Czapeczka (genetyka)

Struktura końca 5' eukariotycznych mRNA (kapu)

Konformacja syntetycznego analogu kapu po związaniu przez kompleks inicjujący translację

Czapeczka (lub kap, z ang. cap) – charakterystyczna dla jądrowców modyfikacja występująca na końcu 5' informacyjnych RNA (mRNA), a także małych jądrowych RNA (snRNA). Struktura kapu składa się z nietypowego nukleozydu - 7-metyloguanozyny - przyłączonej, również nietypowym dla kwasów nukleinowych, wiązaniem 5',5'- trifosforanowym do końca 5' łańcucha RNA.

Klasyfikacja

• Jeśli opisana powyżej struktura kapu nie posiada żadnych dodatkowych modyfikacji to nazywana jest kapem 0 lub (czapeczką typu 0). Kap 0 występuje głównie u niższych jądrowców i u roślin.
• U organizmów wyższych występują także dodatkowe modyfikacje struktury kapu. Najczęściej spotykanymi są metylacja grupy hydroksylowej w pozycji 2' rybozy w obrębie pierwszego (kap 1) lub dwóch kolejnych (kap 2) nukleozydów w łańcuchu mRNA. Kap 2 występuje m.in. u człowieka.
• w niektórych małych jądrowych RNA (snRNA) oraz u nicienia Caenorhabditis elegans występuje tzw. kap trimetyloguanozynowy, kap TMG, w którym 7-metyloguanozyna jest dodatkowo podwójnie zmetylowana na azocie reszty guaninowej w pozycji 2.
• Najbardziej zmodyfikowaną z odkrytych, jak dotąd, struktur kapu jest kap występujący w u prymitywnego eukariota Leishmania - pasożyta wywołującego u ludzi kilka groźnych chorób nazywanych leiszmaniozami. W kapie z Leishmania zmetylowane w pozycji 2' są aż cztery pierwsze nukleozydy łańcucha mRNA a dwa z nich są także dodatkowo zmetylowane w obrębie zasady azotowej. Z tego względu kap ten nazwano kapem 4.

Biosynteza

Charakterystyczną cechą "czapeczki" jest fakt, że jest ona dołączana do końca 5' cząsteczki mRNA, a nie do końca 3', jak w przypadku wydłużania łańcucha RNA podczas transkrypcji. Proces ten zachodzi kotranskrypcyjnie i rozpoczyna się, gdy na skutek działania polimerazy RNA II łańcuch RNA osiągnie długość 20–30 par zasad.

W pierwszym etapie enzym transferaza guanylowa przenosi resztę guanylową z GTP na koniec 5' RNA. W rezultacie powstaje wiązanie 5'-5' trifosforanowe. Pomiędzy resztami rybozy znajdują się trzy reszty fosforanowe, z których jedna pochodzi od GTP, a dwie z macierzystego łańcucha RNA. Następnie metylotransferaza guaninowa przenosi resztę metylową na atom azotu w pozycji 7 guaniny. Podczas syntezy kapu 1 dodatkowo metylacji ulega grupa 2'-hydroksylowa rybozy w pierwszym nukleotydzie pochodzącym z łańcucha mRNA. Proces ten jest katalizowany przez inny enzym z grupy metylaz.

• W przypadku kapu typu 2 metylacja obejmuje również grupę 2'-hydroksylową drugiego nukleotydu.

Rola w komórce

Rolą czapeczki jest prawdopodobnie ochrona mRNA przed występującymi w komórce nukleazami. Zabezpiecza ona mRNA przed degradacją przez niektóre enzymy, przyczyniając się (przynajmniej częściowo) do większej stabilności cząsteczki w komórkach eukariotycznych w porównaniu z komórkami prokariotycznymi, gdzie takie modyfikacje struktury mRNA nie mają miejsca, a sama cząsteczka mRNA charakteryzuje się znacznie mniejszą stabilnością. Przykładowo u eukariontów okres półtrwania mRNA wynosi od 30 minut do 24 godzin, natomiast dla większości typów mRNA bakteryjnych tylko 2 minuty. Ponadto czapeczka umożliwia rozpoznawanie mRNA przez kompleks inicjujący translację. W procesie tym kluczową rolę odgrywa białko EIF-4E, bezpośrednio wiążące się z kapem. Wyjątkiem od tej reguły są transkrypty posiadające sekwencję IRES (wewnętrzne miejsce wejścia rybosomu, ang. internal ribosome entry site), których translacja jest niezależna od czapeczki. Czapeczka jest również potrzebna do hamowania translacji w procesie interferencji RNA.

Linki zewnętrzne

• Projekt PubMed związany z mRNA kapem