового экстракта, полученного из эмбрионов D.melanogaster. MALDI анализ белкового состава этого комплекса показал наличие в нем субъединиц комплекса ТНО; HPR1, ТН02, ТНОС5, ТНОС6 и ТНОС7, идентичных выделенным ранее [Rehwinkel, 2004]. На основании этих данных была сформулирована цель этой работы - подтвердить существование и охарактеризовать функциональное значение комплекса ENY2-THO у D.melanogaster.

В качестве модельной системы был выбран кластер генов теплового шока hsp70, так как ранее было показано, что ENY2 и ТНО принимают участие в транскрипции этого

кластера. В ходе исследования предполагалось решить следующие экспериментальные задачи:

1. Показать, что ENY2 и ТНО формируют дискретный комплекс, отличный от других ENY2-содержащх комплексов;

2. Исследовать распределение ENY2-THO на кластере генов hsp70 и выявить, участвует ли ENY2 в привлечении ТНО на кластер генов hsp70;

3. Охарактеризовать взаимодействие ENY2 и ТНО с мРНК hsp70 и исследовать, участвуют ли ENY2 и ТНО в созревании 3' конца пре-мРНК hsp70.

Научная новизна и практическая ценность работы

В данной работе впервые было показано, что ENY2 является компонентом комплекса ТНО у D.melanogaster, участвующего в нескольких этапах экспрессии генов. ENY2 и ТНО привлекаются в транскрибируемую область гена hsp70 при активации транскрипции, ассоциированы с образующейся мРНК. При этом присутствие ENY2 существенно для привлечения ТНО. Истощение ENY2 и компонентов ТНО эмбриональных клеток дрозофилы культуры S2 снижает уровень процессинга 3' концов новосинтезированной мРНК.

Таким образом, продемонстрировано, что существует не менее двух различных видов сопряжения различных этапов экспрессии генов с участием белка ENY2. Во-первых, комплекс ENY2-THO принимает участие не менее, чем в двух последовательных стадиях формирования готовых к экспорту из ядра мРНП, элонгации транскрипции и процессинге З'конца пре-мРНК hsp70. Во-вторых, как было показано ранее, ENY2 входит в состав ещё двух комплексов, один из которых - SAGA - участвует в инициации транскрипции, другой -АМЕХ - вовлечен в процесс экспорта мРНК в цитоплазму. Полученные в ходе выполнения данной работы данные позволяют более детально определить функции белка ENY2 в клетке: ENY2, как компонент нескольких белковых комплексов, вовлечен в несколько последовательных этапов экспрессии генов в ядре и принимает участие в их сопряжении.

В настоящее время неясно, является ли столь тесное сопряжение обязательным для всех этапов биогенеза мРНК и одинаково важным для экспрессии всех генов, но это свойство факторов транскрипции и процессинга предоставляет множество возможностей для координированной регуляции всего процесса формирования готовых к экспорту мРНП и коррекции возникающих нарушений.

Полученные данные также позволяют выделить следующие особенности механизма функционирования ТНО у дрозофилы: привлечение ENY2-THO на ген hsp70 протекает

независимо от РНК-полимеразы И, взаимодействие с транскрибируемым участком гена идет через образующуюся в процессе транскрипции молекулу мРНК. Полученные результаты коррелируют с уже известными данными о функционировании ТНО у человека, но отличаются от известных для дрожжей. Данная работа имеет большое значение для развития молекулярной биологии, так как вносит значительный вклад в понимание различий механизмов процессинга мРНК у одноклеточных и многоклеточных эукариот.

Полученные данные в дальнейшем можно будет использовать для создания новых систем контроля количества функциональной мРНК в клетке, которые можно будет использовать в биотехнологии и медицине.

Апробация работы

Результаты работы были представлены автором на следующих конференциях: Всероссийская научная школа для молодежи «Горизонты нанобиотехнологии» (Москва; 2009), XXII зимняя молодежная научная школа «Перспективные направления физико-химической биологии и биотехнологии» (Москва; 2010), International symposium «Control of gene expression and cancer» (Москва; 2010)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ. Из них статей - 3; тезисов, докладов и материалов конференций - 3.

Объем и структура диссертации

Диссертация изложена на страницах и состоит из разделов: введение, обзор

литературы, объект и задачи исследования, материалы и методы, результаты, обсуждение результатов, выводы, личный вклад автора, благодарности и список литературы. Диссертация содержит рисунков. Библиография включает источников.

II. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Введение

Белок E(y)2/ENY2, продукт гена е(у)2 у Drosophila melanogaster [Georgiev, 1989], был впервые охактергоован в нашей лаборатории как коактиватор транскрипции, который принимает участие в регуляции экспрессии генов на разных этапах развития дрозофилы [Georgieva, 2001]. Было показано, что ENY2 входит в состав гистонацетилтрансферазного комплекса БАбАЯРТС, который участвует в активации транскрипции. Кроме того, на модели кластера SAGA-зависимых генов теплового шока hsp70 было показано, что ENY2 активирует транскрипцию, участвует в прикреплении кластера генов белка теплового шока hsp70 к NPC. Также было показано, что ENY2 в составе комплекса АМЕХ принимает участие в экспорте мРНК [Kurshakova, 2007]. Кроме того, ENY2 является компонентом белкового комплекса 8и(Н\у)-зависимых инсуляторов. ENY2 связывается с доменом цинковых пальцев белка Su(Hvv) и необходим для барьерной активности Su(Hvv)-3aBncnMtix инсуляторов [Kurshakova, 2007].

ТНО - ядерный белковый комплекс, был впервые открыт у дрожжей. У дрожжей ТНО состоит из четырех субъединиц, Hprlp, Tho2, Mftlp и Thplp. Дальнейшие биохимические исследования показали, что факторы экспорта мРНП Sub2p и Yralp взаимодействуют с ТНО комплексом. Вместе Sub2p, Yralp и ТНО формируют комплекс TREX (transcription and mRNA export). У Drosophila melanogaster и у человека ТНО содержит два белка-гомолога дрожжевых, Tho2p и Hprlp, и три белка: ТНОС5, ТНОСб и ТНОС7, не имеющие ортологов у дрожжей. UAP56 и REFl/Aly, гомологи субъединиц Sub2p и Yralp комплекса TREX, у Drosophila melanogaster не были найдены в очищенных комплексах, что указывает на их слабое сродство к ТНО.

ТНО у дрожжей принимает участие в элонгации транскрипции, процессинге 3' концов пре-мРНК, формировании и экспорте мРНП частиц [Chavez, 2000, Saguez, 2008]. Для гомологов ТНО у дрозофилы и человека показано, что они также принимают участие в экпорте мРНК ряда генов, в том числе и мРНК генов теплового шока [Masuda, 2005; Rehwinkel, 2004].

ENY2 и ТНО формируют дискретный комплекс

Для изучения взаимодействия ENY2 и ТНО были получены и аффинно очищены поликлональные кроличьи антитела против белка HPR1, консервативного компонента ТНО

у эукариот, и против белка ТНОС5, специфического компонента ТНО у высших эукариот.

5

Вестрен-блот анализ показал, что очищенные антитела специфично узнают в экстракте белки размером 95 кДа (антитела против HPR1) и 72 кДа (антитела против ТНОС5) (рис.1 А), что соответствует молекулярным массам белков HPR1 и ТНОС5 у дрозофилы определенными ранее [Rehwinkel, 2004].

Взаимодействие ENY2 и ТНО было подтверждено экспериментами по иммунопреципитации антителами против ENY2, HPRi и ТНОС5 из эмбрионального ядерного экстракта, обработанного ДНКазой I и РНКазой А (Рис. 1Б). Антитела против ENY2 не полностью соосадили компоненты ТНО из экстракта. Это говорит о том, что ENY2 взаимодействует лишь с частью компонентов ТНО. Чтобы проверить, взаимодействует ли комплекс ENY2-THO с другими ЕМУ2-содержащими комплексами SAGA и АМЕХ, были проведены эксперименты по иммунопреципитации антителами против белков-компонентов комплексов SAGA и АМЕХ компонентов ТНО из эмбрионального ядерного экстракта. Взаимодействия компонентов комплексов SAGA и АМЕХ с ТНО не наблюдалось (Рис. 1Б).

ИП ИП

Б и ч „

N г- о А «

? 0 СП

ИФ g х Í ПИ ИФ х о ПИ

THOCS м<г »—»еЫВ —

> . те IÄ

hpri W——

GCN5 ■§«— им» 1 М .

Xmas-2 а-ч >—.

ENY2 ' Щ—» —

Рис.1 ENY2 взаимодействует с TIIO-комплексом

А - Вестерн-блот анализ полученных антител к белкам HPR1 и ТНОС5. Экстракт, полученный из эмбрионов D.melanogaster, был нанесен в широкую ячейку, после переноса белков мембрана была разрезана на полосы, каждая из которых была окрашена с использованием ПИ - преимунной сыворотки, ИС - иммунной сыворотки, ИС2 - иммунной сыворотки, преадсорбированной с пептидом, использованным для очистки антител, АТ -аффинно очищенные антитела к HPR1 и ТНОС5.

Б - Коиммунопреципитация компонентов ТНО-комплекса с ENY2 и компонентами ENY2-содержащих комплексов SAGA и АМЕХ. Эксперименты по иммунопреципитации (ИП) из ядерного экстракта проводились с использованием антител против ENY2, субъединиц ТНО (ТНОС5, HPR1), SAGA (GCN5) и АМЕХ (Xmas-2) или преимунной сыворотки (ПИ). Хотя ENY2 ассоциирован со всеми проанализированными белками, не было замечено взаимодействия компонентов ТНО с SAGA и АМЕХ. Были проанализированы иммунопреципитированные белки и эквивалентное количество экстракта (ИФ - исходная фракция).

Для того, чтобы проверить колокализуются ли ENY2 и ТНО ш vivo, было проведено коиммуноокрашивание политенных хромосом из слюнных желёз личинок дрозофилы

антителами против ТНОС5 и ENY2 (Рис.2). Антитела против ТНОС5 окрасили большое количество транскрипционно активных локусов, почти все эти локусы также окрасились антителами против ENY2. Следовательно, ТНО и ENY2 колокализуются на политенных хромосомах т vivo. Присутствие ТНОС5 и ENY2 в большом количестве сайтов на политенных хромосомах говорит о том, что ENY2-THO вовлечен в экспрессию большого количества генов дрозофилы.

Рис.2 ENY2 колокализуется с ТНОС5 на политенных хромосомах, выделенных из слюнных желез личинок D.melanogaster Проводили иммунокрашивание политенных хромосом

антителами против ENY2 и ТНОС5, на рисунке приведено наложение и окрашивание DAPI.

Чтобы оценить распространенность ENY2, ТНО и SAGA в различных локусах генома, была проведена их тройная колокализация на политенных хромосомах (Рис.3). ENY2 и HPR1 распределены по всему геному, часть локусов на хромосомах, в которых есть ENY2 и HPR1, не содержат Ada2b, компонента SAGA. Это говорит о том, что ТНО и ENY2 могут присутствовать на генах, не содержащих SAGA.

Полученные результаты говорят о том, что ENY2 и ТНО формируют дискретный комплекс.

ЕХУ'2 и ТНО привлекаются на транскрибируемую область гена /1$р70 при активации транскрипции

Роль комплекса ЕОТ2-ТНО в контроле экспрессии индивидуальных генов изучалась на примере кластера генов Изр70 у дрозофилы.

ENY2 ТНОС5 Наложение DAPI

/

\ **

ENY2

/ i 1 i.

HPFÍ1

/ 1 1 i

/ Айз2Ъ 1 i i

/ 1

ENY2»MPRí- ►Ada2l>

Рис.3 Тройная колокализация ENY2, ТНО и SAGA на политенных хромосомах, выделенных из слюнных желез личинок D.melanogaster

Иммуноокраншвание политенных хромосом антителами против ENY2, HPR1, Ada2b. На рисунке также приведено двойное наложение окрашиваний ENY2+HPR1, тройное наложение окрашиваний

ENY2+HPR1+Ada2b. Стрелками указаны сайты, в которых есть ENY2 и HPR1, но нет Ada2b.

Кластер генов hsp70 состоит из шести почти идентичных копий безинтронного гена hsp70, которые синхронно активируются при тепловом шоке. Распределение ENY2 и компонентов ТНО (HPR1 и ТНОС5), а также РНК-полимеразы II по кластеру генов hsp7fí в клетках культуры Шнайдер 2 (S2) было проанализировано при нормальной температуре (НТ) и при тепловом шоке (ТШ) с использованием метода хроматин иммунопреципитации (ChIP) с последующим анализом полученных результатов методом ПЦР в реальном времени с использованием 13 пар праймеров, перекрывающих весь ген hsp70 (Рис. 4А). В нормальных условиях ENY2 локализован на промоторе гена hsp70, также как и компоненты SAGA, GCN5 и Ada2b [Lebedeva et al. 2005]. РНК-полимераза II также представлена на промоторе, как было показано ранее [Rasmussen, 1993]. HPR1 и ТНОС5 отсутствуют на неактивированном гене hsp70. Этот результат был подтвержден иммуноокрашиванием политенных хромосом, выделенных из слюнных желёз личинок D.melanogaster антителами против ТНОС5 (Рис.4Б). Без теплового шока ТНОС5 отсутствует на гене hsp70 ( локус 87А-87В).

При тепловом шоке происходила активация транскрипции hsp70, количество РНК-полимеразы II в транскрибируемой области гена сильно возрастало. ENY2 также обнаруживался на промоторе hsp70 с небольшим сдвигом пика в транскрибируемую область, подобно пику полимеразы. Второй широкий пик ENY2 наблюдался в транскрибируемой области. Данные экспериментов по иммуноокрашиванию политенных хромосом и СЫР указывают, что компоненты ТНО появляются на гене hsp70 при тепловом шоке (Рис.4А, 4Б). Интересно, что у компонентов ТНО, также как и у ENY2, наблюдалось два пика. Острый пик наблюдался сразу же за промотором, тогда как второй широкий пик покрывал всю транскрибируемую область гена. Таким образом, и ENY2, и ТНО при активации транскрипции привлекались на транскрибируемую область hsp70, и распределение HPR1 и ТНОС5 в общем совпадало с распределением ENY2.

Рис.4 ENY2 и ТНО привлекаются на д транскрибируемую область гена hsp70 с

последующей активацией транскрипции

А - Распределение РНК-полимеразы II (Pol II), ENY2, THOCS и HPR1 на hsp70 гене при нормальной температуре (НТ) и после теплового шока (Till), полученное методом иммунопреципитации хроматина, измерения проводили с использованием 13 пар праймеров, перекрывающих весь ген hsp70. Данные представлены в процентах от исходной фракции, значения фона (иммунопреципитация за

иммуноглобулины из преиммунной с К ^ \ сыворотки) варьировали от 0,02 до 0,05%

р " " ' \ ДЛ" разных точек. На схеме гена hsp70

стрелка указывает точку начала транскрипции, черными полосами обозначены нетранслируемые области, белой рамкой обозначена кодирующая область гена.

