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8.14:

Esportazione nucleare dell'mRNA

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Biologia Molecolare
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Nuclear Export of mRNA

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Per la sintesi proteica, l’mRNA maturo deve essere trasportato dal nucleo al citoplasma. Incorporati in tutta la membrana nucleare sono complessi proteici di grandi dimensioni noti come complessi di pori nucleari o NPC. Questi fungono da canali selettivi tra il nucleo e il citoplasma che permettono solo il passaggio di alcune macromolecole.Un NPC ha una struttura cilindrica cava composta da una classe di proteine chiamate nucleoporine, con circa 30 membri distinti. Per passare attraverso l’NPC, l’mRNA associa ad un’altra proteina chiamata recettore di trasporto nucleare, formando un complesso RNA-recettore che può ora passare attraverso il canale NPC nel citoplasma;a seguire la dissociazione del complesso. Il recettore può quindi ritornare al nucleo per trasportare un altro mRNA.Gli mRNA maturi sono una piccola frazione delle specie di RNA presenti in una cellula;il resto è costituito da RNA indesiderati, come mRNA pre-splliced, introni escissi, e prodotti incompleti o irregolarmente assemblati. Durante la trascrizione e l’elaborazione post-trascrizionale, un mRNA regolare, con un cap a 5 primi e una poli-A coda a 3 primi, si associa a varie proteine, come il complesso di legame Cap, o CBC, il Complesso di giunzione esone, o EJC, proteine di legame poli-A, proteine ribonucleari nucleari eterogenee o hnRNP, e proteine SR.D’altro canto, gli RNA spazzatura o junk non possono legarsi a queste proteine e rimangono bloccati. Rilevando le proteine associate all’RNA, la cellula distingue correttamente tra mRNA processato e il resto.Gli RNA spazzatura sono degradati dal complesso nucleare dell’RNA esosoma. L’esosoma nucleare dell’RNA eucariotico è un complesso proteico di RNA composto da un nucleo a forma di cilindro attraverso il quale una molecola di RNA è infilata per raggiungere un’esonucleasi. Questo enzima degrada l’RNA a nucleotidi che sono poi reimmessi nel pool cellulare.

8.14:

Esportazione nucleare dell'mRNA

Before mRNAs are exported to the cytoplasm, it is crucial to check each mRNA for structural and functional integrity. Eukaryotic cells use several different mechanisms, collectively known as mRNA surveillance, to look for irregularities in mRNAs. Irregular or aberrant mRNA are rapidly degraded by various enzymes. If a defective mRNA escapes the surveillance, it would be translated into a protein which would either be non-functional or not function properly. One of the primary irregularities in mRNA is the presence of a premature stop codon. This is the result of sequence mutations that code for a Stop Codon prematurely in the reading frame. An estimated 30% of inherited genetic disorders in humans result from these mutations. These mRNAs are degraded in a pathway known as nonsense-mediated decay (NMD). NMD differs from other decay pathways by rapidly degrading mRNAs using 3′→5′ exonucleases.

Another prevalent decay mechanism detects lack of post-transcriptional modifications in mRNAs. RNA polymerase II transcripts are cotranscriptionally modified with a 5’ methylated G cap, and most of them have a chain of Adenine residues at the 3' end. Lack of either or both of these features, targets the mRNA for 5′→3′ exonucleolytic decay.

Other aberrations might be introduced if the mRNA has a single nucleotide mutation. Although this type of irregularity is most frequently observed in tRNAs, mRNAs can also be modified in the presence of reactive oxygen species (ROS), UV light, and alkylating agents. Chemical modifications caused by these agents are detected by NMD, non-stop decay (NSD) and no-go decay (NGD) pathways. All these pathways use specialized proteins that are sensitive to oxidative damage. These proteins recognize oxidized bases and direct the modified mRNAs to degradation pathways that use nucleases to digest the mRNAs.

While the degradation pathways discussed here target irregular mRNAs, they also down-regulate normal cellular mRNAs when they do not need to be translated. This process, formally classified as mRNA turnover, is also important to maintain optimum levels of mRNA in the cellular pool.

Suggested Reading

  1. Van Hoof, Ambro, and Eric J. Wagner. "A brief survey of mRNA surveillance." Trends in biochemical sciences 36, no. 11 (2011): 585-592.
  2. Wagner, Eileen, and Jens Lykke-Andersen. "mRNA surveillance: the perfect persist." Journal of Cell Science 115, no. 15 (2002): 3033-3038.
  3. Jamar, Nur H., Paraskevi Kritsiligkou, and Chris M. Grant. "The non-stop decay mRNA surveillance pathway is required for oxidative stress tolerance." Nucleic acids research 45, no. 11 (2017): 6881-6893.
  4. Hilleren, P., and R. Parker. "Mechanisms of mRNA surveillance in eukaryotes." Annual review of genetics 33, no. 1 (1999): 229-260.