Інформація призначена тільки для фахівців сфери охорони здоров'я, осіб,
які мають вищу або середню спеціальну медичну освіту.

Підтвердіть, що Ви є фахівцем у сфері охорони здоров'я.

Мобильная версия

Регистрация Забыли пароль?

Журнал «Здоровье ребенка» Том 17, №6, 2022

Вернуться к номеру

Механізми дії цитоплазматичних мікроРНК. Частина 5. МікроРНК-опосередкований сайленсинг, що викликається в періоді ініціації і постініціації трансляції

Механізми дії цитоплазматичних мікроРНК. Частина 5. МікроРНК-опосередкований сайленсинг, що викликається в періоді ініціації і постініціації трансляції

Авторы: Абатуров О.Є., Бабич В.Л.
Дніпровський державний медичний університет, м. Дніпро, Україна

Рубрики: Педиатрия/Неонатология

Разделы: Справочник специалиста

Версия для печати


Резюме

У науковому огляді подано механізми дії цитоплазматичних мікроРНК, а саме мікроРНК-опосередкований сайленсинг, що викликається в періоді ініціації і постініціації трансляції. Для написання статті здійснювався пошук інформації з використанням баз даних Scopus, Web of Science, MedLine, PubMed, Google Scholar, EMBASE, Global Health, The Cochrane Library, CyberLeninka. Відомо, що мікроРНК-опосередкований сайленсинг, що викликається в періоді ініціації трансляції, відбувається за рахунок протеїнів Argonaute, які конкурують з кеп-зв’язуючими протеїнами й еукаріотичним фактором ініціації трансляції eIF4E під час взаємодії з 5’кеп-структурою мРНК. У кеп-залежній трансляції еукаріотичний фактор ініціації eIF4E розпізнає 5’кеп і сприяє рекрутингу інших факторів ініціації, зокрема eIF4G, для складання комплексу ініціації трансляції. Також фактор eIF4G взаємодіє з деякими протеїнами PABP, що призводить до утворення замкнутої петлі мРНК, обумовлюючи рекрутинг рибосоми. Наведено, що в періоді постініціації трансляції мікроРНК можуть: 1) викликати припинення трансляції, перешкоджаючи приєднанню або сприяючи дисоціації субодиниць рибосоми; 2) індукувати деградацію мРНК у періоді елонгації або 3) активувати деградацію і секвестрацію протеїнів. Автори показують, що мікроРНК можуть прямо або опосередковано пригнічувати функціонування рибосом, порушуючи формування компетентної 80S рибосоми, або перешкоджаючи приєднанню субодиниць рибосоми до мРНК або її просуванню по мРНК, або сприяючи дисоціації субодиниць рибосоми. Провідну роль у розвитку сайленсингу, обумовленого порушенням асоціації рибосомних субодиниць, відіграє протеїн AGO2. Автори показали, що комплекс «мікроРНК — мРНК-мішень» мігрує на більш легкі полісоми, ніж мРНК, яка не пов’язана з мікроРНК. Комплекс miRISC із мРНК і рибосомами може рекрутувати протеолітичні ферменти, які деградують виникаючий поліпептидний ланцюг. Отже, мікроРНК-опосередкований сайленсинг може викликатися в періодах ініціації і постініціації трансляції.

The scientific review considers the mechanisms of action of cytoplasmic microRNAs, namely miRNA-mediated silencing, which is caused during the initiation and post-initiation period of translation. To write the article, information was searched using Scopus, Web of Science, MedLine, PubMed, Google Scholar, EMBASE, Global Health, The Cochrane Library, CyberLeninka databases. It is known that miRNA-mediated silencing caused du­ring translation initiation occurs due to Argonaute proteins, which compete with cap-binding proteins and the eukaryotic translation initiation factor eIF4E during interaction with the 5’cap structure of mRNA. In cap-dependent translation, the eukaryotic initiation factor eIF4E recognizes the 5’cap and promotes the recruitment of other initiation factors, in particular eIF4G, to assemble the translation initiation complex. Also, the eIF4G factor interacts with some PABP proteins, which leads to the formation of a closed loop of mRNA, determining the recruitment of the ribosome. It is stated that in the post-initiation period of translation, microRNAs can: 1) terminate translation, preventing the attachment or promoting the dissociation of ribosome subunits; 2) induce mRNA degradation during the elongation period or 3) activate protein degradation and sequestration. The authors state that microRNAs can directly or indirectly inhibit the functioning of ribosomes, disrupting the formation of a competent 80S ribosome, or preventing the attachment of ribosome subunits to mRNA, or its promotion along the mRNA, or promoting the dissociation of ribosome subunits. AGO2 protein plays a leading role in the development of silencing caused by disruption of the association of ribosomal subunits. The authors showed that the miRNA-mRNA-target complex migrates to lighter polysomes than mRNA that is not associated with miRNA. The miRISC complex with mRNA and ribosomes can recruit proteolytic enzymes that degrade the nascent polypeptide chain. Thus, miRNA-mediated silencing can be induced during the initiation and post-initiation periods of translation.


