Localization: mRNA

Локализация мРНК в клетках

LOCALIZATION: MESSAGE ON THE MOVE

Ralf-Peter Jansen
Nature Reviews Molecular Cell Biology 2,No.4, 247-256 (2001)


Локализация цитоплазматической мРНК является ключевым посттранскрипционным механизмом для предопределения пространственно ограниченного синтеза белка. Ключевым свойством эукариотических клеток является их организация в отдельные компартменты, каждый с определенным набором белков. Большинство белков импортируется или интегрируется в органеллы на базе сигналов в пептидных последовательностях. Однако сортировака некоторых (в основном цитоплазматических) белков использует добавочный механизм - локализации мРНК.
Локализация мРНК является универсальным механизмом (известно для более 90 мРНК). Большинство из них обнаруживается в ооцитах и ранних эмбрионах. Растет число локализованных мРНК и в соматических клетках, напр., дендритный компартмент нейронов накапливает локализованные транскрипты.
Некоторые белки, которые распознают локализованые мРНК, по-видимому, формируют ансамбли с мРНК внутри ядра, метя тем самым мРНК для последующего распознавания с помощью цитоплазматического транспортного аппарата. Транспорт цитоплазматической мРНК осуществляется в виде больших ribonucleoprotein (RNP) комплексов, которые м. содержать большие количества мРНК и белков.
Boxes
Box 1 | The cytoskeleton и motor proteins
Cytoplasmic transport of most localized mRNAs requires a functional cytoskeleton и motor proteins. мРНК transport in large cells - such as oocytes или neurons - is thought to rely on a different kind of track system (microtubules) to that used for transport in smaller cell types such as fibroblasts и yeast (actin microfilaments). This view has, however, recently been challenged.

In Drosophila blastoderm-stage embryos, transcripts of the pair-rule transcription factor Fushi-tarazu are localized to the apical side of the nucleus facing the outside of the embryo. Although these transcripts need to travel only a few micrometres (a similar distance to ASH1 мРНК during cytoplasmic localization in yeast), their localization is independent of a functional actin cytoskeleton. But localization is disrupted by microtubule-depolymerizing drugs, indicating a role for microtubules in short-range transport too.

Different kinds of track require different types of train. Active transport along actin filaments requires myosin family motors, whereas directional microtubule-based transport depends on dynein- или kinesin-type motors. All three types of motor have been implicated in мРНК localization, although yeast Myo4 is the only мРНК-localizing myosin identified so far. Brendza и colleagues have reported a microtubule-dependent motor that is essential for transport of oskar (osk) мРНК и Staufen protein to the posterior end of the Drosophila oocyte. This motor is the plus-end-directed conventional kinesin (kinesin I), consistent with the idea that osk мРНК localizes to the plus end of microtubules in oocytes. By contrast, dynein motors expected to move minus-end-directed mRNAs such as bicoid (bcd) have not yet been identified. However, the finding that Swallow, a putative bcd мРНК-binding protein, associates with a dynein subunit indicates that we might not have long to wait.

What about the specificity of motors involved in мРНК transport? Do мРНК-specific motors exist, или does the specificity rely on adaptors that connect ribonucleoprotein (RNP) complexes to motors that serve other cellular functions as well? There is, as yet, no clear answer. But yeast Myo4 seems to be an RNP-specific motor; it is not an essential protein in yeast, и there is no indication that it participates in other transport processes such as vesicular transport. By contrast, kinesin I definitely has functions other than мРНК transport; for example, in fast axonal transport of vesicles.

Box 2 | A role for мРНК localization in synaptic plasticity?
The dendrites on a typical neuron contain thousands of postsynaptic sites that can respond to и store many pieces of information. Long-lasting forms of activity-dependent synaptic modifications ('memory storage') are believed to require the local synthesis of proteins at postsynaptic sites. The first indications of local translation came from the discovery of synapse-associated polyribosomes. Local translation of proteins also implies that mRNAs are transported from the site at which they are synthesized (the nucleus in the cell body) to dendritic sites that are rich in synapses. Localization of мРНК to dendrites has been observed for several mRNAs, but in most cases there is no direct link between the activation of specific synapses и directed мРНК transport to them.

