Οµάδα Μοριακής Παθολογικής Ανατοµικής Ηµερίδα: Αρχές Μοριακής και Κυτταρικής Βιολογίας. Σεµινάριο οµή RNA- Τύποι RNA- Σύνθεση και επεξεργασία RNA

Transcript

1 Οµάδα Μοριακής Παθολογικής Ανατοµικής Ηµερίδα: Αρχές Μοριακής και Κυτταρικής Βιολογίας Σεµινάριο οµή RNA- Τύποι RNA- Σύνθεση και επεξεργασία RNA ρ. Αποστολία Γκιάλη Υπεύθυνη Προγράµµατος Μοριακή Βιολογία RNA Ινστιτούτο Βιολογικών Ερευνών και Βιοτεχνολογίας Εθνικό Ιδρυµα Ερευνών-Αθήνα

2 Κεντρικό δόγµα Μοριακής Βιολογίας

3 οµή DNA οµή RNA

4 Ο κεντρικός ρόλος του RNA (RNA world) : ευέλικτο µόριο (γραµµικό, µε ικανότητα δευτερογενούς/τριτοταγούς δοµής) αρχέγονο µόριο σύµπλοκα RNA µε πρωτεΐνες (RNP) καταλυτικό µόριο (Ribozymes: RNA + ιόντα µετάλλων) ένζυµα RNP ρυθµιστικό ρόλο (σταθερά µικροµοριακά RNA)

5

6 Μοντέλο εξελικτικής πορείας ενζυµικής κατάλυσης Ref: Cech TR, Cell, 2009

7 Ροή γενετικών πληροφοριών DNA πρωτεΐνη, µε την διαµεσολάβηση του RNA

8 DNA RNA πρωτεΐνη, στο ευκαρυωτικό κύτταρο Mεταγραφή Επεξεργασία mrna (ωρίµανση mrna)

9 Σύγκριση των τριών τύπων RNA-πολυµερασών των ευκαρυωτικών: RNA pol I, II, II

10 Μονάδες µεταγραφής (Transcription Units) - (ανώτερα ευκαρυωτικά ) Γονίδια της Pol I: rib-rna 50-70% Γονίδια της Pol II: mrna U-snRNA (U1,U2, U4, U5) 20-40% snorna Γονίδια της Pol III: trna 5S RNA viral RNA 10% U6-snRNA snorna Πρόδροµες µορφές RNA Σύµπλοκα RNA: Πρωτείνης (RNP)

11 Κωδικεύοντα (Protein-coding) RNA: mrna Μη-κωδικεύοντα (Non-coding) RNA: rrna, trna, 5SRNA,, snornas Spliceosomal snrnas 7SK RNA, telomerase RNA, MRP RNA, RNase P RNA, 7SL/SRP RNA, YRNAs, pirnas mirnas, sirnas others

12 Η ευρεία συµµετοχή ριβονουκλεοπρωτεινών (RNPs) στην ρύθµιση της γονιδιακής έκφρασης Ref: Wahl MC et al., Cell, 2009

13 Μετα-µεταγραφικός έλεγχος της γονιδιακής έκφρασης -Ωρίµανση RNA (RNA processing)-βασικές ιεργασίες και Παράγοντες ωρίµανσης mrna Πυρηνικές διεργασίες: Μάτισµα (splicing) Ματισµατόσωµα ή Σωµάτιο µατίσµατος (spliceosome) Σχηµατισµός 3 άκρου - Εναλλακτική ωρίµανση mrna - Συντονισµός των διεργασιών βιογένεσης mrna - ίκτυα αντιδράσεων πολύ-παραγοντικά συστήµατα (machinosomes) - Εµπλοκή στην ανθρώπινη παθοφυσιολογία

14 Τυπική µονάδα µεταγραφής γονιδίων της RNA Pol II ενισχυτής υποκινητής έναρξη τερµατισµός DNA TATA +1 Χ Στάδιο µεταγραφής Pre-mRNA 5 Χ 3 Μετα-µεταγραφικό στάδιο (capping, splicing, polyadenylation) mrna cap 5 -UTR ORF 3 -UTR Χ Poly-A tail

15 Πρόδροµα µόρια RNA Ώριµα µόρια RNA Μηχανισµός αποµάκρυνσης Εσωνίων (Ιntrons)- Splicing Οµάδες Εσωνίων : 1) Πυρηνικά pre-mrna -Συµµετοχή ριβονουκλεοπρωτεϊνικών συµπλόκων 2) Αυτοκαταλυόµενα (self-spliced) Group I (ribozymes) Group II (RNP enzymes)- µηχανιστικά όµοια µε τα πυρηνικά 3) pre-trna Ενζυµική κατάλυση (endonuclease, cyclase, ligase)

