A nem transzlált régiók ( NTR , angolul untranslated regions, UTR ) olyan speciális mRNS -régiók , amelyek nem a fehérjeszintézis templátjaként működnek, és mindkét oldalon szomszédosak a transzlált régióval (azaz azzal, amelyen a fehérjét szintetizálják) . ). Két ilyen régió létezik: 5'-nem lefordított régió vagy 5'- UTR ( magyar 5'-nem lefordított régió, 5'UTR ) és 3'-nem lefordított régió, vagy 3' -UTR ( magyarul 3'-nem lefordított régió , 3' UTR ), amelyek az mRNS 5'-, illetve 3'-terminálisán helyezkednek el [1] . A transzkriptum 5'-UTR-jának és 3'-UTR- jének megfelelő DNS - szakaszok azonos elnevezésűek [2] .
A nem lefordított régiók részt vesznek a lokalizáció, a fordítás és az átirat lebontásának szabályozásában, amelyben találhatók. Hajtűk , belső iniciátor kodonok és nyitott leolvasási keretek , riboszómakötő helyek , különböző cisz-szabályozó elemek jelenléte jellemzi őket , amelyek RNS - kötő fehérjékhez kötődnek [3] . Tehát olyan elemeket tartalmaznak, mint az IRES , uORF , ARE [3] , a Shine-Dalgarno szekvencia , riboswitch és mások [4] .
A különféle organizmusok genomjának elemzése számos konzervatív tulajdonság jelenlétét mutatta ki, amelyek a nem lefordított régiókban rejlenek. Az 5'-UTR teljes hossza megközelítőleg azonos az eukarióták összes taxonómiai csoportjában, és 100 és 200 nukleotid között mozog (a Schizosaccharomyces pombe élesztőben azonban a ste11 transzkriptumban az 5'-UTR hossza 2273 nukleotid [5] ). Ugyanakkor a 3'-UTR hossza sokkal változékonyabb, és a növényekben és egyes állatokban 200 nukleotidtól az emberben és más gerincesekben elért 800 nukleotidig terjedhet . Meglepő az a tény, hogy az 5'- és 3'-UTR-ek hossza ugyanazon a fajon belül jelentősen eltér : 12-től több ezer nukleotidig terjedhet [6] . Valójában egy emlősök genetikai apparátusát modellező in vitro rendszerben kimutatták, hogy még egy 1 nukleotidból álló 5'-UTR is képes normális transzlációs iniciációt biztosítani [7] .
Az mRNS nem transzlált régióinak megfelelő genomi DNS szakasz tartalmazhat intronokat , és gyakrabban az 5' régióban, mint a 3' régióban. A Metazoa gének körülbelül 30%-a rendelkezik az 5'-UTR-nek megfelelő régiókkal, amelyek csak exonokból állnak , míg a 3'-UTR, bár hosszabb, sokkal kevesebb intront tartalmaz. Az intronok teljes hosszához viszonyított aránya a 3'-UTR-ben 1-11%. Az alternatív nem transzlálódó régiók kialakulása különböző transzkripciós start-, poliadenilációs és splicing helyek felhasználásával történik . A szövettől , fejlődési stádiumtól , betegségi állapot jelenlététől függően változhat az alternatív nem transzlálódó régiók száma, amelyek jelentősen befolyásolhatják egyes gének expresszióját [8] .
Az alapösszetétel a 3'- és 5'-UTR-ben is különbözik. Például a G + C tartalma magasabb az 5'-UTR- ben, mint a 3'-UTR-ben. Ez a különbség különösen szembetűnő a melegvérű gerincesek mRNS-ében, ahol az 5'-UTR-ben 60%, a 3'-UTR-ben pedig 45% a G+C [6] . Határozott kapcsolat van az 5'-UTR és 3'-UTR G+C-tartalma és a megfelelő transzlált régió kodonjaiban lévő harmadik pozíció között is. Fontos fordított összefüggést is találtak az 5'-UTR és 3'-UTR G+C tartalma és hossza között [9] . Közelebbről ismert, hogy a kromoszómák GC-ben gazdag régióiban elhelyezkedő gének (nehéz izokorok) rövidebb 5'-UTR-kkel és 3'-UTR-kkel rendelkeznek, mint a GC-ben szegényebb izokorokban található gének. Hasonló kapcsolatot mutattak ki kódoló szekvenciák és intronok esetében is [10] .