Localization of мРНК-containing granules или specific mRNAs to dendrites has been observed, и candidates for zip-code-binding proteins involved in neuronal мРНК transport have also been identified. Among these мРНК-binding proteins is mammalian Staufen. A mammalian Staufen-GFP (green fluorescent protein) fusion protein was detected in two forms of мРНК-containing granules, the smaller ones being able to move within dendrites. Other proteins implicated in мРНК transport include testis-brain мРНК-binding protein (TB-RBP) и zip-code-binding protein 1. TB-RBP can associate with several mRNAs, among them α-CaMKII (α-calcium/calmodulin-dependent kinase II) mRNA. Suppressing TB-RBP expression in cultured neurons with antisense oligonucleotides disrupts dendritic α-CaMKII мРНК localization. A goal in the future will be to functionally link dendritically localized mRNAs to these candidate proteins so that they can be assigned molecular functions.

Even if we observe мРНК localization in dendrites, what might be the function of мРНК transport in synaptic modification? Transport of specific mRNAs into dendrites could be a constitutive process, и local translational control could be the key regulatory mechanism for activity-induced protein synthesis. Alternatively, mRNAs could be directly localized to 'tagged' postsynaptic sites that have been marked by their activation. In support of this idea, localization of Arc мРНК (encoding a synaptic-activity-regulated cytoskeletal protein) to specific dendritic domains is induced by high-frequency activation of synapses within these domains. Like Arc мРНК, newly synthesized Arc protein accumulates in dendritic areas that have been activated. The inducible мРНК localization is independent of protein synthesis in the activated dendritic area, indicating a possible мРНК-based targeting mechanism.

Links
DATABASE LINKS
ASH1 | bicoid | nanos | oskar | Atm1 | Ist2 | Staufen | Gurken | prospero | Myo4 | Squid | Fushi-tarazu
FURTHER INFORMATION
movie of Ash1 | movie of mStaufen | St Johnston lab | Ephrussi lab | Mowry lab | Lipshitz lab | Kiebler lab
ENCYCLOPEDIA OF LIFE SCIENCES
RNA intracellular transport


Ash1p является репрессором транскрипции, необходимым для переключения почкующихся дрожжей к типу спаривания, его мРНК транспортируется в почку. Чтобы попасть туда мРНК перемещается вдоль актиновых треков с помощью миозинового V-типа мотора Myo4p. Как РНК садится на мотор?
Установлено, что She2p и She3p участвуют в локализации ASH1 мРНК. Показано, что She2p является long-sought-after РНК-связывающим белком, специфичным для ASH1 мРНК. Более того, показано, что She3p является адаптором, который связывается с She2p посредством своего С-конца и с Myo4p посредством своего N-конца. Если She3p ассоциирован с этим миозиновым мотором постоянно и м.б. транспортирован в почку даже в отсуствие ASH1 мРНК, She2p же нуждается в связывании ASH1 мРНК, чтобы эффективно взаимодействовать с She3p.
ORIGINAL RESEARCH PAPER Bohl, F. et al. She2p, a novel RNA-binding protein tethers ASH1 mRNA to the Myo4p myosin motor via She3p. EMBO J. 19, 5514-5524 (2000) [PubMed]| PubMed | ISI |
FURTHER READING Jansen, R. P. RNA-cytoskeletal associations. FASEB J. 13, 455-466 (2000) [PubMed]
Biological function of мРНК localization
Иногда локализация мРНК бывает предпочтительнее локализации белка. Т.к. одна молекула мРНК м служить в качестве матрицы в течение нескольких раундов трансляции и требует меньше энергетических затрат. Синтез высоких концентраций белковых детерминант должен ограничиваться определенным положением в цитоплазме. Примеры таких детерминант судьбы клеток включают продукты гена ASH1у дрожжей и генов bicoid (bcd), nanos (nos) и oskar (osk) у Drosophila.
Локализация мРНК важна также для ко-трансляционной сборки супермолекулярных структур. Некоторые  цитоскелетные белки собираются, по крайней мере частично,  во время трансляции как  новоиспеченные пептиды, а формиование ко-трансляционных  ансамблей облегчается ко-локализацией соответствующих мРНК. Ко-трансляционные ансамбли м. объяснить, почему некоторые транскрипты ко-локализуются у Naegleria, одноклеточного protozoan, который м. переключаться между amoeboid и motile состояниями. После перехода из амебоидного в flagellar состояние, локализация мРНК, кодирующих белки микротрубочкового цитоскелета, предшествует сборке базальных телец, центров организации микротрубочек.
Изучение mRNAs , которые кодируют белки из ядра, endoplasmic reticulum (ER) или митохондрий, указывает на то, что локализация мРНК не только необходима для цитоплазматической сортировки белков, но и что она м. способствовать эффективному  импорту в ядро или органеллы.
В фибробластах некоторые транскрипты, кодирующие ядерные белки (включая c-myc и metallothionein) концентрируются в околоядерной области (Рис.1)и эта близость важна для эффективного импорта в ядро.