Б - ТНО приходит в индуцированные тепловым шоком пуфы (87А, 87В) на политенных хромосомах, выделенных из слюнных желёз личинок D.melanogaster. Иммуноокрашивание проводили с использованием антител против ТНОС5, РНК-полимеразы II (Pol II) и DAPI.

/V. •

»• - — — — а. » »

■

1 Л.

- • ™ - - — — - 0 «в IBM ГМО »№ ~ — ~

« KV rJ »»И

HT

ТНОС5j |t

DAPI j аа

Polll j • lt

87A876

Кроме того было проанализировано присутствие Хтаз-2, компонента комплекса АМЕХ, (КигеЬакоуа е1 а1. 2007) на гене Ыр70. СЫР метод показал его отсутствие на гене Изр70. Этот факт можно объяснить слабой ассоциацией Хпш-2 с хроматином, а не качеством антител, с ним взаимодействующих, поскольку качество антител было проверено в экспериментах по иммунопреципитации белков из эмбриональных экстрактов и в опытах по коиммунопреципигации РНК (см. ниже).

ЕМУ2 необходим для привлечения ТНО на ген 1чр70

Чтобы выяснить, участвует ли ЕЫУ2 в привлечении ТНО комплекса на ген, проводили нокдаун белка ЕЫУ2 в 52-клетках методом РНК-интерференции и анализировали, присутствует ли при этом ТНО на гене Ыр70 после теплового шока. Количество ЕЫУ2 в клетке было снижено в 20 раз по сравнению с контрольными клетками, в то время как количество НРШ и ТНОС5 в клетке не изменилось, это говорит о специфичности РНК-интерференции ЕИУ2. При этом связь ТНОС5 с геном Ыр70 значительно ослабла и упала до уровня фона (Рис.5А). Таким образом, ЕКУ2 необходим для привлечения ТНО на ген Ыр70.

Нарушение привлечения ТНО могло быть также вызвано снижением уровня транскрипции 1кр70, наблюдаемом при нокдауне ЕКУ2 [КигеЬакоуа, 2007]. Влияние уровня транскрипции на привлечение ТНО было описано у дрожжей [Лтепо, 2008]. Чтобы выяснить, будет ли наблюдаться такой эффект у дрозофилы, был проведен нокдаун белка ОС№ методом РНК-интерференции. Это привело к снижению уровня транскрипции 1г$р70, такому же, как и при уменьшении количества ЕОТ2 в клетке. В этом случае уменьшение привлечения ТНО на ген /гзр70 было незначительным по сравнению с тем, что наблюдалось после нокдауна ЕКУ2. Привлечение ТНО на ген кчр70 оставалось неизменным в том случае, когда мы проводили нокдаун белка Хтаз-2, который оказывает незначительное влияние на транскрипцию \isp70 (Рис.5Б). В целом, влияние нокдаунов и Хтаз-2 на привлечение

ТНО сравнимо с влиянием на уровень транскрипции Изр70. По результатам проведенных экспериментов был сделан вывод, что основное снижение количества ТНО на Й5р70 после нокдауна ЕИУ2 происходит из-за отсутствия последнего, а не из-за снижения уровня транскрипции гена Ыр70. При нокдаунах ОСЫ5 и Хтаз-2 привлечение ЕМУ2 на Ыр70 менялось таким же образом, как привлечение ТНОС5, что подтверждает его ассоциацию с ТНО на транскрибируемом участке (рис.5А).

Каждый из нокдаунов ЕКУ2, ОСЫ5, Хтаз-2 также не оказывал влияния на количество двух других факторов и компонентов ТНО в клетках (Рис.5В). Исходя из этого, снижение количества ТНО на гене Ыр70 при нокдауне ЕЫУ2 не было вызвано уменьшением

количества ТНО в клетке. Таким образом, ЕКУ2, как компонент ТНО, необходим для его привлечения на ген.

РНКи pSK ENY2 ЕИУ2 т ТНОС5 HPR1 тубупин РНКи р$К GCN5 GCN5 "" THOC5 «■» «■» ENY2 Ш Ш тубулин — РНКи pSK Xmas-2

Xmas-2 «— ■ THOC5 mm —

тубулин ni

ип

in

N - о _

> Ю ;

2 О. I о о

ИФ ш х н ас

РНКи psk

GCN5 Xmas-2

Рис.5 Нокдаун ENY2 ослабляет рекрутирование ТНО на ген hsp70

А - ТНОС5 и ENY2 на транскрибируемой области гена hsp70 в точке +79 (черные столбцы) и +1395 (серые столбцы) при тепловым шоке оценили методом иммунопреципитации хроматина после нокдаунов ENY2, GCN5 или Xmas-2. В контрольных экспериментах клетки обрабатывали неспецифической dsRNA (pSK), Значения фона (иммунопреципитация за иммуноглобулины из преиммунной сыворотки) варьировали от 0,05 до 0,15%. Б - Количество транскриптов гена hsp70 после нокдауна соответствующих факторов относительно контрольных клеток.

В - Специфичность нокдаунов ENY2, GCN5 и Xmas-2. Присутствие указанных белков проанализировали в клетках, обработанных неспецифической dsRNA (pSK) и соответствующей dsRNA. В качестве контроля использовали тубулин.

Г - ENY2 и компоненты ТНО не ассоциированы с Pol II в клеточном экстракте. Проводили иммунопреципитацию из экстракта клеток культуры Шнайдер 2(S2) после теплового шока с использованием антител против ENY2, ТНОС5, HPR1, Pol II и преимунной сыворотки. В полученной смеси оценили тотальное количество Pol II и Pol II, несущей фосфорилированный Ser 5 в CTD, который является маркером элонгирующей полимеразы.

Для дрожжей было показано, что РНК-полимераза II принимает участие в привлечении ТНО на ген. Чтобы оценить её участие в привлечении ЕЫУ2 и ТНО на ген у Дте/аяо^сШег, были проведены эксперименты по коиммунопреципитации из ядерного экстракта 82 клеток. Было изучено, взаимодействует ли РНК-полимераза II с ЕОТ2-ТНО комплексом (Рис.5Г). В экспериментах по коиммунопреципитации ЕОТ2, ТНОС5, НРШ не взаимодействуют с РНК-полимеразой II. Таким образом, РНК-полимераза II не участвует в привлечении ЕОТ2-ТНО на ген /ир70.

ЕГ*ГУ2 и ТНО котранскрипционно взаимодействуют с образующейся мРНК

На следующем этапе работы было проверено, обусловлено ли присутствие ЕКУ2 и ТНО в транскрибируемой части гена взаимодействием с ДНК или с образующейся пре-мРНК. Для этого был использован метод, предложенный АЬгит е1 а1. 2004. В экспериментах по иммунопреципитации хроматина перед иммунопреципитацией хроматин был обработан РНКазой А. Обработка не повлияла на белки, которые взаимодействуют с хроматином напрямую. Количество белков, взаимодействующих с хроматином через РНК, после обработки РНКазой А уменьшилось.

Обработка РНКазой А привела к небольшому повышению пика РНК-полимеразы II на промоторе и оказала незначительное влияние на её распределение на транскрибируемой области. Количество ТНОС5 и НРШ сильно снизилось по всей длине гена, небольшое количество ТНО сохранилось на 3' концевой части гена (Рис.бА). Проведенный эксперимент показывает, что ТНО ассоциирован с геном посредством взаимодействия с РНК.

Количество ЕКУ2 в транскрибируемой части гена также значительно уменьшилось. Однако пик ЕЫУ2 на промоторе стал даже выше после обработки РНКазой А, что говорит о том, что на промоторе ЕЫУ2 взаимодействует с хроматином напрямую (Рис.бА). Небольшое увеличение пиков ЕМУ2 и РНК-полимеразы II после обработки РНКазой А можно объяснить повышением доступности этих белков для антител после удаления формирующейся мРНК и ассоциированных с ней факторов. Такой эффект был описан ранее [АЬгигг!, 2004].

Чтобы подтвердить, что ЕЫУ2 и ТНО взаимодействуют с мРНК, были проведены эксперименты по коиммунопреципитации мРНК %)70 за антитела к ЕЫУ2, ТНОС5 и НРШ из лизата 82 клеток, которые были подвергнуты тепловому шоку (Рис.бБ). Антитела к перечисленным белкам, а также антитела к Хтаз-2, специфично копреципитируют мРНК Ыр70. Это подтверждает, что Е>ГУ2 и ТНО ассоциированы с мРНК Ыр70, как и Хта5-2.

Полученные данные указывают на то, что ЕКУ2, ТНОС5 и НРШ ассоциированы с формирующимися в процессе транскрипции мРНП.

Рис.6 ЕОТ2, ТНО и Хтав-2 ассоциированы с мРНК

А - Влияние обработки РНКазой на распределение РоШ, ЕМУ2, ТНОС5 и НРШ на гене 1гзр70 после теплового шока. Сплошной линией показаны результаты экспериментов, в которых хроматин в реакции иммунопреципитации хроматина был обработан РНКазой А, прерывистой линией - когда обработка РНКазой А не проводилась. Результаты иммунопреципитации хроматина показаны в процентах от исходной фракции, уровень фона варьировал в пределах 0,02-0,05% от точки к точке.

Б - мРНК Изр70, соосажденная антителами к ЕИУ2, ТНО и Хта5-2. РНК-иммунопреципитацию проводили с использованием антител к перечисленным белкам (^й из преиммунной сыворотки использовали в качестве отрицательного контроля), из лизата Б2 клеток, подвергнутых тепловому шоку. Результаты приведены в процентах от исходной фракции.

В - компоненты ТНО колокализуются с комплексом ядерной поры (ЫРС). На рисунке приведены иммуноокрашивания 82 клеток антителами к Е"ОТ2, ТНОС5, НРШ, Хтаэ-2 (красным) и антителами к МРС (зеленым), наложение окрашиваний и увеличенный фрагмент наложенного изображения. Увеличение ЮООх, для наложений из правого столбца ЗОООх.

Кроме того было проанализировано распределение ТНО комплекса в S2 клетках D.melanogaster. Большая часть ENY2 и Xmas-2 локализуется в виде точек на периферии и внутри ядра, как было показано ранее [Kurshakova, 2007]. Компоненты ТНО распределяются в ядре S2 клеток сходным с компонентами АМЕХ образом (Рис.бВ). ТНОС5 и HPR1 колокализуются с комплексом ядерной поры, NPC (Nuclear Роге Complex). Колокализация с NPC характерна для белков, принимающих участие в транспорте мРНП. Небольшое количество перечисленных белков присутствует и в цитоплазме S2 клеток.

Суммируя полученные данные, можно сделать вывод, что ENY2-THO взаимодействует с образующейся в процессе транскрипции мРНК. Распределение компонентов ENY2-THO в S2 клетках дает возможность предположить, что этот комплекс ассоциирован с мРНК не только в ядре, но и в цитоплазме, где ENY2-THO может принимать участие в цитоплазматических этапах экспрессии генов.

Нокдаун ENY2 и ТНО влияет на процессинг 3' конца пре-мРНК hsp 70

Ранее было показано, что ТН02 и HPR1 мутации у дрожжей влияют на процессинг 3' конца пре-мРНК [Saguez, 2008]. В связи с этим было решено проверить влияние нокдаунов ENY2 и ТНО на количество непроцессированной мРНК hsp70 в S2 клетках после теплового шока (Рис.7А). Уровень непроцессированных транскриптов измеряли при помощи ПЦР в реальном времени, в качестве матрицы использовали кДНК, синтезированную с использованием гексануклеотидов случайной последовательности. Для получения более достоверных результатов использовали две разных пары праймеров на участок пре-мРНК, расположенный после сигнала полиаденилирования (Рис.7Б). Полученные результаты были одинаковы для разных пар праймеров.

Нокдауны ТНОС5 и HPR1 приводили к увеличению количества непроцессированных транскриптов в два раза, нокдаун ENY2 - в полтора раза по сравнению с контрольными клетками. Нокдауны белков Xmas-2 и GCN5 не оказывали влияния на процессинг 3' конца пре-мРНК hsp70. Таким образом, снижение количества ENY2 или компонентов ТНО нарушает созревание 3' конца транскриптов гена hsp70.

■f

! 2 5 ¡20-H 5 i 1 0 los

[РНКи pSK ENY2 HPR1 THOC5 Xmas-2 SCN5

1 'Г* '

тубулин

rt_

500 1000 1500 2000 2500

Рис.7 Влияние нокдауна ТНО, ENY2, GCN5, Xmas-2 на процессинг 3' конца пре-мРНК hsp70

А - Относительное количество непроцессированных транскриптов hsp70 после нокдаунов соответствующих факторов. Клетки, обработанные неспецифической дцРНК (pSK), использовали в качестве отрицательного контроля. Количество соответствующего белка в контрольных клетках (слева) и в клетках после РНК-интерференции, а также количество выравнивающего белка тубулина в образцах показано ниже. Б - Схема гена hsp70, горизонтальными полосами

отмечены фрагменты гена, которые использовали для измерения общего количества транскриптов и для измерения количества

непроцессированных транскриптов. Два крайних правых фрагмента присутствуют только в непроцессированном транскрипте, сайт расщепления (показан стрелкой в конце транскрибируемой части гена) расположен внутри этого участка.

III. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты, полученные в этой работе, показывают, что ENY2 и ТНО формируют у D.melanogaster дискретный комплекс. Взаимодействие ENY2 и компонентов ТНО не зависит от РНК и ДНК. Результаты ряда независимых экспериментов подтверждают важную функциональную роль взаимодействия ENY2 с ТНО in vivo. Оба эти компонента распределены по транскрибируемой части гена hsp70, котранскрипционное привлечение ТНО зависит от присутствия ENY2. Также ENY2 и ТНО колокализуются на многих транскрипционно активных сайтах политенных хромосом.

Комплекс ENY2-THO не взаимодействует с двумя другими ЕЫУ2-содержащими комплексами, SAGA и АМЕХ. На политенных хромосомах часть локусов, в которых есть ENY2 и ТНО, не содержат SAGA. Это говорит о том, что ТНО и ENY2 могут принимать участие в экспрессии SAGA-независимых генов.