Végül, az eukarióta mRNS nem lefordított régióiban különböző típusú ismétlődő szekvenciák , például SINE -ek (beleértve az Alu ismétlődéseket ) és LINE -ok , miniszatellitek és mikroszatellitek jelenlétét találták . Emberben az mRNS ismétlődéseinek aránya 12% 5'-UTR és 36% 3'-UTR; más taxonokban, beleértve más emlősöket is, alacsonyabb ismétlődést mutattak ki [3] .
A nem transzlált régiók kulcsfontosságú funkciókat töltenek be a génexpresszió poszt-transzkripciós szabályozásában, beleértve az mRNS transzport modulálását a sejtmagból , az intracelluláris mRNS lokalizációjának szabályozását [11] , stabilitását [12] és a transzlációs hatékonyságot [13] . A nem lefordított régiók más folyamatokban is szerepet játszhatnak, például a szelenocisztein nem szabványos aminosav kotranszlációs felvételében a szelenoproteineket kódoló mRNS UGA- kodonjában (általában stopkodonban) (ez a folyamat egy konzervált hajtű a 3'-UTR - SECIS elemben található ) [14] . A nem transzlálódó régiók jelentőségét a génexpresszió szabályozásában az is megerősíti, hogy az ezeket a régiókat érintő mutációk súlyos patológiákhoz vezethetnek [15] (az NTR mutációi által okozott betegségekről bővebben lásd alább).
A nem transzlált mRNS-régiók szabályozása többféle módon közvetíthető. A 3'-UTR-nél és 5'-UTR-nál elhelyezkedő nukleotid-motívumok kölcsönhatásba léphetnek specifikus RNS-kötő fehérjékkel. Ellentétben a DNS-ben lokalizált szabályozó elemekkel, amelyekben a DNS elsődleges szerkezete (vagyis a nukleotidok sorrendje) játszik vezető szerepet, az RNS-en elhelyezkedő szabályozó motívumok biológiai aktivitását elsődleges és másodlagos szerkezetük egyaránt meghatározza . Ezenkívül a szabályozásban kulcsszerepet mutattak ki a nem transzlált régiók régiói és a specifikus komplementer , nem kódoló RNS-ek , különösen a miRNS -ek közötti kölcsönhatásokban [16] . Végül ismertek példák ismétlődő elemekre, amelyek fontosak a génexpresszió RNS-szintű szabályozásában, például a CUG-kötő fehérjék kölcsönhatásba léphetnek egy specifikus mRNS 5'-UTR-jában található CUG ismétlődésekkel (például kódolják a transzkripciós faktor C/EBPβ), és ezáltal befolyásolják a transzlációs hatékonyságot [17] .
Az mRNS transzláció hatékonysága eltérő lehet, ezért lehetséges a keletkező fehérje mennyiségének szabályozása. Ez a génexpresszió szabályozásának fontos mechanizmusa. Valójában csak a szekretált fehérjék esetében van egyértelmű kapcsolat az mRNS és a fehérje mennyisége között (minél több mRNS, annál több fehérje). Az intracelluláris felhasználásra szánt fehérjékben ezt a kapcsolatot nagymértékben torzítja a különböző mRNS-ek eltérő transzlációs sebessége [18] .
Az 5'-UTR szerkezeti jellemzői fontosak a fordítás szabályozásához. Kimutatták, hogy a fejlődési folyamatokban részt vevő fehérjéket kódoló mRNS-ek, például növekedési faktorok , transzkripciós faktorok vagy proto-onkogének (az expresszió pontos szabályozását igénylő fehérjék) termékei, az átlagosnál 5'-UTR-rel hosszabb [19]. , amely iniciációs kodonokat ( angolul upstream initiation codons ) és nyitott leolvasási kereteket , valamint a másodlagos szerkezet stabil elemeit, amelyek megakadályozzák a transzlációs folyamatot (például kvadrupplexek ) tartalmazzák. Az 5'-UTR más specifikus motívumai és másodlagos szerkezeti elemei módosíthatják a transzláció hatékonyságát [3] .