Ключевые слова

мікроРНК; мікроРНК-опосередкований сайленсинг; період ініціації трансляції; період ­постініціації трансляції; огляд

microRNA; miRNA; miR; miRNA-mediated silencing; initiation period of translation; post-initiation period of translation; review

doi: http://dx.doi.org/10.22141/2224-0551.17.6.2022.1534

Вступ

МікроРНК-опосередкований сайленсинг може викликатися в періодах ініціації та постініціації трансляції. Трансляція, процес кодованого мРНК синтезу білка, вимагає складного апарату, що складається з рибосоми, тРНК і додаткових білкових факторів, включаючи аміноацил тРНК синтетази. Рибосома забезпечує платформу для правильного складання мРНК, тРНК і білкових факторів і несе пептидилтрансферазну активність. Він складається з малої і великої субодиниць. Рибосоми є рибонуклеопротеїновими частинками з ядром рибосомної РНК, з яким пов’язано кілька рибосомних білків. Послідовність і структура рибосомних РНК, тРНК, деяких рибосомних білків і деяких додаткових білкових факторів зберігаються в усіх царствах, що лежить в основі спільного походження апарату трансляції. Трансляцію можна розподілити на кілька етапів. З них ініціація є найскладнішою і найбільш розбіжною серед різних царств життя. За останні роки було накопичено велику кількість нової структурної, біохімічної і генетичної інформації щодо ініціації трансляції, що призвело до усвідомлення того, що ініціація також демонструє високий ступінь збереження протягом еволюції [8, 11, 19]. 

МікроРНК-опосередкований сайленсинг, що викликається в періоді ініціації трансляції

Ініціація трансляції являє собою послідовні молекулярні події, які сприятимуть рекрутингу рибосомних субодиниць. У процесі ініціації трансляції беруть участь десятки основних факторів і численні аксесуарні протеїни, як регулятори, так і репресори процесу [10].
МікроРНК-опосередкований сайленсинг, обумовлений конкуренцією протеїнів Argonaute з кеп-зв’язуючими протеїнами й еукаріотичним фактором ініціації трансляції eIF4E
Протеїни Argonaute конкурують з кеп-зв’язуючими протеїнами (cap binding proteins — CBP) та еукаріотичним фактором ініціації трансляції eIF4E під час взаємодії з 5’кеп-структурою мРНК. У ссавців фактор eIF4E (eIF4E1) є представником сімейства еукаріотних факторів ініціації трансляції, у яке також входять: 4E-гомологічний протеїн 4EHP (eIF4E2) і eIF4E3. У низькій кількості, але повсюдно експресований, 4EHP взаємодіє з різними зв’язуючими партнерами, утворюючи численні білкові комплекси, які регулюють трансляцію в різних біологічних контекстах. Задокументовані функції 4EHP у першу чергу стосуються його ролі репресора трансляції, але нещодавні висновки вказують на те, що він також може брати участь в активації трансляції в певних умовах [5]. Рівень показності протеїну 4EHP приблизно в 5–10 разів менше, ніж фактора eIF4E. На відміну від фактора eIF4E протеїн 4EHP не асоціюється з фактором eIF4G [17].
У кеп-залежній трансляції еукаріотичний фактор ініціації eIF4E розпізнає 5’кеп і сприяє рекрутингу інших факторів ініціації, зокрема eIF4G, для складання комплексу ініціації трансляції. Також фактор eIF4G взаємодіє з деякими протеїнами PABP, що призводить до утворення замкнутої петлі мРНК, обумовлюючи рекрутинг рибосоми [18, 21]. Протеїн AGO2 зв’язується одночасно з 5’кеп-структурою і 3’UTR цільової мРНК, тому запобігає розпізнаванню кепа фактором eIF4E. Запобігання взаємодії фактора eIF4E з кеп-структурою мРНК пригнічує початок трансляції, тому що перешкоджає молекулі мРНК приймати активну замкнуту форму, яка необхідна для ініціації трансляції (рис. 1) [1, 6, 16, 23]. 