На неактивном гене hsplO ENY2 присутствует на промоторе. На промоторе также присутствуют другие компоненты SAGA [Lebedeva, 2005; Kurshakova, 2007]. При активации транскрипции ENY2 привлекается в транскрибируемую область гена hsp70. Компоненты ТНО отсутствуют на неактивном гене hsp70 и появляются при тепловом шоке. Распределение компонентов ТНО похоже на распределение ENY2. Результаты экспериментов по иммунопреципитации хроматина из экстракта, обработанного РНКазой, и иммунопреципитации мРНП показывают, что у D.melanogaster комплекс ENY2-THO ассоциирован с образующейся в процессе транскрипции мРНК. Количество ENY2 на промоторе не уменьшается при обработке экстракта РНКазой - по-видимому, этот пик дает ENY2, входящий в состав SAGA. Ассоциацию ENY2-THO с образующейся в процессе транскрипции мРНК можно рассматривать как особенность механизма функционирования ТНО у многоклеточных, так как ранее было показано, что у дрожжей ТНО ассоциирован с хроматином напрямую, а у млекопитающих - через взаимодействие с молекулой мРНК [Abruzzi, 2004; Masuda, 2005].

Привлечение ТНО на ген у дрожжей зависит от РНК-полимеразы II [Abruzzi, 2004], Susi, гомолог ENY2 дрожжей, взаимодействует с элонгирующей формой РНК-полимеразы II [Pascual-Garcia, 2008]. Полученные в этой работе данные говорят о том, что у дрозофилы ENY2 необходим для привлечения ТНО в сайт активированной транскрипции. При этом ни ENY2, ни ТНО не взаимодействуют с РНК-полимеразой II. Сходный результат был описан для ТНО человека [Masuda, 2005]. По-видимому, привлечение ТНО в сайты активированной транскрипции у многоклеточных идет по иному, нежели у дрожжей, механизму и не зависит от РНК-полимеразы II.

Уменьшение количества отдельных субъединиц ENY2-THO в клетке приводит к сдвигу соотношения процессированных и непроцессированных транскриптов в сторону последних. Видимо, нарушения в упаковке формирующейся мРНП приводят к нарушениям механизма процессинга 3' конца молекул пре-мРНК.

Также в этой работе было проанализировано участие Xmas-2, субъединицы комплекса АМЕХ, в формировании мРНП. Ранее в нашей лаборатории было показано, что Xmas-2 привлекается в сайты активной транскрипции, в этой работе показано, что он также взаимодействует с мРНК. Метод иммунопреципитации хроматина показывает, что Xmas-2, в отличие от ТНО, не ассоциирован с хроматином в сайтах активной транскрипции. Видимо, Xmas-2 связывается с мРНК на более поздних стадиях биогенеза, нежели ENY2-THO. Также не было обнаружено влияния Xmas-2 на 3' процессинг пре-мРНК hsp70. Видимо, Xmas-2 принимает участие в более поздних стадиях процессинга мРНК и формирования мРНП.

Кроме того, как было показано ранее, Хтаз-2 и ЕЫУ2 в составе комплекса АМЕХ принимают участие в экспорте зрелых мРНП из ядра в цитоплазму [КигеЬакоуа, 2007].

Полученные в этой работе данные говорят о том, что ЕЫУ2-ТНО рассматривать как пример комплекса, задействованного в сопряжении различных этапов экспрессии генов в ядре. ЕЫУ2-ТНО принимает участие в элонгации транскрипции и в созревании образующихся в процессе транскрипции мРНК. Кроме того, ранее было показано, что ТНО необходим для экспорта мРНК генов теплового шока из ядра в цитоплазму [Яе1готке1, 2004]. То, что ЕЫУ2-ТНО вовлечен в последовательные этапы формирования мРНП, открывает дополнительные возможности для эффективной регуляции биогенеза мРНП и для устранения возникающих в процессе созревания мРНП нарушений.

Сравнение полученных в этой работе данных о механизме функционирования ТНО у дрозофилы с данными, полученными при изучении ТНО у дрожжей и человека, позволило выделить особенности механизма процессинга мРНК, которые специфичны для многоклеточных.

Интегрируя данные, полученные в этой работе и данные, полученные ранее, можно сделать следующее заключение: ЕЫУ2 входит в состав нескольких белковых комплексов, принимающих участие в последовательных этапах экспрессии генов. ЕЫУ2 необходим для пространственной координации привлечения этих комплексов на ДНК и РНК, а также для позиционирования генов в ядре (Рис.8).

Участие в клеточных процессах ЕЫУ2 и Хта$-2 не ограничивается ядром, в цитоплазме 82 также обнаруживается значительное количество этих факторов. Для ТНО человека показано, что он функционирует как шаттл между ядром и цитоплазмой [Ка1аЫга, 2009], эти данные позволяют предположить, что ЕЫУ2 и ассоциированные с ним факторы также могут принимать участие в биогенезе мРНП в цитоплазме. Дальнейшие эксперименты направлены на выяснение того, какую роль выполняет ЕЫУ2-ТНО в цитоплазме.

IV. выводы

1. Показано, что у белок ЕЫУ2 ассоциирован с комплексом ТНО;

2. Установлено, что ЕЫУ2 и ТНО привлекаются на транскрибируемую область гена теплового шока/ир70 при активации транскрипции;

3. Выявлено, что ЕЫУ2 необходим для привлечения ТНО на кластер генов теплового шока 1кр70, РНК-полимераза II не принимает участия в привлечении ЕЫУ2 и ТНО;

4. Показано, что £N¥2 и ТНО котранскрипционно взаимодействуют с образующейся мРНК Л.$р70 и входят в состав мРНП /ир70;

5. Установлено, что снижение количества ЕЫУ2 и компонентов ТНО нарушает процессинг 3' конца пре-мРНК /м/з70.

V. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи:

1. А.В.Орлова, Д.В.Копытова, А.Н.Краснов, Е.Н.Набирочкина, Ю.В. Ильин, С.Г.Георгиева, Ю.В.Шидловский «Транскрипционный фактор ENY2 необходим для привлечения ТНО комплекса на ген hsp70 Drosophila melanogaster» Доклады Академии Наук, 2010, том 434, № 1, с. 130-134.

2. Daria V. Kopytova, Anastasija V. Orlova, Alexey N. Krasnov, Dmitriy Ya. Gurskiy, Julia V. Nikolenko, ElenaN. Nabirochkina, Yulii V. Shidlovskii, and SofiaG. Georgieva «Multifunctional factor ENY2 is associated with the THO complex and promotes its recruitment onto nascent mRNA», GENES & DEVELOPMENT, 2010,24:86-96.

3. Daria V. Kopytova, Alexey N. Krasnov, Anastasija V. Orlova, Dmitriy Ya. Gurskiy, Elena N. Nabirochkina, Sofia G. Georgieva and Yulii V. Shidlovskii «ENY2: Couple, triple...more?» Cell Cycle, 2010 9:3,1-3; February 1.

Тезисы конференций:

1. Орлова A.B., Копытова Д.В., Краснов А.Н., Гурский Д.Я., Воробьева Н.Е., Набирочкина Е.Н., Шидловский Ю.В., Георгиева С.Г. Транскрипционный фактор ENY2 взаимодействует с ТНО комплексом и стимулирует его привлечение на мРНК у Drosophila melanogaster. Всероссийская научная школа для молодежи «Горизонты нанобиотехнологии». 12-16 октября 2009 г., Звенигород.

2. Орлова А.В., Копытова Д.В., Краснов А Н., Гурский Д.Я., Набирочкина Е.Н., Шидловский Ю.В., Георгиева С.Г. Транскрипционный фактор ENY2 взаимодействует с ТНО комплексом у Drosophila melanogaster. 8-11 февраля 2010г., Москва.

3. Anastasija Orlova, Daria V. Kopytova,, Alexey N. Krasnov, Dmitriy Gurskiy,, Julia V. Nikolenko, Elena N. Nabirochkina, Yulii V. Shidlovskii, and Sofia G. Georgieva. Multifunctional Factor ENY2 Is Associated with the THO Complex and Promotes its Recruitment onto Nascent mRNA. June, 21-25, 2010, Moscow.

Подписано в печать: 19.11.2010

Заказ № 4610 Тираж - 75 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 \vww.autoreferat. ги

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Орлова, Анастасия Владимировна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Формирование и экспорт мРНП.

Компоненты мРНП.

СВС (Cap-binding complex).

Адаптерные белки.

Белки, связывающие поли А последовательность.

Ядерный рецептор Mex67p-Mtr2p.

Факторы ремоделинга мРНП.

1. ТНО комплекс.

2. РНК-хеликаза Sub2p (UAP56).

3. TREX-2 (SасЗ-Thp 1 -Sus 1 -Cdc31) комплекс.

Комплекс ядерной поры.

Механизмы контроля качества мРНП.

1. Ферменты, осуществляющие деградацию РНК в ядре.

2. Ошибки в формирующихся мРНП.

3. Деградация дефектных РНП.

4. Задержка образующихся мРНП в сайтах транскрипции.

5. Задержка экспорта мРНП.

6. QC система у высших эукариот.

Созревание 3' концов пре-мРНК.

Последовательности пре-мРНК, необходимые для 3' созревания.

Регуляторные элементы у млекопитающих.

Регуляторные элементы у дрожжей.

Белковый аппарат процессинга 3' концов.

CPSF.

Фактор разрезания I (CFI).

Фактор разрезания II (CFII).

ПолиА полимераза - PAP(Paplp).

Белок, связывающий полиА последовательность - PABP(Pablp).

Симплекин (Ptalp).

CTD РНК-полимеразы II.

Факторы процессинга 3' конца пре-мРНК у дрожжей.

Регуляция созревания 3' концов пре-мРНК.

1. Конкуренция за связывание PAS.

2. Ингибирование PAP.

3. Конкуренция с процессами элонгации и сплайсинга.

4. Привлечение факторов созревания 3' конца.

5. Перенаправление аппарата З1 процессинга на альтернативные PAS.

6. Перераспределение факторов созревания 3' конца между компартментами клетки

7. Перераспределение факторов созревания 3' концов между ядерными белковыми комплексами.

8. Посттрансляционные модификации факторов процессинга 3' концов.

ОБЪЕКТ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

1 .Материалы.

1.1 Реактивы.

1.2 Программное обеспечение, базы данных.

1.3 Линии мух.

1.4 Клеточные линии.

1.5 Штаммы и вектора Е.соН, использованные в работе.

1.6 Праймеры.

1.7 Конструкции.

1.8 Антитела.

2.Методы.

2.1 Работа с ДНК.

2.2 Работа с РНК.

2.3 Работа с белками.

2.4 Иммуноокрашивание.

2.5 Иммунопреципитация.

2.6 Работа с 82 клетками.

РЕЗУЛЬТАТЫ.

Получение поликлональных антител к компонентам ТНО.

Е>1У2 и ТНО формируют дискретный комплекс.

Е1ЧУ2 и ТНО привлекаются на транскрибируемую область гена Ьвр70 при активации транскрипции.

ЕЫУ2 необходим для привлечения ТНО на ген 1^70.

Е1ЧУ2 и ТНО котранскрипционно взаимодействуют с образующейся мРНК.

Нокдаун Е1ЧУ2 и ТНО влияет на 3' процессинг пре-мРНК Ьзр70.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

ВЫВОДЫ.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА.

БЛАГОДАРНОСТИ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Связь транскрипции со сборкой и транспортом мРНП"

Основополагающим свойством эукариотической клетки является наличие ядерной оболочки, разделяющей клетку на два основных комиартмента, ядро и цитоплазму. Это приводит к тому, что две основных стадии экспрессии генов, транскрипция и трансляция, пространственно разнесены. Благодаря возникновению этого разделения у эукариот возникают многочисленные этапы процессинга мРНК, которых нет у прокариот. Транскрипция является первым этапом реализации наследственной информации. У эукариот гены, кодирующие мРНК, транскрибируются РНК-полимеразой II. Образующаяся в результате транскрипции мРНК проходит три основных этапа созревания— формирование кэпа на 5' конце, сплайсинг интронов (в случае, когда они есть) и созревание 3' конца - укорачивание транскрипта по определенному сайту, сопровождающееся присоединением полиА последовательности. Синтезируемую мРНК можно рассматривать как «фабрику созревания», внутри которой протекают множественные взаимодействия между белковыми факторами, принимающими участие в различных этапах процессинга, что позволяет значительно повысить эффективность и специфичность протекающих процессов.

Экспорт готовых к транскрипции мРНК через ядерные поры — кульминационный момент ядерной стадии экспрессии генов, мРНК транспортируется из ядра только после прохождения через все этапы созревания. Дефектные мРНП узнаются системами контроля качества мРНП и деградируют в ядре — в цитоплазме они могут помешать метаболизму или послужить матрицей для синтеза токсичных для клетки белков. Механизмы ремоделинга, протекающие в сайте транскрипции и обеспечивающие транслокацию мРНП через ядерную пору и отсоединение от ИРС со стороны цитоплазмы, изучены ещё очень слабо.

Изначально различные стадии экспрессии генов рассматривались и изучались, как полностью независимые друг от друга (все эти процессы in vitro протекают независимо), в последнее время становится понятным, что in vivo они тесным образом взаимосвязаны. Так, транскрипция влияет на процессинг и экспорт мРНК, и наоборот - нарушения процессинга способны негативно влиять на транскрипцию.

В данной работе было показано, что ENY2 у дрозофилы, ранее охарактеризованный как коактиватор транскрипции в составе гистонацетилтрансферазного комплекса SAGA и как компонент комплекса АМЕХ, вовлеченного в экспорт мРНК из ядра в цитоплазму, также входит в состав комплекса ТНО, участвующего в различных этапах экспрессии генов и биогенеза мРНП. ENY2 и ТНО привлекаются в транскрибируемую область гена hsp70 при активации транскрипции, ассоциированы с образующейся мРНК. При этом присутствие ENY2 необходимо для привлечения ТНО. Истощение ENY2 и компонентов ТНО эмбриональных клеток дрозофилы культуры S2 снижает уровень процессинга 3' концов новосинтезированной мРНК.

Комплекс ENY2-THO у дрозофилы, функции которого впервые охарактеризованы в данной работе, принимает участие в сопряжении последоватлеьных стадий биогенеза мРНП в ядре.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Формирование и экспорт мРНП

Образующаяся в результате транскрипции мРНК проходит три ключевых этапа созревания - сборка кэп-структуры на 5'-конце, удаление интронов в процессе сплайсинга и формирование функционального 3'-конца. Последний этап включает в себя расщепление первичного транскрипта и присоединение полиА последовательности.

Перечисленные процессы in vitro протекают независимо от транскрипции, однако все больше данных свидетельствует о том, что созревание мРНК начинается ещё до того, как образующаяся в процессе транскрипции молекула покидает сайт транскрипции. В процессе формирования готовой к экспорту мРНП происходят множественные взаимодействия между различными факторами и стадиями созревания. Это приводит к повышению эффективности и специфичности созревания и сборки мРНП.

