Структурно-функциональная организация района инициации трансляции в мРНК эукариотических генов

• Автор: Кочетов, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 03.02.07, 03.01.09
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 225 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Структурно-функциональная организация мРНК эукариотических
генов
1.2. Современные представления об эукариотических механизмах
трансляции
1.2.1. Инициация трансляции: модель линейного сканирования
1.2.2. Роль вторичной структуры мРНК в процессе трансляции
1.2.3. «Сканирование с подтеканием» (leaky scanning)
1.2.4. Реинициация трансляции
1.2.5. Внутренние сайты инициации трансляции (internal ribosome entry
sites, IRES)
1.2.6. Шунтирование потока рибосом
1.2.7. Модификации механизма инициации трансляции, выработанные
вирусами
1.2.8. Контроль активности трансляционных факторов
1.2.9. Сигналы, контролирующие инициацию трансляции индивидуальных

1.2.10. Трансляционная активность 5’-НТП варьирует: энхансеры
трансляции
1.3. Сигнал инициации трансляции
1.3.1. Роль нуклеотидного контекста в распознавании стартовых кодонов

1.3.2. Роль вторичной структуры РНК в распознавании стартовых кодонов

1.3.3. Распознавание стартовых кодонов, отличных от AUG
1.3.4. Эффективность сигнала инициации трансляции зависит от комплекса
факторов, не все из которых известны
1.4. Возможность альтернативной трансляции и ее вклад в кодирующий
потенциал эукариотических генов
1.4.1. Молекулярные механизмы альтернативной инициации трансляции
1.4.2. Альтернативная терминация трансляции
1.5. Методы предсказания сайтов инициации трансляции и оценка

кодирующего потенциала эукариотических мРНК
1.6. Трансляционно-значимые характеристики мРНК: важность для
предсказания паттерна экспрессии генов и эффекта мутаций в некодирующих районах
1.7. Заключение по обзору литературы
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Выборки нуклеотидных и аминокислотных последовательностей
2.2. Программное обеспечение
2.3. Статистический анализ
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Структурно-функциональная организация 5’-НТП мРНК эукариотических организмов
3.2. Структурно-функциональная организация 5’-НТП мРНК генов
высокого и низкого уровней экспрессии
3.2.1. Организация 5’-НТП мРНК генов высокого и низкого уровней экспрессии млекопитающих
3.2.2. Структурно-функциональная организация 5’-НТП эукариотических мРНК на примере генов дрожжей
3.2.3. Метод предсказания эффективности трансляции мРНК растений и животных «Leader_RNA»
3.3. Альтернативные стартовые кодоны трансляции
3.3.1. Вклад механизма «сканирование с подтеканием» и альтернативных стартовых кодонов в полиформизм эукариотических белков по N-концу
3.3.2. Реинициация трансляции и ее вклад в кодирующий потенциал эукариотических мРНК
3.4. Дополнительные сигналы, модулирующие активность сигнала инициации трансляции
3.4.1. Роль вторичной структуры РНК в распознавании стартового кодона трансляции
3.4.2. Роль вторичной структуры РНК в распознавании стартовых кодонов трансляции, отличных от AUG
3.4.3. Примеры применения программы AUG hairpin
3.4.4. Влияние аминокислотных остатков в N-концевой последовательности белка на эффективность распознавания

стартового кодона трансляции 13
3.5. Контекст сигнала терминации трансляции и возможность
readthrough в мРНК генов растений
3.6. Связь между физико-химическими свойствами мРНК и сигналом
инициации трансляции
3.7. База данных трансляционных сигналов TRSIG
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Структура 5’-НТП эукариотических мРНК обладает определенными
район-специфическими характеристиками, важными для их функции
4.2. Структура 5’-НТП эукариотических мРНК адаптирована для
поддержания эффективности трансляции на определенном уровне
4.3. Структура эукариотического сигнала инициации трансляции
4.4. Сигналы инициации трансляции, содержащие He-AUG-стартовые
кодоны
4.5. Альтернативные стартовые кодоны трансляции и открытые рамки
считывания в составе эукариотических мРНК
4.6. Вклад реинициации трансляции в кодирующий потенциал мРНК
эукариот
4.7. Вклад альтернативной терминации трансляции в кодирующий
потенциал эукариотических мРНК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Исследования, проведенные на дрозофиле, показали, что мРНК генов, кодирующих белки теплового шока (БТШ) эффективно транслируются во время стрессового воздействия, в то время как трансляция подавляющего большинства остальных полипептидов приостанавливается (Lindquist, 1993). Анализ показал, что структуры, ответственные за стресс-специфичную трансляцию мРНК гена БТШ70 локализованы в 5’НТП (DiNocera & Dawid, 1983; McGarry & Lindquist, 1985), что свидетельствует о регуляции на стадии инициации трансляции. Лидерные структуры мРНК генов БТШ дрозофилы характеризуются значительной протяженностью (более 200 нуклеотидов), высоким содержанием A+U оснований (McGarry & Lindquist, 1985) и, соответственно, низким потенциалом формирования вторичной структуры, что характерно для лидеров трансляционно активных мРНК (Gehrke et al., 1983). В экспериментах было обнаружено, что 5’НТП мРНК БТШ70 дрозофилы способна обеспечить стресс-специфичную трансляцию мРНК репортерного гена (DiNocera & Dawid, 1983; McGarry & Lindquist, 1985). Интересно отметить, что для стресс-специфичной трансляции оказалась важна 5’ терминальная часть лидерной последовательности; так, присутствия первых 65 нуклеотидов этого лидера достаточно для обеспечения стресс-специфичности трансляции, в то время как инсерция, меняющая структуру кеп-прилегающего района, приводит к исчезновению эффекта (McGarry & Lindquist, 1985). Аналогичные свойства были найдены у 5’HTIl мРНК гена БТШ22 дрозофилы (включая и то, что структура кеп-прилегающего района важна для стресс-специфичности) (Hultmark et al., 1986). Попытки найти гомологичные участки в структуре мРНК генов теплового шока не дали определенных результатов (Hess & Duncan, 1994). По-видимому, потенциал формирования элементов локальной вторичной структуры в лидерах этих мРНК относительно низок (Joshi & Nguen, 1995), однако эта структурная характеристика является необходимой, но недостаточной для обеспечения стресс-специфичной трансляции (Lindquist & Petersen, 1990).
По-видимому, воздействие теплового шока на экспрессию генов в клетках растений осуществляется по сходной схеме, включающей обратимую блокировку трансляции и специфическую трансляцию мРНК генов БТШ. Мутационные эксперименты с трансгеном БТШ17.3 сои продемонстрировали, что 5’ лидерная область мРНК необходима для обеспечения стресс-специфичной трансляции (Schoffl et al., 1989). Анализ свойств мРНК гена БТШ70 кукурузы показал, что ее 5’НТП также необходима для стресс-специфичной трансляции: присутствие этой нуклеотидной
последовательности приводит к 10-кратному увеличению уровня экспрессии трансгена в клетках табака, кукурузы и моркови при тепловом шоке (Pitto et al, 1992).