Normális esetben, miután az mRNS a sejtmagból a citoplazmába költözik , az eIF4F fehérjekomplex összeáll az mRNS 5' végén található cap régióban. Ez a komplex 3 alegységet tartalmaz: eIF4E (sapkakötő fehérje); eIF4A helikáz aktivitással; Az eIF4G kölcsönhatásba lép számos más fehérjével, beleértve a poliadenilát - kötő fehérjét. Az eIF4A ATP- függő helikáz aktivitása, amelyet az eIF4B RNS-kötő fehérje stimulál, biztosítja az mRNS másodlagos szerkezetének bármely elemének letekercselését, ami a kis (40S) riboszóma alegység „leszállási helyének” kialakulását eredményezi [20 ] . Ha a transzlációt korlátozza a riboszómák száma vagy a transzlációs faktorok koncentrációja, a 3'-poli(A)-farok kölcsönhatásba léphet az 5'-sapkával, fokozva a transzláció iniciációját egy poliadenilát-kötő fehérje bejuttatásával, amely kölcsönhatásba léphet a eIF4F komplex [21] .
Úgy gondolják, hogy az eukarióta mRNS-ekben a transzláció az első AUG-kodonnal (startkodon) kezdődik, amellyel a riboszóma találkozik az 5'-től a 3'-végig tartó útja során. A start kodonokat körülvevő szekvenciák nem véletlenszerűek, és a Kozak konszenzus szekvenciát alkotják . Emlősökben ez a szekvencia: , és a legkonzerváltabb nukleotidok az R ( purin , általában A ) az AUG -3 pozíciójában és a G az AUG +4 pozíciójában. Az A szigorú elrendezése a -3 helyzetben és G a +4 helyzetben más állatokra, növényekre és gombákra is jellemző . Az AUG-környezetet alkotó szekvenciák (részben a nem transzlált régióba is benyúlva) módosíthatják a transzláció hatékonyságát azáltal, hogy megfelelő környezetet biztosítanak az iniciációhoz [3] . GCCRCCaugG
Megjegyzendő, hogy az 5'-UTR-ek 15-50%-a belsőleg tartalmazza az AUG start kodont. Ezért nem mindig teljesül az a szabály, amely szerint a riboszóma az első startkodontól kezdi meg a transzlációt, amellyel találkozik, amikor az mRNS 5' végéről a 3' végére mozog. Ez azt jelenti, hogy néha a riboszóma kihagyhatja az AUG-hármasokat, amelyekkel találkozik, és egy távolabbi kezdőkodonról kezdheti meg a transzlációt, valószínűleg azért, mert ezeknek a hármasoknak „gyenge” nukleotid környezetük van. Így egy mRNS-ből több különböző fehérje szintetizálható [22] . Ezenkívül azt találták, hogy a belső AUG kodonok jelenléte az 5'-UTR-ben korrelál ennek a régiónak a megnövekedett hosszával és az általánosan használt startkodon "gyengébb" környezetével, valamint a start AUG számára optimális környezettel rendelkező átiratokban. , az 5'-nem lefordított régió rövid és nem tartalmaz AUG-t [23] . Ebben a tekintetben az AUG-k az 5'-UTR-ben csökkenthetik mRNS-ük transzlációjának szintjét.
Ha az 5'-UTR-ban a belső AUG után, de a fő startkodon előtt van egy belső stopkodon, akkor egy rövid nyitott leolvasási keret ( angolul upstream open reading frame, uORF ) jön létre. Az uORF transzlációja és a nagy (60S) riboszóma alegység mRNS-éről való disszociációja után a kis alegység sorsa eltérő lehet, és ez befolyásolhatja a transzlációs hatékonyságot és az mRNS stabilitását. A kis alegység az mRNS-en maradhat, folytathatja az olvasást, és megkezdheti a transzlációt a mögöttes AUG kodonból, vagy elhagyhatja az mRNS-t, és ezáltal csökkentheti a fő nyitott leolvasási keret transzlációjának szintjét. Eukariótákban a riboszóma transzláció újrakezdő képességét egyrészt a stopkodonok [24] , másrészt az uORF hossza korlátozza: ha az uORF hossza meghaladja a 30 kodont [25] , a riboszóma nem lesz képes újraindulni. fordítás. Ily módon a GCN 4 és YAP 1 élesztő transzkripciós faktorokat kódoló uORF-eket tartalmazó mRNS-ek transzlációja blokkolva van [26] .