На начальных этапах созревания мРНП важную роль играет С-концевой домен большой субъединицы РНК-полимеразы II.

ДНК-зависимая РНК-полимераза II (RNAPII - RNA-polymerasell) транскрибирует гены класса II, кодирующие мРНК и некоторые мяРНК. RNAPII имеет сложное строение и обычно состоит из 10-12 субъединиц. У дрожжей S.cerevisiae RNAPII образована 12 субъединицами, Rpbl-Rpbl2, с молекулярным весом от 6 до 200 кДа [1]. Сложное строение RNAPII отражает способность этого фермента осуществлять обширную программу реализации генетической информации, взаимодействовать со многими факторами транскрипции и процессинга мРНК, реагировать на многочисленные регуляторные сигналы. Важной особенностью строения большой субъединицы Rpbl является наличие длинного С-концевого домена (CTD - C-terminal domain,), состоящего из повторяющихся гептамеров YSPTSPS. Количество повторов варьирует для разных организмов, составляя в среднем несколько десятков. Последовательное укорачивание

CTD приводит в конечном итоге к гибели клеток. CTD является мишенью для фосфорилирования по остаткам S2 и S5 в процессе инициации транскрипции [2] и одновременно платформой, на которой по мере прохождения различных стадий транскрипции собираются комплексы, ответственные за - инициацию, кэпирование, сплайсинг и полиаденилирование РНК [3].

Современные представления о механизме экспорта мРНП из ядра в цитоплазму заключаются в следующем: белки, взаимодействующие с РНК напрямую, выступают в роли адаптеров и взаимодействуют одновременно с ядерными рецепторами, которые ответственны за доставку мРНП к ядерным порам (Nuclear Pore Complex - NPC).

Компоненты мРНП

СВС (Cap-binding complex)

Наличие кэп-структуры - отличительная особенность всех транскриптов RNAPII. Присоединение кэпа происходит на ранних этапах транскрипции. СВС связывается с кэпом в ядре и в составе мРНП частицы экспортируется в цитоплазму, где происходит его замещение на eIF4E, эукариотический фактор инициации трансляции. СВС состоит их двух субъединиц, Cbclp и СЬс2р у дрожжей (СВР80 и СВР 120 у человека). СЬс2р напрямую взаимодействует с кэпом, через это взаимодействие происходит привлечение СВС на образующуюся в процессе транскрипции молекулу мРНК [4]. Присутствие СВС необходимо для эффективного протекания сплайсинга как у дрожжей, так и у высших эукариот [5, б]. Ранее было показано, что СВС необходим для экспорта мяРНК у высших эукариот [7]. СВС взаимодействует с компонентами мРНП (Nab2p,[8]), факторами сборки мРНП (Hprlp, [9]) и необходим для эффективной деградации неправильных транскриптов [10].

Адаптерные белки

Адаптеры - белки, взаимодействующие и с РНК, и с ядерными рецепторами, участвуют в привлечении мРНП к ядерной поре и последующем экспорте. Некоторые из адаптеров уже известны, но предполагают, что среди большого количества предсказанных РНК-связывающих белков будут найдены и другие. Yralp

Наиболее хорошо изученным адаптером экспорта мРНП является белок Yralp дрожжей, который входит в состав эволюционно консервативного семейства REF (RNA-export factors). У высших эукариот идентифицирован гомолог Yralp, Aly/REF [11]. Yralp напрямую взаимодействует ядерным рецептором Mex67p-Mtr2p, это взаимодействие эволюционно консервативно для гомологов этих белков у высших эукариот (Aly/Ref и NXF/TAP-NXT/pl5). Поскольку Yralp одновременно взаимодействует и с РНК, и с N-концевым участком Мехб7р, а также оказывает влияние на экспорт мРНК из ядра, Yralp считается адаптерным белком экспорта мРНК [12]. Эксперименты по иммунопреципитации хроматина показали, что Yralp ассоциирован не только с транскрипционным аппаратом, но и с образующейся мРНК [13].

Yralp связывается не со всеми транскриптами, в транспорте которых принимает участие Mex67p-Mtr2p, это означает, что существуют и другие белковые адаптеры. В отличие от своего дрожжевого гомолога, Aly/REF не принимает участие в экспорте мРНК у D.melmiogaster, C.elegans [14, 15]. Имеющиеся на сегодняшний день данные говорят о том, что помимо Yralp существуют и другие факторы, опосредующие взаимодействие между готовыми к экспорту мРНП и ядерными рецепторами.

К возможным адаптерам можно отнести белки, обладающие РНК-связывающей активностью и взаимодействующие с мРНП в ядре. Наиболее пристальное внимание при поиске новых адаптеров направлено на белки SR-семейства.

8ег/Ащ-г1с}\)-белки

Белки, имеющие БИ-домен, принимают участие в различных этапах метаболизма РНК у многоклеточных, в том числе сплайсинге и экспорте мРНК [16].

Ир13р - белок, курсирующий между ядром и цитоплазмой у дрожжей, содержит два РНК-узнающих домена и ЗЯ-домен. Ир13р привлекается на ранних этапах транскрипции, взаимодействует непосредственно с МЫТАРИ и остается в составе мРНП при её транслокации в цитоплазму вплоть до первых этапов элонгации трансляции. Мутации в БЫ-домене Ыр13р вызывают задержку мРНП в ядре [17].

Кр13р взаимодействует с ядерным рецептором Мех67р-Мй-2р. В цитоплазме Ир13р фосфорилируется протеинкиназой Бку1р и импортируется в ядро кариопротеином Мп1р [18]. В ядре ШрЗр дефосфорилируется фосфатазой С1р7р. Нефосфорилированная форма МрЗр обладает сродством к мРНК и способна взаимодействовать с Мехб7р-Шг2р [19, 20]. Ыр13р подвергается убиквитинилированию при участии убиквитин-лигазы 1^5 [21]. Последствия, к которым приводит эта модификация, пока не выяснены. Ир13р, как у Уга1р, является адаптерным белком экспорта мРНП.

Два сходных с Ыр13р БЯ-белка вЬр2р и НгЫр обладают похожими свойствами -курсируют между ядром и цитоплазмой, привлекаются на РНК в процессе транскрипции. В ассоциации вЬр2р и НгЫр с мРНП принимает участие ТНО комплекс, с которым эти факторы взаимодействуют напрямую. Отличие от Ир13р заключается также в том, что отсутствие вЬр2р и НгЫр не приводит к нарушению распределения мРНП между ядром и цитоплазмой [22].

У млекопитающих также охарактеризованы два белка БЯ-семейства, 8Яр20 и 9С8, курсирующие между ядром и цитоплазмой, взаимодействующие с ядерным рецептором и мРНК напрямую [23, 24].

Белки, связывающие полиА последовательность

В результате процессинга У конца молекулы пре-мРНК к транскрипту присоединяется полиА последовательность, которая узнается белками РаЫр и Nab2p [25]. Показано, что эти факторы курсируют между ядром и цитоплазмой, при этом Nab2p больше в ядре, а РаЫр - в цитоплазме, где он принимает участие в трансляции. Мутации по каждому из этих белков вызывают задержку мРНП в ядре [25]. Присутствие РаЫр и Nab2p определяет длину синтезируемой полиА последовательности. До сих пор неясен механизм влияния белков, связывающих полиА последовательность, на экспорт. Показано, что Nab2p взаимодействует с перинуклеарным белком Mlplp [26]. Видимо, белки, связывающие полиА последовательность, принимают участие в привлечении мРНП на NPC.

Nab2p также является адаптерным белком экспорта мРНП у дрожжей. Было показано, что оверэкспрессия Nab2p компенсирует нарушения транспорта у штаммов с делецией yral [26]. Видимо, эти белки принимают участие в экспорте одних и тех же мРНП. Также было известно, что убиквитин-лигаза Tonil оказывает влияние на экспорт мРНП, ассоциированных с Nab2p [27]. В последних работах было показано, что Nab2p напрямую взаимодействует с Мех67р и Yralp, Yralp стимулирует взаимодействие Nab2p и Мех67р. Убиквитинилирование Yralp при участии Toml приводит к диссоциации Yralp из тройственного комплекса Mex67p-Nab2p-Yralp. Видимо, в НаЬ2р-зависимом пути экспорта мРНП из ядра Yralp выполняет роль шаперона, принимающего участие в сборке и подготовке мРНП к экспорту, но не участвующего в транслокации мРНК в цитоплазму [28, 29].

Имеющиеся данные о составе мРНП достаточно разрознены. Для многих компонентов мРНП показано, что они принимают участие в экспорте, однако в чем выражается это участие, для большинства факторов остается неясным. Возможно, одни и те же компоненты мРНП могут принимать участие в разных этапах экспорта разных мРНК. В качестве примера можно привести белок Уга1р, который одновременно является адаптерным белком для экспорта одних мРНП и фактором ремоделинга для других.

Ядерный рецептор Мех67р-М(г2р

В клетках эукариот рецептор экспорта мРНП - гетеродимер, состоящий из большой и малой субъединиц: Мех67р и М1х2р у дрожжей, ЫХБУТАР и ИХТ/р15 у многоклеточных. Мех67р принадлежит к высококонсервативному семейству ИХР белков, последовательности Мй*2р и МХТ/р15 различаются достаточно сильно, однако структурно и функционально эти белки сходны между собой. Нарушения в белках, входящих в состав рецептора, вызывают задержку мРНК в ядре, поэтому было сделано предположение, что Мехб7р-М(г2р является универсальным рецептором экспорта мРНП в клетке [29, 30]. Аналогичный результат был получен для ядерного рецептора ЫХР-ЫХТ у дрозофилы [31].

Мех67р-]Шг2р взаимодействуют с нуклеопоринами (белками комплекса ядерной поры), содержащими БОБХ (РИе-Иу-РЬе-Х) повторы [32]. Структурные исследования показали, что два домена на С-конце Мех67рЛЧХ]? образуют два независимых сайта связывания с БОБХ повторами нуклеопоринов [33].

На И-конце ЫХБ расположен РНК-связывающий домен, способный неспецифически связывать РНК [34]. У Мех67р этот домен выражен слабо, не обладает способностью неспецифически связывать РНК. Возможно, в составе Мехб7р другие участки ответственны за связывание РНК, или же Мех67р-1Шг2р взаимодействует с мРНП только за счет белок-белковых взаимодействий.

Мехб7р взаимодействует с адапторным белком Уга1р, это взаимодействие не зависит от РНК [12]. Было показано, что мутация Уга1р приводит к ослаблению взаимодействия Мех67р и мРНП [35]. Мех67р рекрутируется в сайты транскрипции, его привлечение не зависит от мРНК и ассоциированных с ней адаптеров.

В привлечении Мех67р может принимать участие ТНО комплекс, для которого показано участие в разных этапах биогенеза мРНП. Мех67р взаимодействует с белком

13 компонентом THO Hprlp, его делецня приводит к ослаблению привлечения Мех67р на ген GAL1, а также к дефектам- в системе экспорта мРНК. При этом делеция HPR1 не оказывает влияние на привлечение Мех67р на ген HSP104 (heat-shock protein 104) [36]. По-видимому, привлечение Мех67р может проходить через разные адаптерные белки.

Факторы ремоделинга мРНП

Разделение на белки-компоненты мРНП и факторы, принимающие участие в сборке мРНП-частиц в достаточной степени является условным. Компонентом мРНП частицы считается белок, сохранивший ассоциацию с мРНП после их выделения. Белки, которые не ассоциированы с мРНП постоянно, однако необходимы для правильного формирования или же для экспорта мРНП, относят к факторам ремоделинга. К факторам, взаимодействующим с мРНП на стадии транскрипции и экспорта, относят ТНО комплекс, хеликазу Sub2p и TREX-2 (Sac3-Thpl-Susl-Cdc31).

1. ТНО комплекс

Первый компонент ТНО комплекса Hprlp (hyper-recombination 1) был найден в генетическом скрининге, направленном на поиск мутаций, вызывающих усиление митотической рекомбинации между повторами ДНК у дрожжей [37, 38]. Делеция этого гена стимулировала рекомбинацию, которая зависела от присутствия RNAPII на участках между повторами [39]. ТН02 (suppressor of the transcriptional defect of hprl by overexpression 2) был охарактеризован как супрессор мутации HPR1 [40], было показано, что Tho2 взаимодействует с Hprlp и двумя другими факторами, Mftlp и Thplp в составе тетрамерного ТНО комплекса [41]. Делеционные мутанты компонентов ТНО комплекса сохраняли жизнеспособность при 30°С, но гибли при 37°С, это позволило предположить, что ТНО комплекс ответственен за рост при высоких температурах. Дальнейшие биохимимческие исследования показали, что факторы экспорта мРНП Sub2p и Yralp взаимодействуют с ТНО, это взаимодействие не зависит от РНК [42, 43]. Вместе Sub2p,

Yralp и THO формируют комплекс TREX (transcription, and mRNA export), но THO -гораздо более стабильный комплекс нежели TREX;

THO-TREX — эволюционно консервативный;комплекс, однако его состав меняется у разных организмов [16] 1 У дрозофилы и у человека ТНО содержит белки-гомологи дрожжевых Tho2p и Hprlp, но у них нет Mftlp и Thplp. Также в состав ТНО у многоклеточных входят белки THOG5, ТНОС6, THOG7, не имеющие гомологов у дрожжей [42, 44, 45]. У дрозофилы и у человека есть гомологи Sub2p и Yralp -UAP56/DmUAP56 и Aly/Refl, они не были найдены в составе очищенного ТНО, это указывает на их слабое сродство к указанному комплексу [44] .

На данный момент известно, что ТНО комплекс принимает участие по крайней мере в двух этапах экспрессии генов - транскрипции и экспорте зрелых мРНП из ядра в цитоплазму.

ТНО комтекс и транскрипция

У штаммов, мутантных по компонентам ТНО, была нарушена экспрессия бактериального гена LacZ. Впервые участие ТНО в транскрипции предположили на основании этого нарушения. В мутантных штаммах инициация транскрипции не была нарушена, поскольку с промотора гена LacZ (P-GAL) транскрипция других генов шла нормальном уровне [46]. Исходя из этого, предположили, что был нарушен процесс элонгации транскрипции из-за богатого G+C состава или большой длины гена LacZ. Нарушение элонгации транскрипции подтвердили эксперименты по иммунопреципитации хроматина [47]. Используя репортерный ген под ¡контролем репрессируемого промотора (P-GAL), были исследованы элонгационный статус RNAPII (скорость транскрибирующей полимеразы) и её процессивность. Было выяснено, что у штаммов с мутацией: ТНО нарушена процессивность RNAPII. В дальнейшем было показано, что ТНО принимает участие в транскрипции ряда генов, содержащих,последовательно расположенные друг за другом множественные повторы [48].