(Рис.1.)  |  Examples of localized mRNAs и zip-code-binding proteins.

Изввестны также примеры направления мРНК в органеллы. Напр., белок Atm1 у дрожжей является ABC TRANSPORTER внутренней митохондриальной мембраны.  ATM1 мРНК, которая транскрибируется в ядре, накапливается вблизи митохондрий, указывая тем самым на роль локализации мРНК, возможно путем облегчения ко-трансляционного импорта. Т.к. накопление ATM1 мРНК вокруг митохондрий не зависит от трансляции, то локализация с помощью co-translational targeting через новоиспеченные пептидные цепи была исключена, возможно мРНК сама м. б. транспортирована к митохондриям. Др. примером является мРНК, направляемая к специфическим субдоменам ER в проростках риса. Prolamines, специфический класс запасных белков риса, локлизуется в определенных сублдоменах ER ('prolamine bodies'), вокруг которых концентрируется mRNAs.

Наконец, асимметричное распределение мРНК м. участвовать в сортировке интегральных мембранных белков  в специфические субдомены плазматических мембран. Напр., было установлена локализация мРНК, кодирующей  предполагаемые ионные канальцы, Ist2. IST2 мРНК локализуется в растущей почке дрожжевой клетки.  мРНК транслируется в почке, а белок, по-видимому, вставляется в плазматическую мембрану почки. Диффузия в плазматическую оболочку материнской клетки блокируется функцией septins, набором белков, участвующих в компартментализации дрожжевой плазматической мембраны.  Следовательно, локализация мРНК вместе с механизмами компартментализациим м. генерировать или поддерживать субдомены мембраны (оболочки).

мРНК localization: movement и more

Имется 3 основных механизма концентрации мРНК в специфических сайтах.
Первый — и наиболее изученный — это активный, направленный транспорт мРНК (Box 1), который необходим функциональному цитоскелету, а также моторным белкам, которые движутся вдоль этих цитоскелетных филамент. Предполагается, что локализация мРНК - это трехступенчатый процесс. первая ступень - цитоплазматическая сборка локализуемой мРНК с мРНК-связывающими белками, которые распознают направляющие сигналы.  После распознавания мРНК возникающий RNP комплекс связывается  с соотв. моторным белком и происходит активный транспорт. Наконец, когда RNP или мРНК высвобождается в месте предназначения, то она закрепляется, чтобы блокировать дальнейшую диффузию транскрипта (Рис.2). Однако имеются некоторые результаты, которые указывают на важную роль ядерных белков и белков, которые снуют между ядром и цитоплазмой, указывая тем самым, что ядерные события м. вносить свой вклад с цитоплазматическую локализацию мРНК.

(Рис.2.)  |  Model for мРНК transport.

