Xử lí ARN

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm

Xử lí ARN hay Biến đổi ARN, (tiếng Anh: RNA processing) là quá trình diễn ra ngay sau quá trình phiên mã. Xử lí ARN thường chỉ diễn ra ở sinh vật nhân chuẩn và ở một số các virus. Nó bao gồm các sự kiện: gắn mũ (capping), thêm đuôi poly(A) (polyadenylation) và cắt xén (splicing).

Gắn mũ[sửa | sửa mã nguồn]

Các ARN thông tin của sinh vật nhân thật và virus có một cấu trúc đặc biệt ở hai đầu cuối. Ngay sau khi tiền ARN thông tin (pre-mRNA) được tạo thành và thoát ra khỏi bề mặt của ARN polymerase, một loạt các enzyme sẽ tiến hành phản ứng lên đầu 5' để tạo thành 5' methylated cap, gọi là "mũ" – đó thực chất là phân tử 7-methyl-guanosine gắn với nucleotide cuối của ARN thông tin qua liên kết "không bình thường" là 5'-5' triphosphate.

Quá trình gắn mũ này xảy ra trong quá trình phiên mã, sau khi phiên mã được khoảng 20-50 nucleotide [1] Ở virus, các enzyme gắn mũ cho ARN thông tin gắn với ARN polymerase của virus. Còn ở sinh vật nhân thật, khác với ARN polymerase I và ARN polymerase III, ARN polymerase II có phần CTD (carboxy-terminal domain) [2] tương tác với enzyme gắn mũ. Nhờ vậy, mũ được bảo đảm đặc hiệu cho cấu trúc đầu 5' ARN thông tin. Mục tiêu của việc gắn mũ này là tránh việc phân tử ARN bị các enzyme khác làm phân hóa và trợ giúp cho ARN có khả năng ra khỏi nhân tế bào đến được tế bào chất. Cụ thể hơn, cấu trúc mũ này có tác dụng bảo vệ ARN mới hình thành khỏi các enzyme exonuclease 5'-3', là vị trí gắn trực tiếp cho phức hợp gắn với mũ (CBC - cap-binding complex) – chuẩn bị cho các bước biến đổi tiền ARN thông tin kế tiếp và cũng là vị trí gắn cho các nhân tố trong tế bào chất cần thiết trong quá trình dịch mã.

Thêm đuôi poly(A)[sửa | sửa mã nguồn]

Đầu còn lại sẽ bị tách bởi một enzyme phân hóa (endonuclease) để giải phóng nhóm hydroxyl ở 3' của nucleotide đầu cuối 3' và thêm vào adenylic acid nhờ vào enzyme poly(A) polymerase. Quá trình này liên quan mật thiết với việc kết thúc phiên mã, và một lần nữa, có sự tham gia của ARN polymerase II CTD để tương tác với các nhân tố gắn polyA. Tuy nhiên, người ta vẫn chưa thực sự hiểu rõ tác dụng của việc gắn đuôi polyA cho ARN thông tin để tạo thành ARN thông tin trưởng thành: bổ sung các nhân tố làm ngưng quá trình này không ảnh hưởng đến việc tổng hợp ARN thông tin và ARN thông tin không có đuôi poly(A) vẫn có thể được vận chuyển ra khỏi nhân và tham gia dịch mã nhưng với hiệu suất thấp hơn.

Cắt xén[sửa | sửa mã nguồn]

Ở sinh vật có nhân, gene không chỉ chứa các đoạn mang mã - chứa thông tin mã hóa protein (protein-coding sequence) mà còn xen kẽ bởi các đoạn không mang mã, lần lượt được gọi là exonintron. Trong quá trình xử lí tiền ARN thông tin (pre-mRNA), các đoạn intron này được loại bỏ và các đoạn exon được nối lại với nhau để tạo thành ARN thông tin trưởng thành. Chính ARN thông tin trưởng thành này mới là khuôn chính xác cho quá trình dịch mã ARN thông tin thành protein tương ứng. Sự kiện trên được gọi là quá trình cắt nối, cũng được thực hiện đồng thời với quá trình phiên mã và tiếp tục sau phiên mã bởi một phức hợp lớn gồm các snRNPs (small nuclear ribonucleoprotein) (gọi là spliceosome).