В экстрактах клеток, выделенных из мутантных по ТНО комплексу линий дрожжей, транскрипция нарушена [49], однако в экстрактах; полученных из культуры клеток человека с нокдауном компонентов ТНО, транскрипционные дефекты не обнаруживаются [45]. ТНО и экспорт мРНК

ТНО комплекс взаимодействует и с ДНК, и с РНК in vitro, а также ассоциирован с факторами ядерного экспорта мРНК in vivo. Исходя из этих данных, предположили, что ТНО принимает участие в сопряжении транскрипции и дальнейших этапов метаболизма мРНК [42]. Для дрожжей методом иммунопреципитации хроматина было показано, что ТНО комплекс присутствует на всей транскрибируемом части гена, его присутствие нечувствительно к обработке РНКазами. Следовательно, привлечение ТНО на ген происходит через транскрипционный аппарат, а не через образующуюся молекулу РНК [13, 42]. Также было показано, что ТНО уходит из сайта транскрипции до окончания терминации. Это может говорить о том, что ТНО теряет сродство • к элонгирующей RNAPII в момент, когда она переходит к терминации или же удаление ТНО - один из этапов терминации транскрипции. Также возможно, что ТНО уходит их сайта транскрипции в составе образовавшейся мРНП частицы. Инактивация отдельных компонентов ТНО комплекса у дрожжей приводит к накоплению полиА-содержащих транскриптов в ядре [42, 43]. Внутри ядра мРНП скапливаются вблизи сайтов транскрипции" [50]. Этот эффект коррелирует с тем, что ТНО' взаимодействует с факторами ядерного экспорта Yralp и Sub2p, а также с тем, что делеция компонентов ТНО влияет на привлечение Sub2p и Yralp на транскрипционно активные гены [13, 22].

На основании полученных данных можно предположить, что у дрожжей ТНО ассоциирован с активно транскрибируемыми генами через транскрипционный аппарат, принимает участие в сборке мРНП за счет привлечения факторов ядерного экспорта на образующуюся РНК. Мутации по компонентам ТНО вызывают нарушение сборки мРНП - дефектные мРНП деградируют в экзосомах [43].

Сборка правильных мРНП особенно зависит от присутствия ТНО комплекса в случае высокой транскрипционной активности. Снижение транскрипционной активности гена приводит к повышению вероятности образования правильных мРНП частиц и в отсутствие компонентов ТНО [51].

Также недавно было показано, что Hprlp подвергается убиквитинилированию при участии убиквитин-лигазы Rsp5. Полиубиквитинилирование Hprlp приводит к его направлению в протеасому и деградации. Деградация Hprlp - процесс, зависящий от транскрипционной активности RNAPII. Деградация Hprlp идет более интенсивно при 37°С. При 30°С убиквитинилированный Hprlp взаимодействует с UBA-доменом (ubiquitin-associated domain) ядерного рецептора Мех67р [52, 53]. Делеция Rsp5, как и делеция Hprlp, у дрожжей приводит к нарушению экспорта мРНК из ядра. Видимо, количество Hprlp в клетке оказывает влияние на экспорт мРНК.

Важно отметить, что ТНО комплекс не является необходимым для экспорта всех мРНП в цитоплазму, экспрессия большей части генов не зависит от ТНО. Данные по накоплению полиА-содержащих транскриптов в ядре были получены в условиях теплового шока - видимо, большая часть наблюдаемой в ядре по ли А РНК представлена генами теплового шока. То, что экспорт мРНП генов теплового шока у дрожжей зависит от ТНО, подтверждено в ряде работ [50, 54]. В метаболизме мРНП генов теплового шока принимает участие ТНО и у дрозофилы. Проведенный скрининг показал, что транскрипция и экспорт 20% генов D.melanogaster зависят от ТНО [44].

Работы, проведенные на культурах клеток человека, показали, что ТНО взаимодействует с СВР80, компонентом СВС (Cap Binding Complex) [45, 55] и с Aly/REF, которые связаны с формирующейся в процессе транскрипции молекулой. ТНО человека, в отличие от дрожжей, привлекается к транскрибируемому участку гена через взаимодействие с аппаратом процессинга мРНК [45]. ТНО комплекс взаимодействует с рецептором ядерного экспорта NXF/TAP-NXT/pl5 через субъединицу ТНОС5, отсутствие этой субъединицы приводит к нарушению экспорта мРНК hsp70 (heat-shock protein 70). Таким образом, ТНОС5 является шаттл-белком, который курсирует между ядром и цитоплазмой в составе мРНП [56]. Участие ТНО в развитии и дифферещировке

ТНО комплекс необходим для нормального роста и развития. Делеции компонентов ТНО приводят к снижению скорости роста клеток дрозофилы и человека. Нокаут HPR1 у мышей приводит к снижению жизнеспособности как на ранних стадиях развития эмбрионов, так и на постнатальных этапах [57]. На данный момент непонятно, принимает ли ТНО участие в контроле экспрессии всех генов или же его функция ограничивается группой генов. На данный момент у человека показано участие ТНО в контроле экспрессии и экспорте мРНК группы генов, кодирующих белки теплового шока. Также открытым является вопрос о том, на всех ли этапах развития и дифференцировки клеток присутствие ТНО необходимо в равной степени. Недавние исследования показали, что у мышей с нокаутом HPR1 нарушения в развитии семенников приводят к стерильности [58].

Нокаутные мыши с делецией ТНОС5 погибают на стадии двух недель. Исследование нокаутных эмбрионов 7-дневного возраста показало изменения в системе кроветворения: в крови было сильно снижено количество белых и красных форменных элементов крови. Нарушения были вызваны апоптозом ткани костного мозга. Пересадка костного мозга от здоровых мышей в 70% случаев приводила к спасению фенотипа. Ранее теми же авторами было показано, что ТНОС5 у человека принимает участие в дифференцировке гранулоцитов и адипоцитов [57, 58].

Дальнейшие исследования направлены на то, чтобы выяснить, принимают ли отдельные субъединицы ТНО независимо от остальных его компонентов участие в дифференцировке клеток различных типов. Также предстоит понять, как роль ТНО в развитии и дифференцировке клеток связана с его участием в процессах биогенеза и экспорта мРНП.

2. РНК-хеликаза 8иЬ2р (11АР56)

8иЬ2р у дрожжей относится к семейству белков, обладающих АТФ-зависимой хеликазной активностью. БиЬ2р и его гомолог у многоклеточных - иАР5б, были впервые охарактеризованы как факторы, необходимые для первого этапа сборки сплайсосомы -взаимодействия мяРНК Ш с последовательностью пре-мРНК.

Дальнейшие исследования показали, что 8иЬ2р/иАР56 принимают участие в экспорте мРНП [59]. Отсутствие БиЬ2р вызывает накопление мРНП в ядре, стимулирует рекомбинацию, которая зависит от транскрипционной активности НИАРН на участках между повторами - тот же фенотип, который наблюдается при делеции компонентов ТНО. БиЬ2р взаимодействует с фактором Уга1р, это взаимодействие нарушается в присутствии Мех67р. Возможно, в последовательной цепи событий, ведущих к экспорту мРНП, Мех67р связывается с Уга1р, что приводит к высвобождению ЭиЬ2р. РНК-хеликаза БиЬ2р рано привлекается на транскрибируемую мРНК, её взаимодействие с сайтом транскрипции идет через РНК [13]. В привлечении Уга1р и ЭиЬ2р на ген принимает участие ТНО комплекса [43], вместе они формируют комплекс ТШ2Х [42].

Механизм действия БиЬ2р неясен, непонятно, какую роль в экспорте мРНП играют его хеликазная и АТФ-азная активности.

3. ТКЕХ-2 (8асЗ-ТЬр1-8и51-Сс1с31) комплекс

У дрожжей в результате генетического скрининга белков, взаимодействующих с Уга1р, был обнаружен белок ЭасЗ, который связывается с экспортным рецептором Мех67р и нуклеопоринами ШрбО и 1Мир1. Делеция 8асЗ вызывает накопление мРНК в ядре. Таким образом было показано, что БасЗ является фактором экспорта [60]. Кроме того, было выяснено, что ЭасЗ ассоциирован с цитоплазматической частью ИР С, а мутация БасЗ приводит к скоплению Мех67р вблизи ядерной оболочки. Предполагают, что Sac3 участвует в высвобождении Мех67р измРНП на конечном этапе экспорта мРНК [61]. Дальнейшие исследования показали, что Sac3 образует комплекс вместе с белками Thpl, Susi и Cdc31 in vivo [60, 62, 63]. Этот комплекс был назван TREX-2 (transcription and export-2) Thpl ранее был найден как белок, участвующий в элонгации транскрипции и поддержании стабильности генома [64]. Делеция Thpl приводила к нарушению экспорта мРНК. Sac3 рекрутирует Thpl на периферию ядра, взаимодействуя с FG-нуклеопоринами NPC с внутренней стороны ядра [60]. В результате генетического скрининга белков, взаимодействующих с Yralp, был обнаружен белок Susi. Дальнейшие исследования показали, что помимо Sac3p-Thpl комплекса, Susi входит в состав SAGA (Spt-Ada-Gcn5-acetyltransferase) комплекса, необходимого для инициации транскрипции ряда дрожжевых генов. Susi локализуется как внутри ядра, так и на периферии, где совпадает с ядерными порами. При этом его периферическое расположение зависит от Sac3. В согласии с данными о взаимодействии с SAGA комплексом, Susi присутствует на промоторах SAGA-зависимых генов после активации транскрипции. Делеция Susi вызывает нарушения как транскрипции, так и экспорта мРНК, что свидетельствует об участии белка в обоих процессах. Более того, фракция Thpl очищается вместе с компонентами SAGA, что свидетельствует о том, что Susi физически осуществляет взаимодействие между SAGA и Sac3-Thpl комплексами [66]. Cdc31 - белок, также входящий в состав TREX-2, относится к центринам, кальмодулин-подобным белкам, которые участвуют в дупликации центросом [62].

Структурные исследования этого комплекса показали, что Susi и Cdc31 взаимодействуют с центральным участком Sac3 в стехиометрическом соотношении 2:1:1. Это взаимодействие необходимо для участия в процессе экспорта мРНП [65].

Гомолог комплекса TREX-2 у D.melanogaster получил название АМЕХ, его функции будут рассмотрены в другой главе этого обзора.

Комплекс ядерной поры

Транспорт зрелых мРНП через ядерную мембрану - заключительный этап экспрессии генов в ядре эукариотической клетки. Ядерная мембрана всех эукариот пронизана сложно устроенными многосубъединичными комплексами - NPC (Nuclear Pore Complex). NPC образуют каналы, которые служат для транспорта молекул между ядром и цитоплазмой. NPC обладает восьмикратной симметрией и состоит из многочисленных копий 30 различных белков, называемых нуклеопоринами. Часть нуклеопоринов содержит повторяющиеся последовательности, обогащенные фенил-аланиовыми и глициновыми аминокислотными остатками (FGFX-повторы), которые разделены гидрофильными линкерами, различными по длине и аминокислотному составу. FG-нуклеопорины формируют центральный канал ядерной поры (см.Рис.1.2). На ядерной стороне NPC расположена структура, напоминающая по форме корзину. Её компоненты - Nupl, Nup2, Nup60, Mlpl, Mlp2 - принимают участие в транспорте мРНП из ядра в цитоплазму. На цитоплазматической стороне NPC расположены фибриллы, белки, входящие в их состав также принимают участие в экспорте мРНП. На цитоплазматической стороне с NPC ассоциирована DEAD-хеликаза Dbp5, которая ремоделирует экспортированную из ядра мРНП (см. далее).

Диаметр транспортного канала NPC, по которому осуществляется сообщение между ядром и цитоплазмой, составляет 300Á. Этот канал формирует плотная сеть FG-повторов, молекулы больше 40 кДа не проходят через NPC. Природа этого барьера на данный момент невыяснена [бб, 67].

В основе транспорта через ядерную пору лежит взаимодействие транспортируемых молекул с белковыми переносчиками. Переносчик в комплексе с транспортируемой молекулой способен преодолевать барьер из FG-повторов, курсируя между ядром и цитоплазмой. На другой стороне ядерной мембраны переносчик отделяется от транспортированной молекулы и может быть использован для переноса других молекул.

В основном для транспорта используются переносчики, принадлежащие к семейству ß-кариоферинов, их ассоциация и отделение от транспортируемых молекул осуществляется за счет активности Ran ГТФазы.

Транспорт мРНП из ядра в цитоплазму осуществляется при участии ядерного рецептора (переносчика) Mex67-Mtr2 (NXF/T AP-NXT/p 15 у многоклеточных). В цитоплазме транспортируемые мРНП ремоделирует DEAD-хеликаза Dbp5 (DDX19 у позвоночных), вызывая отсоединение Mex67-Mtr2 и адаптерных белков. Большая часть Dbp5 локализуется с цитоплазматической стороны NPC, взаимодействует с нуклеопорином Nupl59 [68]. Dbp5 также присутствует в ядре. Показано, что она рекрутируется в сайты активной транскрипции - кольца Бальбиани - у Chironomus tentas на ранних этапах транскрипции [69, 70]. Функция Dbp5 в ядре не исследована.

На рис.1, представлен предполагаемый механизм сопряжения тех стадий экспрессии генов, в которых принимают участие описанные в этой главе факторы ремоделинга мРНП.

Рис.1. Сопряжение последовательных этапов экспрессии генов в ядре на примере S.cerevisiae. На стадии элонгации транскрипции ТНО привлекает Sub2p и Yralp на формирующуюся молекулу РНК, вместе с ними образуя комплекс TREX. Компоненты TREX привлекают ядерный рецептор Mex67p-Mtr2p. Комплекс TREX-2, участвующий в экспорте мРНП, ассоциирован с ядерной порой за счет взаимодействия между Thpl и Nupl. Susi, входящий в состав хроматинремоделирующего комплекса SAGA и комплекса TREX-2, также принимает участие в сопряжении транскрипции и экспорта мРНП и в позиционировании активно транскрибируемых генов вблизи ядерных пор [70].

ТНО/ТВЕХ

ЯДРО

ЦИТОПЛАЗМА

Механизмы контроля качества мРНП

Процесс формирования мРНП состоит из большого количества котранскрипционных и иосттранстрипционных этапов процессинга и упаковки мРНК. В процессе созревания функциональных мРНП неизбежно возникают неправильно собранные или неправильно процессированные мРНП. Подобные дефектные мРНП могут помешать метаболизму или служить матрицей для синтеза токсичных для клетки белков. Для предотвращения подобных нарушений в клетке работает система контроля качества мРНП (Quality Control - QC).