МікроРНК-опосередкований сайленсинг, що викликається в періоді постініціації трансляції

З огляду на те, що стадія ініціації трансляції завершується переміщенням рибосоми на мРНК, а більшість молекул мікроРНК асоціюються з полісомою, не дивно, що мікроРНК можуть впливати на процес трансляції не тільки за рахунок пригнічення в періоді ініціації, але й у періоді постініціації. У періоді постініціації трансляції мікроРНК можуть: 1) викликати припинення трансляції, перешкоджаючи приєднанню або сприяючи дисоціації субодиниць рибосоми; 2) індукувати деградацію мРНК у періоді елонгації або 3) активувати деградацію і секвестрацію протеїнів [9, 14]. 
МікроРНК-опосередкований сайленсинг, що обумовлений порушенням функціонування рибосом
МікроРНК можуть прямо або опосередковано пригнічувати функціонування рибосом, порушуючи формування компетентної 80S рибосоми, або перешкоджаючи приєднанню субодиниць рибосоми до мРНК або її просуванню по мРНК, або сприяючи дисоціації субодиниць рибосоми.
Встановлено, що протеїни AGO рекрутують на 3’UTR цільової мРНК фактор 6 ініціації трансляції (eukaryotic translation initiation factor 6 — eIF6) [7]. Фактор eIF6 є протеїном, який запобігає складанню рибосом за рахунок зв’язування з субодиницею 60S, що порушує її взаємодію з рибосомною субодиницею 40S. У полісомі фактор eIF6 є компонентом передрибосомних частинок і бере участь у біогенезі 60S-субодиниць. Фактор eIF6 необхідний для тканинно-специфічного розвитку й трансформації, зумовленої онкогенами [12]. У клітинах як хробака, так і людини антиасоціаційний фактор eIF6 асоціюється з РНК-індукованим сайленсингом [3]. Протеїн AGO2 рекрутується на трансляційну репресовану мРНК, можливо, тому, що дані мРНК мають збільшене представництво рибосомних 40S субодиниць, які не пов’язані з субодиницями 60S. Було показано, що протеїн AGO2, рекрутуючи антиасоціаційний фактор eIF6, запобігає з’єднанню 60S субодиниць з трансляційними репресованими мРНК [4].
Комплекс miRISC може запобігати асоціації рибосомних субодиниць із цільовою мРНК або фізично перешкоджати їх просуванню уздовж молекули мРНК. Провідну роль у розвитку сайленсингу, обумовленого порушенням асоціації рибосомних субодиниць, відіграє протеїн AGO2 (рис. 2) [24].
Спочатку протеїн AGO2 визначався як протеїн, пов’язаний з рибосомою, який стабілізує 40S-комплекси, асоційовані з мРНК. Протеїн AGO2 може мікроРНК-опосередкованим способом рекрутувати на мРНК і запобігти приєднанню 60S-субодиниць до мРНК [25].
МікроРНК-опосередкована деградація мРНК у періоді елонгації
Елонгація, або подовження, трансляції — це висококоординований процес, що включає ітераційні цикли трьох основних реакцій: декодування аміноацил-тРНК (аа-тРНК), утворення пептидного зв’язку і транслокація; ці етапи каталізуються eEF1A, великою рибосомною субодиницею (60S) і eEF2 відповідно. Рибосоми зазнають суттєвих конформаційних перебудов під час елонгації, чергуючи два основні стани, що відповідають пост- і претранслокаційним станам, або необоротним і оборотним (спочатку називалися класичними і гібридними станами тРНК) [2, 26].
Trinh To Tat і співавтори [22] надали докази того, що мікроРНК сприяють посиленню деградації мРНК під час активної трансляції (рис. 3).
Автори показали, що комплекс «мікроРНК — мРНК-мішень» мігрує на більш легкі полісоми, ніж мРНК, яка не пов’язана з мікроРНК. Необхідно підкреслити, що комплекси «мікроРНК — мРНК-мішень» незмінно асоційовані з полісомою. Під час трансляції виникає розпад молекули мРНК, який ініціюється декепуванням і в подальшому переходить в XRN1-опосередковану 5’-3’-деградацію мРНК до останньої трансляційної рибосоми.
Котрансляційна деградація поліпептиду, що зароджується 
Комплекс miRISC із мРНК і рибосомами може рекрутувати протеолітичні ферменти, які деградують виникаючий поліпептидний ланцюг (рис. 4) [15].
Шляхи розпаду 5’-3’ РНК є критичними для контролю якості й регуляції експресії генів. Структурні й біохімічні дослідження дозволили зрозуміти ключові нуклеази, які здійснюють деаденілювання, декепування й екзонуклеоліз під час 5’-3’-розпаду, але детальне розуміння того, як ці дії координуються, лише починає з’являтися [13].