Второй механизм связан с локальной стабилизацией транскриптов. Напр., задняя локализация heat-shock protein (Hsp) 83 мРНК у ранних эмбрионов Drosophila. В ооцитах Drosophila Hsp83 мРНК случайно распределяется по всей цитоплазме. После оплодтворения мРНК деградирует за исключением фракции в задней цитоплазме. Ото обусловливает концентрацию транскриптов Hsp83 на заднем полюсе эмбрионов. В ооцитах Drosophila механизм деградации иногда сотрудничает с процессами активного транспорта для  локализации мРНК. Концентрация nos мРНК на заднем полюсе не зависит исключительно от транспорта мРНК; она использует также удаление нелокализованой массы мРНК.
Третьий механизм обеспечивается диффузией мРНК в комбинации с локальным отлавливанием. Здесь критической ступенью является закрепление мРНК в сайте-мишени. В ооцитах Xenopus и фибробластах кур выявлена функция кортикального актинового цитоскелета в закреплении. Подтверждают эту идею ооциты Drosophila, мутантные по цитоплазматическому tropomyosin II, белку активнового цитоскелета,неспособные  отлавливать osk мРНК (которая кодирует белок, детерминирующий задние структуры) на заднем полюсе.  Staufen (Stau), double-stranded (ds)RNA-связывающий белок, существенный для закрепления bcd мРНК (которая кодирует транскрипционный фактор, детерминирующий переднюю судьбу клеток) в передней цитоплазме яиц Drosophila (Рис. 3). Stau является, по-видимому, компонентом bcd мРНК закрепляющей machinery, т.к. существеннен для сохранения мРНК впереди; он ко-локализуется с bcd мРНК на переднем полюсе эмбриорна; и, по-видимому, связывается с dsRNA мотивом в  bcd UNTRANSLATED REGION

(Рис.3.)  |  Modular structure of zip-code-binding proteins.

Индивидуальные мРНК, по-видимому, используют разные механизмы для закрепления в сайтах-мишенях. У дрожжей плотная кортикальная ассоциация ASH1 мРНК на верхушка почки (Рис. 1) нуждается в Bni1 и Bud6, двух белках кортикального актинового цитоскелета. Они действуют, по-видимому, независимо, т.к. мутации BNI1 затрагивают большинство функций актинового цитоскелета. Очевидно, что локальный синтез кодируемого белка м. участвовать в закреплении мРНК. Напр., поступление ASH1 транскриптов в верхушку почки нуждается в  трансляции ASH1 мРНК или ее полисомной ассоциации. Сходная зависимость наблюдается в ооцитах Drosophila, где локальный синтез белка Oskar необходим для поддержания osk мРНК на заднем полюсе.  Короткие нетранслируемые мРНК у Xenopus, называемые Xlsirt РНК существенны для ассоциации Vg1 мРНК (Рис. 1) с кортексом клеток вегетативного полюса ооцитов Xenopus, но не для транспорта Vg1. Xlsirts содержит участки, которые комплементарны Vg1 мРНК и м. обеспеивать ассоциацию Vg1 мРНК с кортексом.

Zip codes и postmen

Термин 'zip code' для обозначения сигналов для локализации мРНК предложен Robert H. Singer in 1993 и используется для спецификации последовательностей, которые обеспечивают локализацию.
Zip код существеннен для локализации транскрипта, а его удаление или мутация серьезно нарушает пересылку и закрепление. Напротив, если zip слит с др. обычно нелокализуемой мРНК (напр., гетерологичной мРНК, такой как lacZ мРНК Escherichia coli), то zip будет направлять эту  мРНК к определенному месту назначения. В большинстве случаев zip код обнаруживается в 3' UTR, а его функция опосредуется мРНК-связывающими белками.
Zip код - средство для жесткого определения common theme (Рис. 4). Zip код м.б. коротким сегментом с определенной нуклеотидной последоватльностью нуклеотидов или с повторяющимися короткими сигналами, такими как в случае Vg1 или β-actin мРНК. Они м. также быть вторичными или четвертичными структурами, такими как STEM LOOPS, в которых первичные последовательности менее важны, чем структура мРНК. Наконец, локализованная мРНК м. содержать более одного zip кода, которые могут иметь перекрывающиеся функции или м. действовать в виде последовательных направляющих ступеней. Напр., различные материнские транскрипты в ооцитах Drosophila и Xenopus локализуются через последовательные события. Ступенчатая локализация отражается в modular природе локализационных сигналов в их 3' UTRs.