Наиболее хорошо изучена часть QC системы, которая связана с трансляцией. В ядре также происходит контроль качества формирующихся мРНП.

В ядре можно выделить следующие механизмы контроля:

1. быстрая деградация дефектных мРНК

2. задержка образующихся мРНП в точке транскрипции

3. задержка экспорта мРНП

4. снижение общего уровня транскрипции тех генов, которые служат источником дефектных молекул.

В действительности, перечисленные механизмы обычно включаются одновременно, что позволяет достичь более эффективного контроля качества образующихся мРНП. Недавно было показано, что система контроля качества также принимает участие в элиминации некодирующих РНК, которые синтезирует RNAPII [71].

Наиболее изучена QC система у дрожжей. Однако высокая консервативность факторов QC системы позволяет предположить, что и у высших эукариот контроль качества образующихся мРНП протекает по сходному механизму.

Заключение Диссертация по теме "Молекулярная биология", Орлова, Анастасия Владимировна

выводы

1. Показано, что у D.melanogaster белок ЕЫУ2 ассоциирован с комплексом ТНО;

2. Установлено, что ЕЫУ2 и ТНО привлекаются на транскрибируемую область гена теплового шока Ьзр70 при активации транскрипции;

3. Выявлено, что ЕЫУ2 необходим для привлечения ТНО на кластер генов теплового шока к$р70, РНК-полимераза II не принимает участия в привлечении ЕТЯУ2 и ТНО;

4. Показано, что ЕЫУ2 и ТНО котранскрипционно взаимодействуют с образующейся мРНК кзр70 и входят в состав мРНП }\$р70\

5. Установлено, что снижение количества ЕИУ2 и компонентов ТНО нарушает процессинг 3' конца пре-мРНК к$р 70.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА

Вся экспериментальная работа была выполнена автором самостоятельно. Все эксперименты проводились в лаборатории регуляции экспрессии генов учреждения российской академии наук Института биологии гена РАН.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает сердечную благодарность коллегам за создание уникальной атмосферы доброжелательности и взаимовыручки, без которой эта работа не смогла бы появиться на свет.

Особенно хочется поблагодарить Дмитрия Гурского за критическое обсуждение получавшихся в процессе работы результатов, Надежду Воробьеву за внимательное и терпеливое обучение автора, Алексея Краснова и Юлия Шидловского за ценные советы по выполнению экспериментов, Наталью Сошникову и Елену Николаевну Набирочкину за дружеское участие и моральную поддержку. Невозможна была бы эта работа без чуткого и мудрого руководства Георгиевой Софии Георгиевны и Копытовой Дарьи Владимировны. Искреннюю благодарность автор выражает оппонентам и рецензентам за внимательное прочтение данной работы и ценные замечания.

Отдельно хочется поблагодарить Дмитрия Орлова за неоценимую поддержку автора во всех начинаниях; родителей, прививших автору интерес к познанию живого мира. А также всех друзей и близких, поддержавших меня словом и делом.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Орлова, Анастасия Владимировна, Москва

1. Woychik, N.A. and M. Hampsey, The RNA polymerase II machinery: structure illuminates function. Cell, 2002.108(4): p. 453-63.

2. Leresche, A., V J. Wolf, and J.M. Gottesfeld, Repression of RNA polymerase II and III transcription during M phase of the cell cycle. Exp Cell Res, 1996. 229(2): p. 282-8.

3. Orphanides, G. and D. Reinberg, A unified theory of gene expression. Cell, 2002.108(4): p. 439-51.

4. Wong, C.M., et al., Yeast cap binding complex impedes recruitment of cleavage factor IA to weak termination sites. Mol Cell Biol, 2007. 27(18): p. 6520-31.

5. Colot, H.V., F. Stutz, and M. Rosbash, The yeast splicing factor Mudl3p is a commitment complex component and corresponds to CBP20, the small subunit of the nuclear cap-binding complex. Genes Dev, 1996.10(13): p. 1699-708.

6. Izaurralde, E., et al., A nuclear cap binding protein complex involved in pre-mRNA splicing. Cell, 1994. 78(4): p. 657-68.

7. Izaurralde, E., et al., A cap-binding protein complex mediating U snRNA export. Nature, 1995. 376(6542): p. 709-12.

8. Dower, K. and M. Rosbash, T7 RNA polymerase-directed transcripts are processed in yeast and link 3' end formation to mRNA nuclear export. RNA, 2002. 8(5): p. 686-97.

9. Uemura, H., et al., Mutations in GCR3, a gene involved in the expression of glycolytic genes in Saccharomyces cerevisiae, suppress the temperature-sensitive growth of hprl mutants. Genetics, 1996.142(4): p. 1095-103.

10. Das, B., et al., The role of nuclear cap binding protein Cbclp of yeast in mRNA termination and degradation. Mol Cell Biol, 2000. 20(8): p. 2827-38.

11. Stutz, F., et al., REF, an evolutionary conserved family of hnRNP-like proteins, interacts with TAP/Mex67p and participates in mRNA nuclear export. RNA, 2000. 6(4): p. 63850.

12. Strasser, K. and E. Hurt, Yralp, a conserved nuclear RNA-binding protein, interacts directly with Mex67p and is required for mRNA export. EMBO J, 2000. 19(3): p. 41020.

13. Abruzzi, K.C., S. Lacadie, and M. Rosbash, Biochemical analysis of TREX complex recruitment to intronless and intron-containing yeast genes. EMBO J, 2004. 23(13): p. 2620-31.

14. Gatfield, D. and E. Izaurralde, REFl/Aly and the additional exon junction complex proteins are dispensable for nuclear mRNA export. J Cell Biol, 2002.159(4): p. 579-88.

15. Longman, D., I.L. Johnstone, and J.F. Caceres, The RefAly proteins are dispensable for-mRNA export and development in Caenorhabditis elegans. RNA, 2003. 9(7): p. 881-91.

16. Reed, R. and H. Cheng, TREX, SR proteins and export of mRNA. Curr Opin Cell Biol, 2005.17(3): p. 269-73.

17. Lei, E.P., H. Krebber, and P.A. Silver, Messenger RNAs are recruited for nuclear export during transcription. Genes Dev, 2001.15(14): p. 1771-82.

18. Pemberton, L.F., J.S. Rosenblum, and G. Blobel, A distinct and parallel pathway for the nuclear import of an mRNA-binding protein. J Cell Biol, 1997.139(7): p. 1645-53.

19. Gilbert, W. and C. Guthrie, The Glc7p nuclear phosphatase promotes mRNA export by facilitating association of Mex67p with mRNA. Mol Cell, 2004.13(2): p. 201-12.

20. Gilbert, W., C.W. Siebel, and C. Guthrie, Phosphorylation by Skylp promotes Npl3p shuttling and mRNA dissociation. RNA, 2001. 7(2): p. 302-13.

21. Gupta, R., et al., Ubiquitination screen using protein microarrays for comprehensive identification of Rsp5 substrates in yeast. Mol Syst Biol, 2007. 3: p. 116.

22. Hurt, E., et al., Cotranscriptional recruitment of the serine-arginine-rich (SR)-Iike proteins Gbp2 and Hrbl to nascent mRNA via the TREX complex. Proc Natl Acad Sci U S A, 2004. 101(7): p. 1858-62.

23. Huang, Y. and J. A. Steitz, Splicing factors SRp20 and 9G8 promote the nucleocytoplasmic export of mRNA. Mol Cell, 2001. 7(4): p. 899-905.

24. Huang, Y., et al., SR splicing factors serve as adapter proteins for TAP-dependent mRNA export. Mol Cell, 2003.11(3): p. 837-43.

25. Dunn, E.F., et al., Yeast poly(A)-binding protein, Pabl, and PAN, a poly(A) nuclease complex recruited by Pabl, connect mRNA biogenesis to export. Genes Dev, 2005. 19(1): p. 90-103.

26. Vinciguerra, P., et al., Perinuclear Mlp proteins downregulate gene expression in response to a defect in mRNA export. EMBO J, 2005. 24(4): p. 813-23.

27. Duncan, K., J.G. Umen, and C. Guthrie, A putative ubiquitin ligase required for efficient mRNA export differentially affects hnRNP transport. Curr Biol, 2000.10(12): p. 687-96.

28. Iglesias, N., et al., Ubiquitin-mediated mRNP dynamics and surveillance prior to budding yeast mRNA export. Genes Dev, 2010.24(17): p. 1927-38.

29. Segref, A., et al., Mex67p, a novel factor for nuclear mRNA export, binds to both poly(A)+ RNA and nuclear pores. EMBO J, 1997.16(11): p. 3256-71.

30. Santos-Rosa, H., et al., Nuclear mRNA export requires complex formation between Mex67p and Mtr2p at the nuclear pores. Mol Cell Biol, 1998.18(11): p. 6826-38.

31. Herold, A., L. Teixeira, and E. Izaurralde, Genome-wide analysis of nuclear mRNA export pathways in Drosophila. EMBO J, 2003. 22(10): p. 2472-83.

32. Strasser, K., J. Bassler, and E. Hurt, Binding of the Mex67p/Mtr2p heterodimer to FXFG, GLFG, and FG repeat nucleoporins is essential for nuclear mRNA export. J Cell Biol, 2000.150(4): p. 695-706.

33. Fribourg, S., et al., Structural basis for the recognition of a nucleoporin FG repeat by the NTF2-like domain of the TAP/p 15 mRNA nuclear export factor. Mol Cell, 2001. 8(3): p. 645-56.

34. Liker, E., et al., The structure of the mRNA export factor TAP reveals a cis arrangement of a non-canonical RNP domain and an LRR domain. EMBO J, 2000. 19(21): p. 558798.

35. Zenklusen, D., et al., The yeast hnRNP-Like proteins Yralp and Yra2p participate in mRNA export through interaction with Mex67p. Mol Cell Biol, 2001. 21(13): p. 421932.

36. Marin, A., et al., Relationship between G+C content, ORF-length and mRNA concentration in Saccharomyces cerevisiae. Yeast, 2003. 20(8): p. 703-11.

37. Aguilera, A. and H.L. Klein, Genetic control of intrachromosomal recombination in Saccharomyces cerevisiae. I. Isolation and genetic characterization of hyper-recombination mutations. Genetics, 1988.119(4): p. 779-90.

38. Aguilera, A. and H.L. Klein, HPR1, a novel yeast gene that prevents intrachromosomal excision recombination, shows carboxy-terminal homology to the Saccharomyces cerevisiae TOPI gene. Mol Cell Biol, 1990.10(4): p. 1439-51.

39. Chavez, S. and A. Aguilera, The yeast HPR1 gene has a functional role in transcriptional elongation that uncovers a novel source of genome instability. Genes Dev, 1997. 11(24): p. 3459-70.

40. Piruat, J.I. and A. Aguilera, A novel yeast gene, TH02, is involved in RNA pol II transcription and provides new evidence for transcriptional elongation-associated recombination. EMBO J, 1998.17(16): p. 4859-72.

41. Chavez, S., et al., A protein complex containing Tho2, Hprl, Mftl and a novel protein, Thp2, connects transcription elongation with mitotic recombination in Saccharomyces cerevisiae. EMBO J, 2000.19(21): p. 5824-34.

42. Strasser, K., et al., TREX is a conserved complex coupling transcription with messenger RNA export. Nature, 2002. 417(6886): p. 304-8.

43. Zenklusen, D., et al., Stable mRNP formation and export require cotranscriptional recruitment of the mRNA export factors Yralp and Sub2p by Hprlp. Mol Cell Biol, 2002. 22(23): p. 8241-53.

44. Rehwinkel, J., et al., Genome-wide analysis of mRNAs regulated by the THO complex in Drosophila melanogaster. Nat Struct Mol Biol, 2004.11(6): p. 558-66.

45. Masuda, S., et al., Recruitment of the human TREX complex to mRNA during splicing. Genes Dev, 2005.19(13): p. 1512-7.

46. Chavez, S., et al., Hprl is preferentially required for transcription of either long or G+C-rich DNA sequences in Saccharomyces cerevisiae. Mol Cell Biol, 2001. 21(20): p. 705464.

47. Mason, P.B. and K. Struhl, Distinction and relationship between elongation rate and processivity of RNA polymerase II in vivo. Mol Cell, 2005. 17(6): p. 831-40.

48. Voynov, V., et al., Genes with internal repeats require the THO complex for transcription. Proc Natl Acad Sci USA, 2006.103(39): p. 14423-8.

49. Rondon, A.G., et al., Molecular evidence that the eukaryotic THO/TREX complex is required for efficient transcription elongation. J Biol Chem, 2003. 278(40): p. 39037-43.

50. Libri, D., et al., Interactions between mRNA export commitment, 3'-end quality control, and nuclear degradation. Mol Cell Biol, 2002. 22(23): p. 8254-66.

51. Jensen, T.H., et al., Modulation of transcription affects mRNP quality. Mol Cell, 2004. 16(2): p. 235-44.

52. Hobeika, M., et al., Coordination of Hprl and ubiquitin binding by the UBA domain of the mRNA export factor Mex67. Mol Biol Cell, 2007.18(7): p. 2561-8.

53. Thomsen, R., et al., Localization of nuclear retained mRNAs in Saccharomyces cerevisiae. RNA, 2003. 9(9): p. 1049-57.

54. Cheng, H., et al., Human mRNA export machinery recruited to the 5' end of mRNA. Cell, 2006.127(7): p. 1389-400.

55. Katahira, J., et al., Adaptor Aly and co-adaptor Thoc5 function in the Tap-p 15-mediated nuclear export of HSP70 mRNA. EMBO J, 2009. 28(5): p. 556-67.

56. Wang, X., et al., Thocl/Hprl/p84 is essential for early embryonic development in the mouse. Mol Cell Biol, 2006. 26(11): p. 4362-7.

57. Wang, X., et al., Thocl deficiency compromises gene expression necessary for normal testis development in the mouse. Mol Cell Biol, 2009. 29(10): p. 2794-803.

58. Strasser, K. and E. Hurt, Splicing factor Sub2p is required for nuclear mRNA export through its interaction with Yralp. Nature, 2001. 413(6856): p. 648-52.

59. Fischer, T., et al., The mRNA export machinery requires the novel Sac3p-Thplp complex to dock at the nucleoplasmic entrance of the nuclear pores. EMBO J, 2002. 21(21): p. 5843-52.

60. Lei, E.P., et al., Sac3 is an mRNA export factor that localizes to cytoplasmic fibrils of nuclear pore complex. Mol Biol Cell, 2003.14(3): p. 836-47.

61. Fischer, T., et al., Yeast centrin Cdc31 is linked to the nuclear mRNA export machinery. Nat Cell Biol, 2004. 6(9): p. 840-8.