Висновки

Отже, мікроРНК-опосередкований сайленсинг може викликатися в періодах ініціації та постініціації трансляції. Молекулярні події, які сприятимуть рекрутингу рибосомних субодиниць, являють собою ініціацію трансляції: мікроРНК-опосередкований сайленсинг, що обумовлений порушенням функціонування рибосом; мікроРНК-опосередкована деградація мРНК у періоді елонгації або котрансляційна деградація поліпептиду, що зароджується, викликаються в періоді постініціації трансляції мікроРНК.
Конфлікт інтересів. Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів і особистої фінансової зацікавленості при підготовці даної статті.
 
Отримано/Received 19.09.2022
Рецензовано/Revised 03.10.2022
Прийнято до друку/Accepted 10.10.2022

Список литературы

  1. Aguilar-Valles A., Haji N., De Gregorio D. et al. Translational control of depression-like behavior via phosphorylation of eukaryotic translation initiation factor 4E. Nat. Commun. 2018. 9. 2459. https://doi.org/10.1038/s41467-018-04883-5.
  2. Allen G., Weiss B., Panasenk, O.O., Huch S., Villanyi Z., Albert B. et al. Not1 and Not4 inversely determine mRNA solubility that sets the dynamics of co-translational events. bioRxiv. 2022. https://doi.org/10.1101/2022.03.14.484207.
  3. Brina D., Grosso S., Miluzio A., Biffo S. Translational control by 80S formation and 60S availability: the central role of eIF6, a rate limiting factor in cell cycle progression and tumorigenesis. Cell. Cycle. 2011 Oct 15. 10(20). 3441-6. doi: 10.4161/cc.10.20.17796.
  4. Chendrimada T.P., Finn K.J., Ji X. et al. MicroRNA silencing through RISC recruitment of eIF6. Nature. 2007 Jun 14. 447(7146). 823-8. doi: 10.1038/nature05841.
  5. Christie M., Igreja C. eIF4E-homologous protein (4EHP): a multifarious cap-binding protein. The FEBS Journal. 2021. https://doi.org/10.1111/febs.16275.
  6. Da Sacco L., Masotti A. Recent insights and novel bioinformatics tools to understand the role of microRNAs binding to 5’ untranslated region. Int. J. Mol. Sci. 2012 Dec 27. 14(1). 480-95. doi: 10.3390/ijms14010480.
  7. Eulalio A., Huntzinger E., Izaurralde E. GW182 interaction with Argonaute is essential for miRNA-mediated translational repression and mRNA decay. Nat. Struct. Mol. Biol. 2008 Apr. 15(4). 346-53. doi: 10.1038/nsmb.1405.
  8. Fraser C.S. Quantitative studies of mRNA recruitment to the eukaryotic ribosome. Biochimie. 2015 Jul. 114. 58-71. doi: 10.1016/j.biochi.2015.02.017.
  9. Hendrickson D.G., Hogan D.J., McCullough H.L. et al. Concordant regulation of translation and mRNA abundance for hundreds of targets of a human microRNA. PLoS Biol. 2009 Nov. 7(11). e1000238. doi: 10.1371/journal.pbio.1000238.
  10. Hinnebusch A.G. Molecular mechanism of scanning and start codon selection in eukaryotes. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2011 Sep. 75(3). 434-67, first page of table of contents. doi: 10.1128/MMBR.00008-11.
  11. Hinnebusch A.G. The scanning mechanism of eukaryotic translation initiation. Annu Rev. Biochem. 2014. 83. 779-812. doi: 10.1146/annurev-biochem-060713-035802.