(Рис.4.)  |  Types of мРНК zip codes.

Все сигналы, небходимые для сообственно локализации bcd мРНК в переднем полюсе ооцитов располагаются внутри сегмента в (Рис. 4b) 625-нуклеотидов 3' UTR. Определен 50-нуклеотидный localization элемент, названный BLE1 (bcd localization element 1), который необходим и достаточен (присутствует в двух копиях) для транспорта из NURSE CELLS а ооцит и для инициальной аккумуляции bcd на переднем крае ооцита. Вместе с BLE1, две stem loop structures — stems IV и V на 3' UTR — м. управлять ранней локализацией мРНК (аккумуляцией транскриптов в ооците) а также  поздними стадиями локализации мРНК (накоплением транскриптов на переднем конце ооцита). Но они недостаточны для закрепления ('anchor') мРНК. Закрепление нуждается в дополнительной stem III.
Xenopus Xcat2 мРНК -  другой пример мРНК в ооците с modular localization signal в 3' UTR. Она кодирует белок, сходный с Drosophila задним детерминантом Nanos. Xcat2 мРНК первоначально направляется в митохондриальное облако ооцита (агрегат митохондрий и электрон-плотных гранул, дающих GERM PLASM с помощью 'early' localization элемента (называемого также mitochondrial cloud localization element). Внутри облачка Xcat2 локализуется в зародышевых гранулах с помощью второго отдельного сигнала.
Сходная modularity обнаружена для мРНК др. типов. Напр., MYELIN basic protein (MBP ) мРНК, которая локализуется в OLIGODENDROCYTES . В этих клетках MBP мРНК транспортируется вдоль микротрубочек в периферические отростки ('myelin compartment' олигодендроцитов), которые генерируют миэлиновые слои окружающие аксоны.  Ее 3' UTR содержит 2 сигнала: RNA-targeting sequence (RTS), которые содержат 21 нуклеотид, и RNA-localization region (RLR), которая состоит из 340 нуклеотидов. Если RTS необходимы для локализации MBP мРНК в клетоыных расширениях, то RLR участвует в последующей локализации targeting MBP мРНК в миэлиновом компартменте
Итак, элементы, необходимые для локализации мРНК располагаются на 3' UTR . Известны примеры у Drosophila и дрожжей, когда zip код располагается в 5' UNTRANSLATED REGION (5' UTR) мРНК, или даже в кодирующей области. Напр., мРНК, кодирующая Gurken (Grk),  Drosophila transforming growth factor (TGF)-α-like белок, локализуется в передне-дорсальном углу зрелых ооцитов (Рис.1.). Ее zip коды разбросаны по всему транскрипту. Если область в 5' UTR необходима для  ступени инициальной  локализации, то 3'-UTR сигнал, по-видимому, используется на поздней стадии локализации мРНК.  Кроме того финальная аккумуляция grk мРНК нуждается в 230-нуклеотидном элементе в кодирующей области, которая защищает или закрепляет мРНК.
Дрожжевые ATM1 и ASH1 мРНК также несут локализующие сигналы в кодирующей области. Один из двух ATM1 мРНК-targeting сигналов обнаружен в наиболее 5' части кодирующих последовательностей и достаточен для направления green fluorescent protein (GFP) репортерной конструкции в митохондрии. ASH1 содержит 4 zip-code элемента: три включены в открытую рамку считывания, а четвертый  элемент распространяется от 3' конца кодирующей области в 3' UTR (Рис. 4c). Каждый ASH1 локализующий элемент м. транспортировать репортерную мРНК в дочернюю клетку, но в отличие от мРНК полной длины, индивидуальные элементы неспособны ограничить репортер кончиком дочерней клетки. Значит локализующие элементы м.б. избыточными для действительного транспорта, но должны сотрудничать во время следующей ступени - закреплении мРНК.

