Mechanismy lokalizace mRNA

                                          Michaela Kunová

                                           Markéta Kaucká

                                          Daniela Krejčová



                               Životní cyklus Drosophila melanogaster







                             Embryonální vývoj Drosophila melanogaster

•              vaječná buňka

•              syncytiální blastoderm

•              buněčný blastoderm

•              gastrulace a segmentace

    



Zúčastněné geny

    •        g. maternálního účinku

    •        g. řídící článkování těla

    •        g. zodpovědné za identitu článků – homeotické geny

    •        g. řídící tvorbu kompletních orgánů

                                          Maternální geny

•                          Transkripce ve vaječníku, translace až po fertilizaci



  •                       Určujíci anterior-posterior polaritu: např. nanos, bicoid, oskar, gurken

  

  •                       Určující dorso-ventrální polaritu: dorsal, toll



                                          Maternální geny

                                          Maternální geny

gurken





                                       Důvody lokalizace mRNA

•                           lokalizace mRNA zabraňuje nežádoucí expresi jinde než v místě potřeby

    •                   př. cytoplazmatické determinanty v embryu D. melanogaster – oskar, nanos;
    změna lokalizace vede k vývojovým abnormalitám

    

•                           rychlejší reakce na lokální požadavek proteinu

    •                   důležité především u velkých, polarizovaných buněk (např. neurony)

                                     Mechanismy lokalizace mRNA

1) místně specifická syntéza (vzácná)

  –        gurken mRNA u Drosophily melanogaster

  

2) lokální ochrana před degradací

  –        degradace nesprávně lokalizovaných transkriptů

  –        vyžaduje dva odlišné cis-elementy v 3´UTR oblasti (degradační a protekční)

  –        evolučně konzervované

  

3) difúze a ukotvení

  –        pasivní difúze cytoplazmou až do zachycení vazeb. proteinem

  –        nanos, cyklin B, gcl – posterior oocytu Drosophila

  

4) aktivní transport

  –        řízený cytoplazmatický transport za účasti cytoskeletu (myosiny, dyneiny, kinesiny +
  organely a další struktury)

                               Transport mRNA podél aktinových vláken

                                 Interakce s mikrotubulovými motory

•                            dynein



•                            aktivní transport mRNA k „mínus konci“ mikrotubulu, tj. k centrozomu



bicoid mRNA

  –                       Drosophila, oogeneze

  –                       transport z pomocných buněk do oocytu; anterior



gurken mRNA

  –                       dorsal-anteriorní lokalizace v oocytu





mRNA genů párového účinku  

                                 Interakce s mikrotubulovými motory

              

                                      Signály mRNA lokalizace

•                           interakce lokalizačních elementů s transaktivačními proteiny, tvorba
specifického ribonukleoproteinového komplexu (RNP)







Tvorba RNP komplexu



  –                    asociace lokalizačního elementu s vazebnými proteiny (např. Vg1 mRNA X.
  laevis s p78, p69, p60, p40, p36, p33)

  –                    místně specifický děj

    

                                      Signály mRNA lokalizace

Lokalizační cis-elementy



    •       3´-UTR

    •       multikomponentní systémy

    •       v blízkosti sekvencí ovlivňujících další procesy (translace, stabilita) nebo se s nimi
    překrývají

    •       rozpoznávány RNA vazebnými proteiny (Staufen, ZBP1, hnRNP2)

    •       redundance

    •       komplexnost



Transaktivační faktory

  –        rozpoznávají jednoduchou sekvenci řídící lokalizaci mRNA

  –        neovlivňují translaci, ale umožňují lokalizaci mRNA

  

  Př. MBP mRNA – A2RE element – 11 nukleotidů, nezbytný k řízení procesů spojených s MBP mRNA v
  oligodendrocytech, vazba s hnRNPA2 proteinem



•             Mnohastupňový proces – každý krok řízen jiným elementem



Př. Redundance u X. laevis – Vg1 a VegT mRNA vyžadují pro lokalizaci do vegetativního pólu oocytu
mnohonásobné kopie 2 opakujících se elementů: E2 element a VM1 motif



Př. bicoid mRNA

      - >600 nukleotidů

                                        Tvorba mRNA tělísek

•             30 mRNA molekul

•             shluknutí do transportních částic



•             oskar mRNA – putuje na jiných oskar mRNA molekulách

•             bicoid mRNA – tvorba dimerů

                                         Regulace translace

•             mRNA není translatována dokud se nedostane do svého cílového místa



•             Proteiny interagující s 5´-UTR:

  –       stabilizátory mRNA a inhibitory translace

  –       zesilovače translace (enhancery)

  

•             Proteiny interagující s 3´-UTR:

  –        stabilita a lokalizace mRNA

  –        význam polyadenylace mRNA -> vyšší stabilita mRNA











                                       Děkujeme za pozornost