62. Gallardo, M., et al., Nab2p and the Thplp-Sac3p complex functionally interact at the interface between transcription and mRNA metabolism. J Biol Chem, 2003. 278(26): p. 24225-32.

63. Gallardo, M. and A. Aguilera, A new hyperrecombination mutation identifies a novel yeast gene, THP1, connecting transcription elongation with mitotic recombination. Genetics, 2001.157(1): p. 79-89.

64. Jani, D., et al., Susl, Cdc31, and the Sac3 CID region form a conserved interaction platform that promotes nuclear pore association and mRNA export. Mol Cell, 2009. 33(6): p. 727-37.

65. Terry, L.J., E.B. Shows, and S.R. Wente, Crossing the nuclear envelope: hierarchical regulation of nucleocytoplasmic transport. Science, 2007. 318(5855): p. 1412-6.

66. Terry, L.J. and S.R. Wente, Flexible gates: dynamic topologies and functions for FG nucleoporins in nucleocytoplasmic transport. Eukaryot Cell, 2009. 8(12): p. 1814-27.

67. Suntharalingam, M., A.R. Alcazar-Roman, and S.R. Wente, Nuclear export of the yeast mRNA-binding protein Nab2 is linked to a direct interaction with Gfdl and to Glel function. J Biol Chem, 2004. 279(34): p. 35384-91.

68. Cole, C.N. and J.J. Scarcelli, Unravelling mRNA export. Nat Cell Biol, 2006. 8(7): p. 645-7.

69. Luna, R., et al., Biogenesis of mRNPs: integrating different processes in the eukaryotic nucleus. Chromosoma, 2008.117(4): p. 319-31.

70. Wyers, F., et al., Cryptic pol II transcripts are degraded by a nuclear quality control pathway involving a new poly(A) polymerase. Cell, 2005.121(5): p. 725-37.

71. Kim, M., et al., The yeast Rati exonuclease promotes transcription termination by RNA polymerase II. Nature, 2004. 432(7016): p. 517-22.

72. Kufel, J., et al., Lsm Proteins are required for normal processing and stability of ribosomal RNAs. J Biol Chem, 2003. 278(4): p. 2147-56.

73. Allmang, C., et al., The yeast exosome and human PM-Scl are related complexes of 3' --> 5' exonucleases. Genes Dev, 1999.13(16): p. 2148-58.

74. Varani, G., A cap for all occasions. Structure, 1997. 5(7): p. 855-8.

75. Schwer, B., X. Mao, and S. Shuman, Accelerated mRNA decay in conditional mutants of yeast mRNA capping enzyme. Nucleic Acids Res, 1998. 26(9): p. 2050-7.

76. Schroeder, S.C., et al., A function of yeast mRNA cap methyltransferase, Abdl, in transcription by RNA polymerase II. Mol Cell, 2004.13(3): p. 377-87.

77. Legrain, P. and M. Rosbash, Some cis- and trans-acting mutants for splicing target pre-mRNA to the cytoplasm. Cell, 1989. 57(4): p. 573-83.

78. Rutz, B. and B. Seraphin, A dual role for BBP/ScSFl in nuclear pre-mRNA retention and splicing. EMBO J, 2000.19(8): p. 1873-86.

79. Lewis, A., R. Felberbaum, and M. Hochstrasser, A nuclear envelope protein linking nuclear pore basket assembly, SUMO protease regulation, and mRNA surveillance. J Cell Biol, 2007.178(5): p. 813-27.

80. Galy, V., et al., Nuclear retention of unspliced mRNAs in yeast is mediated by perinuclear Mlpl. Cell, 2004.116(1): p. 63-73.

81. Minvielle-Sebastia, L., et al., Mutations in the yeast RNA14 and RNA15 genes result in an abnormal mRNA decay rate; sequence analysis reveals an RNA-binding domain in the RNA15 protein. Mol Cell Biol, 1991.11(6): p. 3075-87.

82. Burkard, K.T. and J.S. Butler, A nuclear 3-5' exonuclease involved in mRNA degradation interacts with Poly(A) polymerase and the hnRNA protein Npl3p. Mol Cell Biol, 2000. 20(2): p. 604-16.

83. Rougemaille, M., et al., Dissecting mechanisms of nuclear mRNA surveillance in THO/sub2 complex mutants. EMBO J, 2007.26(9): p. 2317-26.

84. Damgaard, C.K., et al., A 5' splice site enhances the recruitment of basal transcription initiation factors in vivo. Mol Cell, 2008. 29(2): p. 271-8.

85. Proudfoot, N.J., Dawdling polymerases allow introns time to splice. Nat Struct Biol, 2003.10(11): p. 876-8.

86. Andrulis, E.D., et al., The RNA processing exosome is linked to elongating RNA polymerase II in Drosophila. Nature, 2002. 420(6917): p. 837-41.

87. Hieronymus, H. and P.A. Silver, Genome-wide analysis of RNA-protein interactions illustrates specificity of the mRNA export machinery. Nat Genet, 2003. 33(2): p. 155-61.

88. Custodio, N., et al., Splicing- and cleavage-independent requirement of RNA polymerase II CTD for mRNA release from the transcription site. J Cell Biol, 2007. 179(2): p. 199207.

89. Roth, K.M., et al., The nuclear exosome contributes to autogenous control of NAB2 mRNA levels. Mol Cell Biol, 2005. 25(5): p. 1577-85.

90. Bird, G., et al., Ribozyme cleavage reveals connections between mRNA release from the site of transcription and pre-mRNA processing. Mol Cell, 2005.20(5): p. 747-58.

91. Hilleren, P., et al., Quality control of mRNA 3r-end processing is linked to the-nuclear exosome. Nature, 2001. 413(6855): p. 538-42.

92. Dower, K., et al., A synthetic A tail rescues yeast nuclear accumulation of a ribozyme-terminated transcript. RNA, 2004.10(12): p. 1888-99.

93. Adamson, T.E., D.C. Shutt, and D.H. Price, Functional coupling of cleavage and polyadenylation with transcription of mRNA. J Biol Chem, 2005. 280(37): p. 32262-71.

94. Bentley, D.L., Rules of engagement: co-transcriptional recruitment of pre-mRNA processing factors. Curr Opin Cell Biol, 2005.17(3): p. 251-6.

95. Custodio, N., et al., Inefficient processing impairs release of RNA from the site of transcription. EMBO J, 1999.18(10): p. 2855-66.

96. Rodriguez-Navarro, S., et al., Susl, a functional component of the SAGA histone acetylase complex and the nuclear pore-associated mRNA export machinery. Cell, 2004. 116(1): p. 75-86.

97. Chekanova, J.A., et al., Susl, Sac3, and Thpl mediate post-transcriptional tethering of active genes to the nuclear rim as well as to non-nascent mRNP. RNA, 2008. 14(1): p. 66-77.

98. Brickner, D.G., et al., H2A.Z-mediated localization of genes at the nuclear periphery confers epigenetic memory of previous transcriptional state. PLoS Biol, 2007. 5(4): p. e81.

99. Casolari, J.M., et al., Genome-wide localization of the nuclear transport machinery couples transcriptional status and nuclear organization. Cell, 2004. 117(4): p. 427-39.

100. Kim, H., et al., Estimating rates of alternative splicing in mammals and invertebrates. Nat Genet, 2004. 36(9): p. 915-6; author reply 916-7.

101. Edmonds, M. and R. Abrams, Polynucleotide biosynthesis: formation of a sequence of adenylate units from adenosine triphosphate by an enzyme from thymus nuclei. J Biol Chem, 1960. 235: p. 1142-9.

102. Nevins, J.R. and J.E. Darnell, Jr., Steps in the processing of Ad2 mRNA: poly(A)+ nuclear sequences are conserved and poly(A) addition precedes splicing. Cell, 1978. 15(4): p. 1477-93.

103. Vinciguerra, P. and F. Stutz, mRNA export: an assembly line from genes to nuclear pores. Curr Opin Cell Biol, 2004.16(3): p. 285-92.

104. Huang, Y. and G.G. Carmichael, Role of polyadenylation in nucleocytoplasmic transport of mRNA. Mol Cell Biol, 1996. 16(4): p. 1534-42.

105. Wickens, M., P. Anderson, and R.J. Jackson, Life and death in the cytoplasm: messages from the 3' end. Curr Opin Genet Dev, 1997. 7(2): p. 220-32.

106. Ford, L.P., P.S. Bagga, and J. Wilusz, The poly(A) tail inhibits the assembly of a 3'- to-5' exonuclease in an in vitro RNA stability system. Mol Cell Biol, 1997.17(1): p. 398-406.

107. Calvo, O. and J.L. Manley, Strange bedfellows: polyadenylation factors at the promoter. Genes Dev, 2003.17(11): p. 1321-7.

108. Maniatis, T. and R. Reed, An extensive network of coupling among gene expression machines. Nature, 2002. 416(6880): p. 499-506.

109. Proudfoot, N., New perspectives on connecting messenger RNA 3' end formation to transcription. Curr Opin Cell Biol, 2004.16(3): p. 272-8.

110. Bilger, A., et al., Nuclear polyadenylation factors recognize cytoplasmic polyadenylation elements. Genes Dev, 1994. 8(9): p. 1106-16.

111. Stevenson, A.L. and C.J. Norbury, The Cid 1 family of non-canonical poly(A) polymerases. Yeast, 2006. 23(13): p. 991-1000.

112. Gilmartin, G.M., Eukaryotic mRNA 3' processing: a common means to different ends. Genes Dev, 2005.19(21): p. 2517-21.

113. Zhao, J., L. Hyman, and C. Moore, Formation of mRNA 3' ends in eukaryotes: mechanism, regulation, and interrelationships with other steps in mRNA synthesis. Microbiol Mol Biol Rev, 1999. 63(2): p. 405-45.

114. Mandel, C.R., Y. Bai, and L. Tong, Protein factors in pre-mRNA 3'-end processing. Cell Mol Life Sci, 2008. 65(7-8): p. 1099-122.

115. Proudfoot, N.J. and G.G. Brownlee, 3' non-coding region sequences in eukaryotic messenger RNA. Nature, 1976. 263(5574): p. 211-4.

116. Tian, B., et al., A large-scale analysis of mRNA polyadenylation of human and mouse genes. Nucleic Acids Res, 2005. 33(1): p. 201-12.

117. Higgs, D.R., et al., Alpha-thalassaemia caused by a polyadenylation signal mutation. Nature, 1983. 306(5941): p. 398-400.

118. Fitzgerald, M. and T. Shenk, The sequence 5'-AAUAAA-3'forms parts of the recognition site for polyadenylation of late SV40 mRNAs. Cell, 1981. 24(1): p. 251-60.

119. Simonsen, C.C. and A.D. Levinson, Analysis of processing and polyadenylation signals of the hepatitis B virus surface antigen gene by using simian virus 40-hepatitis B virus chimeric plasmids. Mol Cell Biol, 1983. 3(12): p. 2250-8.

120. Chou, Z.F., F. Chen, and J. Wilusz, Sequence and position requirements for uridylate-rich downstream elements of polyadenylation signals. Nucleic Acids Res, 1994. 22(13): p. 2525-31.

121. Zarkower, D. and M. Wickens, A functionally redundant downstream sequence in SV40 late pre-mRNA is required for mRNA 3'-end formation and for assembly of a precleavage complex in vitro. J Biol Chem, 1988.263(12): p. 5780-8.

122. Takagaki, Y. and J.L. Manley, RNA recognition by the human polyadenylation factor CstF. Mol Cell Biol, 1997.17(7): p. 3907-14.

123. Sheets, M.D., S.C. Ogg, and M.P. Wickens, Point mutations in AAUAAA and the poly (A) addition site: effects on the accuracy and efficiency of cleavage and polyadenylation in vitro. Nucleic Acids Res, 1990.18(19): p. 5799-805.

124. Hu, J., et al., Bioinformatic identification of candidate cis-regulatory elements involved in human mRNA polyadenylation. RNA, 2005.11(10): p. 1485-93.

125. Brackenridge, S. and N.J. Proudfoot, Recruitment of a basal polyadenylation factor by the upstream sequence element of the human lamin B2 polyadenylation signal. Mol Cell Biol, 2000. 20(8): p. 2660-9.

126. Bagga, P.S., et al., The G-rich auxiliary downstream element has distinct sequence and position requirements and mediates efficient 3' end pre-mRNA processing through atrans-acting factor. Nucleic Acids Res, 1995. 23(9): p. 1625-31.

127. Guo, Z., et al., Redundant 3' end-forming signals for the yeast CYC1 mRNA. Proc Natl Acad Sci USA, 1995. 92(10): p. 4211-4.

128. Guo, Z. and F. Sherman, 3'-end-forming signals of yeast mRNA. Mol Cell Biol, 1995. 15(11): p. 5983-90.

129. Heidmann, S., et al., Identification of pre-mRNA polyadenylation sites in Saccharomyces cerevisiae. Mol Cell Biol, 1992.12(9): p. 4215-29.

130. Dichtl, B. and W. Keller, Recognition of polyadenylation sites in yeast pre-mRNAs by cleavage and polyadenylation factor. EMBO J, 2001. 20(12): p. 3197-209.

131. Colgan, D.F. and J.L. Manley, Mechanism and regulation of mRNA polyadenylation. Genes Dev, 1997.11(21): p. 2755-66.

132. Chen, J. and C. Moore, Separation of factors required for cleavage and polyadenylation of yeast pre-mRNA. Mol Cell Biol, 1992.12(8): p. 3470-81.

133. Dantonel, J.C., et al., Transcription factor TFIID recruits factor CPSF for formation of 3' end of mRNA. Nature, 1997. 389(6649): p. 399-402.

134. McCracken, S., et al., The C-terminal domain of RNA polymerase II couples mRNA processing to transcription. Nature, 1997. 385(6614): p. 357-61.

135. Murthy, K.G. and J.L. Manley, The 160-kD subunit of human cleavage-polyadenylation specificity factor coordinates pre-mRNA 3'-end formation. Genes Dev, 1995! 9(21): p. 2672-83.

136. Stumpf, G. and H. Domdey, Dependence of yeast pre-mRNA 3'-end processing on CFT1: a sequence homolog of the mammalian AAUAAA binding factor. Science, 1996. 274(5292): p. 1517-20.

137. Dichtl, B., et al., Yhhlp/Cftlp directly links poly(A) site recognition and RNA polymerase II transcription termination. EMBO J, 2002. 21(15): p. 4125-35.

138. Ryan, K., O. Calvo, and J.L. Manley, Evidence that polyadenylation factor CPSF-73 is the mRNA 3' processing endonuclease. RNA, 2004. 10(4): p. 565-73.

