RNS-ek
RNS-ek 1. Az ősi RNS Világ: - az élet hajnalán
2. Egy már ismert RNS Világ:
- a fehérjeszintézis ben résztvevő RNS-ek
3. Egy újonnan felfedezett RNS Világ: - szabályozó RNS-ek
4. Transzkripció 5. Transzkripció utáni módosítás
Ősi RNS Világ RNS
nukleotidok
ribozim katalizálja az RNS replikációt
1.
A tyúk és tojás paradoxon Ma az információ hordozó a DNS, a DNS replikációját pedig enzimek segítik Hogyan tud egy kétkomponensű rendszer evolválódni? Mi volt először? - Az enzim nem lehetett először, mert nem volt ami kódolja - A DNS nem lehetett először, mert egy funkcióképes enzim kódja egyetlen lépésben nem alakulhatott ki. Egy többlépéses folyamat során a köztes lépések elvesztek volna az evolúció süllyesztőjében, mert értelmetlenek 1 lépéses evolúció: RNS!!!!
Az RNS Világ Hipotézis
Carl Woese
Alexander Rich
2.
Az RNS szerkezete Elsődleges szerkezet
3 vég
foszfát ribóz
foszfodiészter kötés
5 vég
Másodlagos szerkezet (H kötések)
3.
4.
ATP
A fehérjeszintézis RNS-ei RNS típusok
Kódoló
Nem-kódoló
Fehérje szintézis
Fehérjeszintézis
mRNS
rRNS
tRNS
5.
Hírvivő (m)RNS •Fehérjét kódol •Nem stabil, felezési ideje: percek, órák
Prokariótáknál: • a transzkripció és transzláció folyamata időben és térben kapcsolt • instabilitás: a prokarióta mRNS-ek átlagos élettartama 1-3 perc • policisztronos messenger RNS-ek (génen: operonok).
operon
1 gén Eukariótáknál: • az eukarióta gének általában nem alkotnak operont, egyenként íródnak át • pre-mRNS-ek képződnek, melyek módosulnak az érés során: splicing, capping, polyA farok • alternatív mRNS érési folyamatok: egy RNS szálon több üzenet
6.
Riboszómális (r)RNS • a riboszóma felépítésében vesz részt – fehérjékkel együtt • egyszálú, helyenként önmagával bázispárokat képez • a fehérjékkel összekapcsolódva alakítja ki a riboszóma-alegységeket • egy kis és egy nagy alegység összekapcsolódásával jön létre egy riboszóma
Eukarióta riboszómális RNS-ek: Mitokondrium: 12S, 16S Citoplazma:
- Nagy alegység: 28S, 5.8S, 5S - Kis alegység: 18S
16S RNS
riboszóma
7.
Szállító (t)RNS
8.
akceptor kar
Francis Crick: Adaptor Hipotézis
• szabad aminosavakat visz a riboszómákhoz » szállító
T(CG) hurok D hurok Vátozó hurok
antikodon kar
• 60-95 nukleotidból állnak • egyszálú, de helyenként önmagával bázispárokat képez » másodlagos szerkezete: lóhere
Egy példa: tRNALeu UUG
Leucil-tRNS szintetáz
leucil-tRNALeu UUG
• A mitokondriumok saját fehérjeszintetizáló rendszerében számuk 22 (39 antikodon hiányzik) • Emberi genom: 516 tRNA – 49 család – 12 antikodon hiányzik! • A tRNS-ek mérete, szerkezete, részei: • “akceptor kar”, a 3'-végen -CCA szekvencia • "antikodon kar", hurkában az antikodon • D-hurok, T(ΨCG)-hurok • Sok módosított bázist tartalmaznak, melyek a transzkripció után alakulnak ki
l ö t y ö g é s
Nem-kódoló RNS-ek
Meglepetések
9.
(Nem-kódoló RNS-ek: egy új RNS Világ) A korábban ismert RNS-ek csak a jéghegy csúcsát jelentik, további meglepetések várhatók (1) Teljesen új RNS családok felfedezése – Új RNS funkciók: szabályozás (2) Az emberi genom több mint 90%-a transzkripciós aktivitást mutat (3) Multigénes transzkripció: egy RNS szálon több üzenet (4) Az emberi gének több mint 70%-ának mindkét DNS szála leíródik (5) Konzervatív nem-kódoló régiók (eddig csak a fehérjéknél volt ismert)
A sejt inkább egy RNS gépezet, mint fehérje gépezet? Az effektor (végrehajtó) molekulák azért fehérjék!
RNS féleségek
10.
- funkció szerinti csoportok RNS típusok Kódoló
Nem-kódoló
Fehérje szintézis
mRNS
Genetikai szabályozás
rRNS
RNS érés
export
DNS szintézis
Transzpozon kontroll
tRNS
Fehérjeszintézis * Az enzim funkcióval a ribozimek rendelkeznek; ezek az RNS-ek szerepelnek más kategóriákban is
Enzim*
11.
Nem-kódoló RNS-ek Nem-kódoló RNS-ek 1 Genetikai szabályozás
Általános transzkripció szabályozás snRNS (U1 U2)
SRA1
RNSi-alapú gén csendesítés
7SK
miRNS
siRNS
Epigenetikai szabályozás
XIST
H19
HBII-85 snoRNS
hosszú RNS-ek cisz-antiszensz szabályozásban
Splicing szabályozók
HOTAIR
HBII-52 snoRNS
Hosszú RNS-ek a transz-ható szabályozásban
TSIX
AIR
12.