Deciphering the zip code

Хотя охарактеризовано более 25 zip кодов, распознающих  zip-code-связывающих белков известно в половину.
Белок Drosophila Stau участвует в локализации трех транскриптов (bcd, osk и prospero (pros)) на трех разных стадиях эмбриогенеза. Stau необходим для закрепления bcd мРНК на переднем полюсе эмбриона; для зависящего от микротрубочек транспорта osk мРНК на задний полюс ооцита; и для актин-зависимой локализации pros мРНК (которая кодирует гомеодоменовый транскрипционный фактор) в нейробластах. Stau ссоединяется с dsRNA in vitro, и содержит 5 модулей dsRBD (dsRNA-binding domain) типа, три из которых связываются с dsRNA на себе самом (Рис.3.). Последнее указывает на то, что специфичность м. обеспечиваться вспомогательными факторами.
Имеются гомологи Drosophila Stau у Caenorhabditis elegans и млекопитающих (Table 1),указывающие на возможность консервации функции этого белка, а также на общий механизм расшифровки zip кода. Напр., Drosophila Stau обнаруживается в больших RNP частицах и, сходным образом, крысиные гомлоги обнаруживаются в больших нейрональных мРНК-содержащих гранулах (называемых также 'мРНК granules') , которые движутся в и внутри дендритов. Два др. белка, которые распознают dsRNA и участвуют в мРНК локализации , идентифицированы как  VILIP, a trkB (tyrosine kinase B) мРНК-связывающий белок в дендритах и She2, который связывается с stem-loop-containing zip кодами ASH1 mRNA дрожжей. VILIP содержит один Stau-lподобный dsRBD модуль, однако She2 содержит неизвестный dsRNA-связывающий или др. мРНК-взаимодействующий домен. 

(Табл.1)  | Cross-species comparison of proteins involved in cytoplasmic мРНК localization

Одинаково со Stau, др. zip-code-связывающие белки, участвующие в локализации  мРНК, также обнаруживают перекрестно0видовую консервацию. Они связывают разные zip коды в разных типах клеток и транспортируют их вдоль разных треков.  Напр., ZBP-1 (actin zip-code-binding protein 1) связывается β-actin локализующим элементом в фибробластах кур. Xenopus Vg1RBP (Vg1-мРНК-binding protein) является гомлогом ZBP-1, который распознает Vg1 мРНК zip код. Vg1RBP (наз. также Vera) и ZBP-1 на 78% идентины  и имеют одну и ту же модулярную архитектуру (Рис. 3). Хотя Vg1 и β-actin zip коды и отличаются, а мРНК их локализуются разными путями.

How big are transport complexes?

После того как zip код будет распознан мРНК-связывающими белками  мРНК, переносятся к месту назначения в виде больших контейнеров. Большие, локализованные мРНК-содержащие частицы — 'мРНК granules' — обнаруживаются в разных типах клеток. Идентифицированы in vivo белки, которые связываются и переносят мРНК (см

online movie of mStaufen (фильм)), флюоресцентно меченные мРНК или live imaging of RNPs, слитые GFP с мРНК-связывающими белками ('green мРНК'; см