Sự cắt nối có vai trò rất quan trọng vì ảnh hưởng trực tiếp đến khuôn dịch mã protein, do vậy vị trí cắt nối phải được đánh dấu cực kỳ chính xác. Trình tự base tại đoạn nối intron-exon trên ARN các sinh vật nhân thật có chung một motif: trình tự intron bắt đầu bằng GU và kết thúc bằng AG. Ngoài ra còn có một vị trí đặc biệt bên trong intron gọi là vị trí nhánh (branch site) với một ribonucleotide A cố định. Những phần khác của intron có vẻ như không đóng vai trò quan trọng trong quá trình splicing: người ta có thể chèn thêm, loại bỏ hay thay thế các phần này mà vẫn không ảnh hưởng đến quá trình splicing nếu giữ nguyên vị trí nhánh, đầu 5'3'.

Về cơ chế hóa học, cắt nối là quá trình bao gồm 2 phản ứng chuyển ester (transesterification) liên tiếp nhau. Đầu tiên, liên kết phosphodiester giữa exon phía đầu (tạm gọi exon1) và đầu 5' của intron bị phá vỡ bởi nhóm hydroxyl của một ribonucleotide A tại vị trí nhánh, và một liên kết phosphodiester mới hình thành giữa đơn phân A này với nhóm phosphate ở đầu 5' của intron tạo thành cấu trúc trung gian hình nút thòng lọng. Nhóm 5'hydroxyl tự do của exon1 lúc này sẽ tấn công liên kết phosphodiester giữa intron và exon phía đuôi intron(exon2) tương tự như phản ứng trên. Kết quả là exon1 và exon2 được nối với nhau và đoạn intron được giải phóng ở dạng nút thòng lọng. Chú ý là số lượng liên kết phosphodiester được giữ nguyên suốt quá trình cắt nối – điều này rất cần thiết vì quá trình cắt nối nhờ vậy, diễn ra mà không hề tiêu tốn năng lượng.

Đây là một quá trình đặc biệt quan trọng để hình thành ARN thông tin trưởng thành. Các ARN thông tin không được cắt nối thích hợp sẽ bị giữ lại tại vị trí phiên mã (cơ chế chưa được nghiên cứu rõ).

Một trong những đặc điểm nổi bật của quá trình cắt nối chính là quá trình cắt nối lựa chọn (alternative splicing).

Các exon trên ARN thông tin gồm 2 loại là exon cơ bản (constitutive exon) và exon lựa chọn (alternative exon), trong đó, chỉ có exon cơ bản luôn được giữ lại trên ARN thông tin trưởng thành. Quá trình cắt nối lựa chọn thực hiện nhờ cơ chế gọi là cơ chế định nghĩa exon, với sự tham gia của các nhân tố giao dịch(gắn với các nhân tố tăng cường hay ức chế splicing). Chính nhờ cắt nối lựa chọn, một gene có thể tạo ra sản phẩm là nhiều protein khác nhau và vì thế, làm tăng độ đa dạng cũng như độ phức tạp của bộ gene sinh vật nhân chuẩn [3].

Tài liệu tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ "In vivo Transcriptional Pausing and Cap Formation on Three Drosophila Heat Shock Genes" Rasmussen et al. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 90, No. 17 (Sep. 1, 1993), pp. 7923-7927
  2. ^ "A structural perspective of CTD function" Meinhart et al. Gene & Development 19:1401-1415, 2005
  3. ^ "Biochemistry" by Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer, Neil D. Clarke, W. H. Freeman ISBN 0716787245
  1. Molecular Cell Biology - Sixth Edition, Lodish, Berk, Kaiser, Krieger, Scott, Bretscher, Ploegh, Matsudaira