Nem-kódoló RNS-ek Nem-kódoló RNS-ek - 2
RNS érés
Vágás
Splicing
snRNS
RNázP (pre-tRNS)
Rnáz MIRP (pre-rRNS)
Bázis módosítás
snoRNS (rRNS)
scaRNS (snRNS)
13.
Nem-kódoló RNS-ek
Nem-kódoló RNS-ek – 3-6
DNS szintézis
TERC
Y RNS
export
Rnáz MRP
* A ribozimek szerepelnek más kategóriákban is
7SL RNS
Transzpozon kontroll
piRNS
Endo-siRNS
Enzim funkció
Ribozimek*
Ribozimek:
14.
- az ősi RNS világ relikviái? Kalapácsfej ribozim
Funkció: 1. A foszfodiészter kötés elbontása: saját és más RNS-eké; - pl. RNáz P tRNS prekurzort emészt
1. Peptidil-transzferáz aktivitás a riboszómákon: 50S riboszóma rRNS-ei 2. Autokatalitikus splicing
ribozim
RNS
vágás
elvágott RNS-ek
15.
Kis magi RNS-ek (snRNS-ek)
U7
(1) Spliceoszómális snRNS 9 RNS (106-186 nt)- 5: nagy spliceoszómában (U1, U2, U4, U5, U6): GU-AG intronok (U1: 16 gén, U6: 46 gén - 4: kis spliceoszómában (U4atac, U6atac, U11, U12) : AU-AC intronok
(2) Nem-spliceoszómális snRNS Egy-kópiás RNS-ek Különböző funkciók, 3 példa: U7: hisztonok 3’-végének processzálása 7SK: pTEFb RNS pol-I elongációs faktor negatív szabályozása Y RNS család (3 tag): DNS replikáció és sejtosztódás szabályozása
(3) Kis magvacska RNS (snoRNS) Fő funkció: rRNS-ek kémiai módosítása
(4) Kis Cajal test RNS (scaRNA) Funkció: spliceoszómális snRNS-ek kémiai módosítása
Antiszensz RNS-ek antiszensz RNS-ek cisz
transz DNS
gén
(kétszálú)
16.
Antiszensz RNS-ek
17.
Természetes antiszensz transzkriptumok (natural antisense transcrips; NATs): Transz-antiszensz RNS-ek
hézagos homológia
- mikro RNS-ek (miRNS-ek) szabályozása alatt áll a gének jelentős része: - endogén siRNS-ek - piwi RNS-ek
1 miRNS több gén; 1 gén több miRNS
Cisz-antiszensz RNS-ek 100%-os homológia - átfedő antiszensz RNS-ek A gének egy jelentős része átfedő antiszensz RNS-ek szabályozása alatt áll - mikro RNS-ek Cisz pozíció: Transz pozíció:
közel (átfedően) található a génhez távol található a géntől
Mikro RNS-ek
18.
Mikro RNS-ek
19.
(transz-antiszensz RNS-ek)
Gary Ruvkun
Victor Ambros
sejtmag pre-miRNS transzkripció Drosha
1
3
2
exportin-5
4 pri-miRNS blokkolt mRNS
DICER
RISC
5 érett miRNS
2000-ben fedezték fel az első miRNS-t:Lin-4 gén
Az miRNS-ek hatásmechanizmusa pre-miRNS
miRNS
degradáció
transzlációs blokk
Az miRNS-ek funkciója: - Ontogenezis (időzítés), sejthalál, sejtszaporodás, onkogenezis
20.
Endogén siRNS-ek SEJTMAG RNS
duplikáció
retrotranszpozíció duplikáció és inverzió
CITOPLAZMA mRNS
antiszensz transzkriptum
hajtű Dicer
siRNS RISC mRNS vágás
si: small interfering; kis interferáló
21.
piRNS-ek (A) DETEKCIÓ
primer piRNAs szensz transzpozon
antiszensz transzpozon piRNA klaszter
(B) AMPLIFIKÁCIÓ
piwi protein
transzpozon transzkriptum elvágott transzpozon transzkriptum
piRNA klaszter transzkriptum
DNS METILÁCIÓ
(C) REPRESSZIÓ
piRNS: piwi fehérjével kölcsönhatásban álló RNS
HISZTON MÓDOSÍTÁS (METILÁCIÓ)
22.
23.
Átfedő RNS-ek - hosszú cisz-antiszensz átfedő RNS-ek
DNS
5’ 3’
mRNS
5’
3’ 5’ 3’
5’
Átfedő RNS-ek
3’
3’
5’
5’
3’ 5’
3’ 5’ 3’
Kódoló szál Nem-kódoló szál (antiszensz)
3’ 5’
Konzervatív RNS-ek
HAR
24.
- A nem-kódoló RNS-ek tettek bennünket emberré?
Human Accelerated Regions (Emberi Felgyorsult Régiók)
- 49 HAR – a gerinceseknél evolúciósan konzerváltak, de nagyon gyorsan változnak az embernél, 12 az agyban fejeződik ki Az agykéreg fejlődésében játszik szerepet (7-17. hétben fejeződik ki)
HAR1 118 bp szakaszon:
2 bp-nyi különbség a csirke és a csimpánz között, de 18 bp-nyi különbség a csimpánz és az ember között accelerated = felgyorsult