online movie of Ash1 (фильм) ).
В олигодендроцитах MBP мРНК транспортируется в периферические отростки. Сначала образуются MBP мРНК гранулы в цитоплазме  PERIKARYON . Но затем независимо от вида мРНК только те частицы мРНК, которые содержат собственно локализующий сигнал транспортируются в отростки олигодендроцитов.
Локализуемые частицы в диаметре около 0.7 μm — во много раз больше рибосом. Установлено, что MBP RNPs содержат не только MBP мРНК и мРНК-связывающие белки, но также компоненты трансляционной machinery, такие как elongation factor-α, transfer мРНК synthetase и даже рибосомы. Так в олигодендроцитах (и в нейронах), существенная фракция белок-синтезирующей кухни (machinery) сопровождает локализацию мРНК в место назначения.
Большие мРНК-содержащие частицы, которые движутся направленно, обнаружены в дрожжевых клетках и у Drosophila. Слитые GFP и Exuperantia (Exu), белка, участвующего в локализации bcd мРНК, обнаруживаются в больших частицах. которые движутся из питательных клеток в ооцит и внутри ооцита. Эти частицы содержат преимущественно bcd мРНК. ASH1 мРНК дрожжей обнаруживается в непосредственно движущихся частицах . Итак, RNPs представляют собой сверхмолекулярные ансамбли, которые содержат не только green reporter мРНК, but и эндогенные ASH1 транскрипты и белки, участвующие в транспорте ASH1 мРНК.
Однако необходимо подтверждение и биохимическими методами, т.к. изюыточная экспрессия и микроинъекции соответствующих мРНК м. создавать артефакты, не имеющие физиологического значения.

Why so big?

Предполагается, что мРНК гранулы, по крайней мере частично состоят из маленьких комплексов, таких как рибосомы или полисомы.  RNPs этого типа обнаружены в олигодендроцитах и нейронах. Или крупные RNPs м. создаваться из сотен копий локализуемых мРНК и их соотв. мРНК-связывающих белков, которые иногда упакованы или склеены. Так, предполагается, что сборка больших мРНК гранул, содержащих  bcd 3' UTR и эндогенный Stau белок не только нуждаются в dsRNA структурах, разпознаваемых Stau, но и в межмолекулярных мРНК–мРНК взаимодействиях. Оба типа взаимодействий существенны для соединения мРНК и мРНК-связывающих белков вместе, чтобы сформировать большие мРНК гранулы.
Др. возможность покоится на предположении, что локализуемые RNPs собираются вокруг еще не известных остовов. Такой остов м. состоять из мембранных структур с транспортируемыми мРНК, движущимися  'piggyback' on transported organelles.Имеется и подтверждение. Во время развития ооцитов Xenopus, Vg1 мРНК движется к вегетативному полюсу зависимым от микротрубочек способом.  Vera (Vg1-связывающий, ER-associated белок), белок, который связывается с Vg1 zip кодом, участвует в этом процессе. Vera ассоциирует со специфическим компартментом грубого ERооцитов. Предполагается, что Vera прицепляет к Vg1 мРНК к ER, который в свою очередь  транспортируется с помощью kinesin-подобных моторов в направлении вегетативного полюса. Сходным образом Stau у млекопитающих м. ко-локализоваться  с грубым  ER. Ассоциация с ER наблюдалась также для Drosophila grk мРНК. Вл время оогенеза фракция ER, которая ассоциирует с ядром, движется от заднего концаооцита к передне-дорсальному углу.  

Имеются примеры, которые указывают на  функциональные взаимоотношения между везикулярными структурами, такими как ER, и локализуемыми РНК. Однако, и Vg1 и grk кодируют TGF-подобные белки, которые секретируются и импортируются в ER. Так что остается под вопросом, что это всеобщий феномен, лежащий в основе больших  мРНК гаранул.

