Помимо мутаций вне ORF, которые дают выход опустошающему действию на процессинг или стабильность мРНК, мутации с любой из сторон также м. вызывать драматические эффекты. Критические регуляторные элементы для посттранскрипционного контроля закодированы с 5' и 3' untranslated regions (UTRs). 5' UTR создают уникальную возможность для регуляции трансляции, т.к. они участвуют в рекрутировании и сканировании 40S рибосомальных субъединиц перед инициацией трансляции. Hyperferritinemia/cataract syndrome (HHCS) вызывается мутациями в 5' UTR L-ferritin гена и проявляется в потере трансляционного контроля. Уровни ферритина тонко регулируются, чтобы поддерживать гомеостаз железа. Эта тонкая регуляция нуждается в iron-response elements (IREs), шпилечных (hairpin) структурах в 5' UTR L- и H-ferritin транскриптов, которые ингибируют трансляцию в условиях низкого внутриклеточного содержания железа через взаимодействие с iron responsive proteins (IRPs). При HHCS IRE L-ferritin транскриптов разрушен мутацией, чтао предупреждает взаимодействие с IRPs и ведет к разрегулированию (высокой) продукции L-ферритина. Также известны IREs в 3' UTR транскриптах, кодирующих и др. белки, которые участвуют в метаболизме железа, влияя на стабильность message за счет контроля чувствительности к эндонуклеолитическому расщеплению, но не описано естественно возникших мутаций в регуляторных элементах.
40S рибосомальные субъединицы обычно инициируют сканирование с 5' cap. Известны примеры генов млекопитающих, которые рекрутируют рибосомы непосредственно во внутренние сайты внутри 5' UTR через цис-элементы, называемые internal ribosome entry sites (IRESs). Известно, что мутации в 5' UTR гена коннексина-32 вызывает Charcot-Marie-Tooth disease, с нарушенной функцией IRES. Напротив, мутация в c-myc 5' UTR увеличивает активность IRES, способствуя избыточной продукции c-myc и возникновению множественных myeloma. Др. свойством последовательностей 5' UTR? которое м. регулировать инициацию трансляции, а также стабильность транскрипции, является upstream open reading frame (uORF). uORF состоит из иниационного и терминационного кодонов, разделенных ORF варьирующей длины. uORFs l/,/ полными для сканирования рибосом, предупреждения 40S субъединиц от лостижения ими нижестоящей и продуктивной ORF. Кроме того, т.к. вовлечение uORF часто диктует прекращение трансляции выше соединения между экзонами, использование uORF v/ инициировать NMD. Еще больше усложняет то, что определенные uORF у дрожжей сопровождаются цис-дествующими стабилизирующими элементами, которые предупреждают транскрипты от надвигающегося NMD. Т.о., нелегко предсказать будет ли данный uORF вести к снижению трансляции, снижению стабильности транскриптов или к обоим. Thrombopoietin (TPO) ген содержит множественные uORFs, которые вызывают снижение инициации трансояции. ТРО является белковым гуморальным стимулятором образования тромбоцитов и его уровни в плазме тонко контролируются, чтобы предупредить чрезмерные тромбозы. Мутации, которые разрушают uORF TPO устраняют этот трансляционный контроль и ведут к наследственной thrombocythemia . Создание uORF такж м.б. патогенным, как это имеет место в случае мутаций в гене, кодирующем cyclin-dependet kinase inhibitor-2A (CKDN2A), ассоциированных с семейными меланомами. Эта G->T трансверсия в 5'UTR создает аберрантный инициирующий кодон, следовательно, uORF, снижая использование предназначенного ORF. Важно, что как в случае ТРО, так и CKDN2A примера, эффект от создания или расстройства uORF на стабильность message до конца не изучен, поэтому возможно, что NMD м. вносить свой вклад в патогенез этих нарушений.
3' UTR не приспособлены к сканированию рибосом и , следовательно, имеют большое значение для регуляции стабильности message через взаимодействие с транс-действующими факторами. Напр., α-талассемия обусловливается постоянным spring аллелем α-globin (α
CS). Этот вариант содержит мутацию, которая нарушает нормальный терминационый кодон в результате рибосомы продолжают транслировать 3' UTR и смещают т.наз. α комплекс белков, который обычно функционирует, чтобы замедлять деаденилирование. Транскрипты с этой мутацией подвергаются ускоренному распаду, происходит снижение продукции α-глобина. AU-rich elements (AREs) это короткие последовательности, обычно встречающиеся в 3' UTR мРНК, кодирующей цитокины, онкогены и транскрипционные факторы. Регулируемый транс-фактор связывания способствует лабильности транскрипта. Мутации в AREs как ожидается д. приводить к нарушению (избыточной) продукции белка. Хотя описно немного естествено возникших мутаций в AREs, известен один пример, связанный с патогенезом шейной карциномы, обусловленной инфекцией human papilomavirus type 16 (РЗМ-16). Внехромосомный геном HPV-16, ассоциированный со злокачественными повреждениями, кодирует ARE в 3'UTR раннего вирусного региона, обусловливая лабильность транскриптов, кодирующих онкогены Е6 и Е7. Интеграция HPV-16 генома ассоциирует с потерей ARE, стабилизацией message, повышенной экспрессией Е6 и Е7 и злокачественной трансформацией.
Fukuyama-type congenital muscular dystrophy (FCMD) вызывается др. типом нарушения 3' UTR. Инсерция родоначального ретротранспозона идентифицирована в 3' UTR гена, вызывающего FCMD, и ассоциирована со сниженными уровнями устойчивого состояния транскрипта. На дрожжах продемонстрировано, что транскрипты с расширенными 3' UTRs м.б. субстратами для NMD пути. Финальный пример нарушения 3'UTR гена тромбина, которое связано с патогенезом болезни. Одиночная нуклеотидная замена, которая встречается в популяции в 1-2%. увеличивает эффективность процессинга 3' конца, что ведет к избыточной продукции мРНК и белка зрелого тромбина, а , следовательно, к фенотипу наследственной тромбофилии.
Perspective
Если речь идет о мутационных механизмах, которые влияют на метаболизм РНК, то приложимо правило Murphy's (Рис. 1). Выяснение этих механизмов м. способствовать формированию терапевтических стратегий, приложимых к широкому классу болезней человека. Напр., попытка лечения генетического нарушения, вызываемого PTCs длительно высокими дозами аминогликозида с целью заставитьнонсенс кодон считываться. В теории такое лечение м. стабилизировать нонсенсные транскрипты и д. способствовать продукции укороченных белков, которые м.б. выполнять некоторые функции или двать полный белок в случае считывания. В большинстве таких исследований, однако, экспрессия функционального белка была очень вариабельна и слабая без видимого улучшения стабильности мРНК. Возможно необходимо комбинирование этого подхода с нонсенс супрессией. Попытки нарушить NMD ведут к эмбриональной летальности , следовательно, этот подход непригоден.
Сайт создан в системе
uCoz){kind=link}