139. Mandel, C.R., et al., Polyadenylation factor CPSF-73 is the pre-mRNA 3'-end-processing endonuclease. Nature, 2006. 444(7121): p. 953-6.

140. Dominski, Z., X.C. Yang, and W.F. Marzluff, The polyadenylation factor CPSF-73 is involved in histone-pre-mRNA processing. Cell, 2005.123(1): p. 37-48.

141. Baillat, D., et al., Integrator, a multiprotein mediator of small nuclear RNA processing, associates with the C-terminal repeat of RNA polymerase II. Cell, 2005. 123(2): p. 26576.

142. Dominski, Z., et al., A CPSF-73 homologue is required for cell cycle progression but not cell growth and interacts with a protein having features of CPSF-100. Mol Cell Biol, 2005. 25(4): p. 1489-500.

143. Barabino, S.M., M. Ohnacker, and W. Keller, Distinct roles of two Ythlp domains in 3'-end cleavage and polyadenylation of yeast pre-mRNAs. EMBO J, 2000. 19(14): p. 377887.

144. Barabino, S.M., et al., The 30-kD subunit of mammalian cleavage and polyadenylation specificity factor and its yeast homolog are RNA-binding zinc finger proteins. Genes Dev, 1997. 11(13): p. 1703-16.

145. Tacahashi, Y., S. Helmling, and C.L. Moore, Functional dissection of the zinc finger and flanking domains of the Ythl cleavage/polyadenylation factor. Nucleic Acids Res, 2003. 31(6): p. 1744-52.

146. Zarudnaya, M.I., I.M. Kolomiets, and D.M. Hovorun, What nuclease cleaves pre-mRNA in the process of polyadenylation? IUBMB Life, 2002. 54(1): p. 27-31.

147. Kaufinann, I., et al., Human Fipl is a subunit of CPSF that binds to U-rich RNA elements and stimulates poly(A) polymerase. EMBO J, 2004. 23(3): p. 616-26.

148. Qu, X., et al., The C-terminal domains of vertebrate CstF-64 and its yeast orthologue Rnal5 form a new structure critical for mRNA 3'-end processing. J Biol Chem, 2007. 282(3): p. 2101-15.

149. Monarez, R.R., C.C. MacDonald, and B. Dass, Polyadenylation proteins CstF-64 and tauCstF-64 exhibit differential binding affinities for RNA polymers. Biochem J, 2007. 401(3): p. 651-8.

150. Legrand, P., et al., The structure of the CstF-77 homodimer provides insights into CstF assembly. Nucleic Acids Res, 2007. 35(13): p. 4515-22.

151. McCracken, S., et al., An evolutionarily conserved role for SRml60 in 3'-end processing that functions independently of exon junction complex formation. J Biol Chem, 2003. 278(45): p. 44153-60.

152. Takagaki, Y., L.C. Ryner, and J.L. Manley, Four factors are required for 3'-end cleavage ofpre-mRNAs. Genes Dev, 1989. 3(11): p. 1711-24.

153. Rappsilber, J., et al., Large-scale proteomic analysis of the human spliceosome. Genome Res, 2002.12(8): p. 1231-45.

154. Brown, K.M. and G.M. Gilmartin, A mechanism for the regulation of pre-mRNA 3' processing by human cleavage factor Im. Mol Cell, 2003.12(6): p. 1467-76.

155. Zhang, Z. and D.S. Gilmour, Pcfll is a termination factor in Drosophila that dismantles the elongation complex by bridging the CTD of RNA polymerase II to the nascent transcript. Mol Cell, 2006. 21(1): p. 65-74.

156. Zhang, Z., J. Fu, and D.S. Gilmour, CTD-dependent dismantling of the RNA polymerase II elongation complex by the pre-mRNA 3'-end processing factor, Pcfll. Genes Dev, 2005.19(13): p. 1572-80.

157. Noble, C.G., B. Beuth, and I.A. Taylor, Structure of a nucleotide-bound Clpl-Pcfll polyadenylation factor. Nucleic Acids Res, 2007. 35(1): p. 87-99.

158. Weitzer, S. and J. Martinez, The human RNA kinase hClpl is active on 31 transfer RNA exons and short interfering RNAs. Nature, 2007. 447(7141): p. 222-6.

159. Balbo, P.B. and A. Bohm, Mechanism of poly(A) polymerase: structure of the enzyme-MgATP-RNA ternary complex and kinetic analysis. Structure, 2007.15(9): p. 1117-31.

160. Martin, G., W. Keller, and S. Doublie, Crystal structure of mammalian poly(A) polymerase in complex with an analog of ATP. EMBO J, 2000.19(16): p. 4193-203.

161. Meyer, S., C. Urbanke, and E. Wahle, Equilibrium studies on the association of the nuclear poly(A) binding protein with poly(A) of different lengths. Biochemistry, 2002. 41(19): p. 6082-9.

162. Kerwitz, Y., et al., Stimulation of poly(A) polymerase through a direct interaction with the nuclear poly(A) binding protein allosterically regulated by RNA. EMBO J, 2003. 22(14): p. 3705-14.

163. Amrani, N., et al., Yeast Pabl interacts with Rnal5 and participates in the control of the poly(A) tail length in vitro. Mol Cell Biol, 1997.17(7): p. 3694-701.

164. O'Connor, J.P. and C.L. Peebles, PTA1, an essential gene of Saccharomyces cerevisiae affecting pre-tRNA processing. Mol Cell Biol, 1992.12(9): p. 3843-56.

165. Zhao, J., et al., Ptal, a component of yeast CF II, is required for both cleavage and poly(A) addition of mRNA precursor. Mol Cell Biol, 1999.19(11): p. 7733-40.

166. Kolev, N.G. and J.A. Steitz, Symplekin and multiple other polyadenylation factors participate in 3'-end maturation of histone mRNAs. Genes Dev, 2005.19(21): p. 2583-92.

167. Hofmann, I., et al., Symplekin, a constitutive protein of karyo- and cytoplasmic particles involved in mRNA biogenesis in Xenopus laevis oocytes. Mol Biol Cell, 2002. 13(5): p. 1665-76.

168. Hirose, Y. and J.L. Manley, RNA polymerase II is an essential mRNA polyadenylation factor. Nature, 1998. 395(6697): p. 93-6.

169. Nedea, E., et al., Organization and function of APT, a subcomplex of the yeast cleavage and polyadenylation factor involved in the formation of mRNA and small nucleolar RNA 3'-ends. J Biol Chem, 2003. 278(35): p. 33000-10.

170. Sun, Z.W. and M. Hampsey, Synthetic enhancement of a TFIIB defect by a mutation in SSU72, an essential yeast gene encoding a novel protein that affects transcription start site selection in vivo. Mol Cell Biol, 1996.16(4): p. 1557-66.

171. Cheng, H., X. He, and C. Moore, The essential WD repeat protein Swd2 has dual functions in RNA polymerase II transcription termination and lysine 4 methylation of histone H3. Mol Cell Biol, 2004. 24(7): p. 2932-43.

172. Castelo-Branco, P., et al., Polypyrimidine tract binding protein modulates efficiency of polyadenylation. Mol Cell Biol, 2004. 24(10): p. 4174-83.

173. Phillips, C., N. Pachikara, and S.I. Gunderson, U1A inhibits cleavage at the immunoglobulin M heavy-chain secretory poly(A) site by binding between the two downstream GU-rich regions. Mol Cell Biol, 2004. 24(14): p. 6162-71.

174. Boelens, W.C., et al., The human U1 snRNP-specific U1A protein inhibits polyadenylation of its own pre-mRNA. Cell, 1993. 72(6): p. 881-92.

175. Soller, M. and K. White, ELAV inhibits 3'-end processing to promote neural splicing of ewg pre-mRNA. Genes Dev, 2003.17(20): p. 2526-38.

176. Vagner, S., C. Vagner, and I.W. Mattaj, The carboxyl terminus of vertebrate poly(A) polymerase interacts with U2AF 65 to couple 3'-end processing and splicing. Genes Dev, 2000.14(4): p. 403-13.

177. Kyburz, A., et al., Direct interactions between subunits of CPSF and the U2 snRNP contribute to the coupling of pre-mRNA 3' end processing and splicing. Mol Cell, 2006. 23(2): p. 195-205.

178. McCracken, S., M. Lambermon, and B.J. Blencowe, SRml60 splicing coactivator promotes transcript 3'-end cleavage. Mol Cell Biol, 2002. 22(1): p. 148-60.

179. Flaherty, S.M., et al., Participation of the nuclear cap binding complex in pre-mRNA 3' processing. Proc Natl Acad Sci USA, 1997. 94(22): p. 11893-8.

180. Takagaki, Y. and J.L. Manley, Levels of polyadenylation factor CstF-64 control IgM heavy chain mRNA accumulation and other events associated with B cell differentiation. Mol Cell, 1998. 2(6): p. 761-71.

181. Kim, H., J.H. Lee, and Y. Lee, Regulation of poly(A) polymerase by 14-3-3epsilon. EMBO J, 2003. 22(19): p. 5208-19.

182. Zhu, Z.H., et al., CSR1 induces cell death through inactivation of CPSF3. Oncogene, 2009. 28(1): p. 41-51.

183. Chen, Z., Y. Li, and R.M. Krug, Influenza A virus NS1 protein targets poly(A)-bmding protein II of the cellular 3'-end processing machinery. EMBO J, 1999.18(8): p. 2273-83.

184. Rozenblatt-Rosen, O., et al., The tumor suppressor Cdc73 functionally associates with CPSF and CstF 3' mRNA processing factors. Proc Natl Acad Sci USA, 2009. 106(3): p. 755-60.

185. Shimazu, T., S. Horinouchi, and M. Yoshida, Multiple histone deacetylases and the CREB-binding protein regulate pre-mRNA 3'-end processing. J Biol Chem, 2007. 282(7): p. 4470-8.

186. Vethantham, V., N. Rao, and J.L. Manley, Sumoylation regulates multiple aspects of mammalian poly(A) polymerase function. Genes Dev, 2008. 22(4): p. 499-511.

187. Vethantham, V., N. Rao, and J.L. Manley, Sumoylation modulates the assembly and activity of the pre-mRNA 3' processing complex. Mol Cell Biol, 2007. 27(24): p. 884858.

188. Danckwardt, S., M.W. Hentze, and A.E. Kulozik, 3' end mRNA processing: molecular mechanisms and implications for health and disease. EMBO J, 2008. 27(3): p. 482-98.

189. Georgiev, P.G. and T.I. Gerasimova, Novel genes influencing the expression of the yellow locus and mdg4 (gypsy) in Drosophila melanogaster. Mol Gen Genet, 1989. 220(1): p. 121-6.

190. Georgiev, P.G., Identification of mutations in three genes that interact with zeste in the control of white gene expression in Drosophila melanogaster. Genetics, 1994. 138(3): p. 733-9.

191. Kusch, Т., et al., Two Drosophila Ada2 homologues function in different multiprotein complexes. Mol Cell Biol, 2003. 23(9): p. 3305-19.

192. Muratoglu, S., et al., Two different Drosophila ADA2 homologues are present in distinct GCN5 histone acetyltransferase-containing complexes. Mol Cell Biol, 2003. 23(1): p. 306-21.

193. Pankotai, Т., et al., The homologous Drosophila transcriptional adaptors ADA2a and ADA2b are both required for normal development but have different functions. Mol Cell Biol, 2005. 25(18): p. 8215-27.

194. Shidlovskii, Y.V., et al., A novel multidomain transcription coactivator SAYP can also repress transcription in heterochromatin. EMBO J, 2005. 24(1): p. 97-107.

195. Georgieva, S., et al., The novel transcription factor e(y)2 interacts with TAF(II)40 and potentiates transcription activation on chromatin templates. Mol Cell Biol, 2001. 21(15): p. 5223-31.

196. Kohler, A., et al., The mRNA export factor Susl is involved in Spt/Ada/Gcn5 acetyltransferase-mediated H2B deubiquitinylation through its interaction with Ubp8 and Sgfll. Mol Biol Cell, 2006.17(10): p. 4228-36.

197. Zhao, Y., et al., A TFTC/STAGA module mediates histone H2A and H2B deubiquitination, coactivates nuclear receptors, and counteracts heterochromatin silencing. Mol Cell, 2008. 29(1): p. 92-101.

198. Kurshakova, M.M., et al., SAGA and a novel Drosophila export complex anchor efficient transcription and mRNA export to NPC. EMBO J, 2007. 26(24): p. 4956-65.

199. Kurshakova, M., et al., Evolutionarily conserved E(y)2/Susl protein is essential for the barrier activity of Su(Hw)-dependent insulators in Drosophila. Mol Cell, 2007. 27(2): p. 332-8.

200. Lebedeva, L.A., et al., Occupancy of the Drosophila hsp70 promoter by a subset of basal transcription factors diminishes upon transcriptional activation. Proc Natl Acad Sci U S A, 2005.102(50): p. 18087-92.

201. Georgieva, S., et al., Two novel Drosophila TAF(II)s have homology with human TAF(II)30 and are differentially regulated during development. Mol Cell Biol, 2000. 20(5): p. 1639-48.

202. Sandaltzopoulos, R., et al., Dual regulation of the Drosophila hsp26 promoter in vitro. Nucleic Acids Res, 1995. 23(13): p. 2479-87.

203. Tenenbaum, S.A., et al., Identifying mRNA subsets in messenger ribonucleoprotein complexes by using cDNA arrays. Proc Natl Acad Sci USA, 2000. 97(26): p. 14085-90.

204. Baroni, T.E., et al., Advances in RIP-chip analysis : RNA-binding protein immunoprecipitation-microarray profiling. Methods Mol Biol, 2008.419: p. 93-108.

205. Rasmussen, E.B. and J.T. Lis, In vivo transcriptional pausing and cap formation on three Drosophila heat shock genes. Proc Natl Acad Sci USA, 1993. 90(17): p. 7923-7.

206. Jimeno, S., et al., A reduction in RNA polymerase II initiation rate suppresses hyper-recombination and transcription-elongation impairment of THO mutants. Mol Genet Genomics, 2008. 280(4): p. 327-36.

207. Saguez, C., et al., Nuclear mRNA surveillance in THO/sub2 mutants is triggered by inefficient polyadenylation. Mol Cell, 2008. 31(1): p. 91-103.

208. Rougemaille, M., et al., THO/Sub2p functions to coordinate 3'-end processing with gene-nuclear pore association. Cell, 2008.135(2): p. 308-21.

209. Kim, M., et al., Transitions in RNA polymerase II elongation complexes at the 3' ends of genes. EMBO J, 2004. 23(2): p. 354-64.

210. Pascual-Garcia, P., et al., Susl is recruited to coding regions and functions during transcription elongation in association with SAGA and TREX2. Genes Dev, 2008. 22(20): p. 2811-22.