Biochemical characterization

Пять SHE генов важны для транспорта цитоплазматической ASH1 мРНК у дрожжей, функция трех из She белков определена внутри транпортируемых RNP. She1/ Myo4 является типичным TYPE V MYOSIN и молекулярным мотором ASH1 RNP комплекса (Box 1). She2 является новым типом dsRNA-связывающего белка, который связывется с локализующими сигналами внутри ASH1 мРНК. She3, по-видимому, является адаптором, который строит мостики между тяжелой цепью миозина и She2. Идентификация второй мРНК, IST2, локализация которой также зависить от She2, She3 и Myo4,  указывает на то, что She белки м. ассоциировать с др. локализуемыми мРНК.
She2 и She3 связывают ASH1 мРНК с миозиновым моторным белком у дрожжей, то Swallow (Swa) белок явлется предполагаемой связкой между bcd мРНК и цитоплазматическим динеином, мотором, участвующем в локализации bcd. Swa, который имеет два домена со слабым сходством с  мРНК-recognition motif (RRM), связывается непосредственно с легкой цепью динеина (субъединицей динеинового моторного комплекса), делая ее  идеальным инструментом для будущего выделения bcd-localization комплекса. У Drosophila изолирован Exu-содержащий  RNP комплекс. Подобно Swa, Exu обязателен для правильной локализации bcd мРНК (хотя он и не связывается непосредственно с мРНК), и он выявлен в предполагаемых RNP частицах, движущихся из питательных клеток в ооцит. Exu является частью большого мРНК-cсодержащего комплекса. Неожидано Exu комплекс оказался обогащен не bcd мРНК, а направлющейся кзади osk мРНК. Иследование exu мутантов выявило слабые дефекты локализации osk, м. предположить, что разные популяции Exu м. участвовать в локализации разных RNPs; напр., bcd или osk RNPs.

Cytoplasmic мРНК localization и the nucleus

Локализация мРНК является цитоплазматическим процессом. Поиски белков, которые распознают zip коды в олигодендроцитах и ооцитах Xenopus, или генов, существенных для локализации мРНК у Drosophila, выявили heterologous nuclear ribonucleoproteins (hnRNPs). Первоначально описанные как мРНК-связывающие белки с ядерной функцией, большинство hnRNPs м. сновать между ядром и цитоплазмой, указывая на то, что они участвуют в ядерном экспорте  мРНК.  hnRNPs сопровождают локализуемую мРНК не только во время ядерного экспорта, но во время последующей цитоплазматической локализации.
Комплекс из 6 белков, который связывает zip код MBP мРНК содержит классический hnRNP белок, hnRNP A2 (Рис.3.), выполняющий ядерные функции, такие как упаковка и сплайсинг транскриптов. В олигодендроцитах hnRNP A2 преимущественно локализована в ядре и клеточном теле. но она обнаруживается и в частице-подобных структурах в клеточных расширениях, указывая на то, что она м. сопровождать MBP мРНК в клеточные расширения.
Drosophila hnRNP A гомолог, Squid (Sqd) также необходим для локализации мРНК. Во время оогенеза Sqd обязателен для локализации grk мРНК, а разные изоформы Sqd, продуцируемые при альтернатисном сплайсинге, обнаруживают разные паттерны локализации. Sqd A является в основном цитоплазматическим белком, тогда как Sqd B и Sqd S концентрируются в ядрах питательных клеток или ооцита, соотв. Ядерная изоформа Sqd S, но не Sqd A, необходима для локализации grk мРНК. Напротив, Sqd A необходим для жффективного котроля трансляции grk.
Белок ZBP-1 и его гомолог у Xenopus Vera/Vg1-RBP, содержат NUCLEAR-EXPORT SIGNALS , указывающий на то, что они м. также сновать между ядром и цитоплазмой и что они м. связывать свои мишени вне ядра.  Др. Vg1 мРНК-связывающий белок, VgRBP60 (Рис. 3) является  Xenopus гомологом hnRNP I. Хотя hnRNP I млекопитающих и участвует в ядерном биогенезе мРНК, однако VgRBP60 очевидно ко-локлизуется с Vg1 мРНК во время цитоплазматического транспорта.
Все это указывает на то, что инициальная сборка мРНК-localization machinery на zip коде м. начинаться уже в ядре  и что цитоплазматическая machinery м. распознавать локализуемую мРНК только, если она связана со своими белками партнерами из ядра.

Perspective

Достигнуты существенные успехи в изучении транспорта мРНК в дендритах и его значение для пластичности нейронов (Box 2). Ключевым является вопрос: какова ультраструктура мест предназначения для транспортируемых мРНК; каковы ретроградные сигналы, которые посылаются назад в тело клетки для индукции транспорта мРНК в дендрит; и каковы молекулярные события, которые  'метят' синапсы как места предназначения для локализуемых мРНК?


Сайт создан в системе uCoz