16 -Βασικές ιεργασίες και κύριοι παράγοντες ωρίµανσης pre-mrna mrna

17 Πυρηνικά pre-mrna Μηχανιστικά στάδια µατίσµατος Στοιχεία cis στα ανώτερα ευκαρυωτικά Στοιχεία cis στις ζύµες

18 Κύριοι παράγοντες ωρίµανσης του pre-mrna Πρωτεΐνες hnrnp (hnrnp A1-U) Ικανότητα πρόσδεσης στο RNA (RRM/RNP, KH, RGG domains) Πρωτεΐνες SR RS domain (ser-arg-rich), RNA-binding domain RNA-protein, protein-protein interactions U-snRNP (U1, U2, U4/U6, U5) Ειδικά σύµπλοκα RNP του µατίσµατος (U-snRNA + πρωτεΐνες) Άλλοι πρωτεϊνικοί παράγοντες µατίσµατος, πολυαδενυλίωσης, capping etc

19 Πρωτεϊνικοί παράγοντες ωρίµανσης- πρωτεΐνες hnrnp (protein-rna and protein-protein interactions) Σύµπλοκα hnrnp Pre-mRNA (hnrna) + πρωτεΐνες hnrnp οµικές/λειτουργικές Περιοχές των Πρωτεϊνών hnrnp Ref: Carpenter et al., 2005

20 Πρωτείνες µε µοτίβα RBD/RRM (RNA-Binding Domain) X-ray crystallography NMR RBD1 RBD2

21 RRM domain a..pabp complexed with the poly(a) tail b.sxl complexed with the tra Py-tract sequence High specificity for 5 -UGUUUUUUU V-shaped cleft

22 Πρωτεϊνικοί παράγοντες ωρίµανσης- πρωτεΐνες SR (Protein-protein and protein-rna interactions) Biochem.. J. (2009) 417, 15-27

23 Παράγοντες RNP Spliceosomal U-snRNP U1, U2, U5, U4/U6 snrnp complexes (10-12S): snrna ( nucleotides) snrnp proteins ( about 10, common as well as specific) tri-methyl G cap (m3g) Splicing active complexes; 12S U1snRNP 17S U2 snrnp 25S U4/U6.U5 tri-snrnp

24 Κάλυµµα (cap) και στερεοδιάταξη U1 snrna Κάλυµµα mrna: cap o: m 7 GpppXpYpZp Lower eukaryotes cap 1: m 7 GpppXp m YpZp Higher eukaryotes cap 2: m 7 GpppXp m Yp m Zp.»»»

25 Πρωτεϊνική σύσταση των συµπλόκων snrnp Sm Στερεοδιάταξη RNA και πρωτεϊνών των U1 και U2 snrnp

26 3D δοµή του U1 snrnp (10 Αngstrom resolution, cryoelectron microscopy) Ref: Will and Luhrmann, Current Opinion in Cell Biol. (2001)

27 Συνήθεις στόχοι Αυτοαντισωµάτων: κυτταρικά σύµπλοκα πρωτεϊνών µε νουκλεϊνικά οξέα DNP Νουκλεόσωµα RNP Ριβονουκλεοπρωτεινικά σύµπλοκα (πυρηνικά/κυτταροπλασµατικά)

28 Γενικά χαρακτηριστικά αυτοαντισωµάτων Πληθώρα αυτοαντισωµάτων <-> αυτοαντιγόνων στόχων -αντι-πυρηνικά -αντι-κυτταροπλασµατικά Αυτοαντιγόνα συστατικά DNP ή RNP (snrnp, hnrnp, snornp) Χαρακτηριστικές οµάδες αυτοαντισωµάτων για κάθε αυτοάνοσο νόσηµα Ειδική διασύνδεση αυτοαντισωµάτων µε νόσο (δείκτες) α-dsdna SLE α-sm SLE α-u1 RNP MCTD α-trna PM α-28s rrna SLE α-topoi Diffuse SSc α-cenp-a/b Limited SSc

29 Σύµπλοκα του µατισµατοσώµατος (spliceosomal snrnps): U1, U2, U5, U4/U6 snrnps Συνήθεις στόχοι αντι-sm αυτοαντισωµάτων Ειδικά αυτοαντιγόνα του U1 : πρωτεΐνες 70Κ, Α, C U1 RNA Ειδικά αυτοαντιγόνα του U2: πρωτεΐνη Β