  12. Miluzio A., Beugnet A., Volta V., Biffo S. Eukaryotic initiation factor 6 mediates a continuum between 60S ribosome biogenesis and translation. EMBO Rep. 2009 May. 10(5). 459-65. doi: 10.1038/embor.2009.70.
  13. Mugridge J.S., Coller J., Gross J.D. Structural and molecular mechanisms for the control of eukaryotic 5’-3’ mRNA decay. Nat. Struct. Mol. Biol. 2018. 25. 1077-1085. https://doi.org/10.1038/s41594-018-0164-z.
  14. Petersen C.P., Bordeleau M.E., Pelletier J., Sharp P.A. Short RNAs repress translation after initiation in mammalian cells. Mol. Cell. 2006 Feb 17. 21(4). 533-42. doi: 10.1016/j.molcel.2006.01.031.
  15. Pillai R.S., Bhattacharyya S.N., Filipowicz W. Repression of protein synthesis by miRNAs: how many mechanisms? Trends Cell. Biol. 2007 Mar. 17(3). 118-26. doi: 10.1016/j.tcb.2006.12.007.
  16. Piserà A., Campo A., Campo S. Structure and functions of the translation initiation factor eIF4E and its role in cancer development and treatment. J. Genet. Genomics. 2018 Jan 20. 45(1). 13-24. doi: 10.1016/j.jgg.2018.01.003.
  17. Rhoads R.E. eIF4E: new family members, new binding partners, new roles. J. Biol. Chem. 2009 Jun 19. 284(25). 16711-5. doi: 10.1074/jbc.R900002200.
  18. Romagnoli A., D’Agostino M., Ardiccioni C. et al. Control of the eIF4E activity: structural insights and pharmacological implications. Cell. Mol. Life Sci. 2021. 78. 6869-6885. https://doi.org/10.1007/s00018-021-03938-z.
  19. Shirokikh N.E., Preiss T. Translation initiation by cap-dependent ribosome recruitment: Recent insights and open questions. Wiley Interdiscip. Rev. RNA. 2018 Jul. 9(4). e1473. doi: 10.1002/wrna.1473.
  20. Standart N., Jackson R.J. MicroRNAs repress translation of m7Gppp-capped target mRNAs in vitro by inhibiting initiation and promoting deadenylation. Genes. Dev. 2007 Aug 15. 21(16). 1975-82. Doi: 10.1101/gad.1591507.
  21. Takegaki J., Ogasawara R., Kouzaki K. et al. The distribution of eukaryotic initiation factor 4E after bouts of resistance exercise is altered by shortening of recovery periods. J. Physiol. Sci. 2020. 70. 54. https://doi.org/10.1186/s12576-020-00781-y.
  22. Tat T.T., Maroney P.A., Chamnongpol S. et al. Cotranslational microRNA mediated messenger RNA destabilization. Elife. 2016 Apr 8. 5. pii: e12880. doi: 10.7554/eLife.12880.
  23. Valinezhad Orang A., Safaralizadeh R., Kazemzadeh-Bavili M. Mechanisms of miRNA-Mediated Gene Regulation from Common Downregulation to mRNA-Specific Upregulation. Int. J. Genomics. 2014. 2014. 970607. doi: 10.1155/2014/970607.
  24. Virtue A., Wang H., Yang X.F. MicroRNAs and toll-like receptor/interleukin-1 receptor signaling. J. Hematol. Oncol. 2012 Oct 18. 5. 66. doi: 10.1186/1756-8722-5-66.
  25. Wang B., Yanez A., Novina C.D. MicroRNA-repressed mRNAs contain 40S but not 60S components. Proc. Natl Acad. Sci USA. 2008 Apr 8. 105(14). 5343-8. doi: 10.1073/pnas.0801102105.
  26. Wu C.Ch.-Ch., Zinshteyn B., Wehner K.A., Green R. High-Resolution Ribosome Profiling Defines Discrete Ribosome Elongation States and Translational Regulation during Cellular Stress. Molecular. Cell. 2019. 73(5). 959-970. e5. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2018.12.009.

Вернуться к номеру