Az 5'-UTR másodlagos szerkezete fontos szerepet játszik a fordítás szabályozásában. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a másodlagos szerkezet közepesen stabil elemei (a szabadenergia változás értéke ΔG -30 kcal/mol felett), közvetlenül tartalmazzák az AUG startkodont, nem állítják meg a riboszóma kis alegységét. A nagyon stabil szerkezetek (ΔG -50 kcal/mol alatt) jelentős hatással vannak a transzláció hatékonyságára, csökkentve azt. Az eIF4A koncentrációjának növekedése hozzájárul az ilyen struktúrák hatásának leküzdéséhez [27] .
Létezik egy alternatív fordítási iniciációs mechanizmus, amely nem kapcsolódik az 5'-sapkához. Először picornavírusokban írták le [28] . Ebben az esetben az 5'-UTR belsejében van egy speciális szekvencia, amely a riboszóma - IRES - megkötésére szolgál . Ezt követően számos szabályozó fehérjét kódoló sejt mRNS-ben találtak IRES-t, például c-Myc proto-onkogén termékekben , homeodomén fehérjékben, növekedési faktorokban (például fibroblaszt növekedési faktor FGF2 ), valamint ezek receptoraiban [3] . Az ismert sejtes IRES-ek összehasonlító elemzése lehetővé tette az ezeket tartalmazó mRNS-ekre jellemző közös szerkezeti motívum izolálását. Különösen az immunglobulin nehézlánc-kötő fehérje (BiP) mRNS-ére és az FGF-2 fehérje mRNS-ére egy Y alakú hajtűt írtak le , amely közvetlenül az AUG startkodon előtt helyezkedik el [29] . Megállapítást nyert, hogy a kis riboszomális RNS -sel komplementer rövid szerkezeti motívumok IRES-ként is működhetnek 30] .
Azok a szekvenciák, amelyek a transz -működő RNS-kötő fehérjék célpontjai, szintén részt vehetnek a transzláció szabályozásában. Például az IRE ( vasra reagáló elem ) az 5'-UTR mRNS-ben található, amely a vasanyagcserében részt vevő fehérjéket ( ferritin , 5 -aminolevulinát szintáz és akonitáz ) kódol , blokkolhatja a transzlációt. Ebben az esetben a vasanyagcsere-fehérjék vasfüggő kötődése következik be, ami elnyomja az mRNS normál pásztázását, amelyet a riboszóma kis alegysége hajt végre a transzláció megindítása során. Végül, a legtöbb gerinces mRNS, amely riboszomális fehérjéket és transzlációs elongációs faktorokat kódol, egy 5'- terminális oligopirimidin traktust (TOP) tartalmaz közvetlenül a kupak mellett. Ez a traktus szükséges a koordinált transzlációs represszióhoz a növekedés, a differenciálódás és a fejlődési késések során, és bizonyos gyógyszerek is aktiválják [31] .
Az mRNS-ek sorsa egy másik kulcsfontosságú pont a génexpresszió poszt-transzkripciós szabályozásában, hiszen bizonyos mRNS-ek pusztulása hiányában megnő a számuk, ami azt jelenti, hogy megnő az általuk kódolt fehérje mennyisége, ami befolyásolhatja az expressziót. bizonyos gének. Az mRNS lebomlásának számos lehetséges mechanizmusát javasolták: lebomlását kiválthatja a 3'-poli(A)-farok vagy az 5'-cap lerövidítése vagy leválása [32] . Az mRNS sorsát elsősorban a 3'-UTR-ben elhelyezkedő cisz -szabályozó elemek, például az AU-ban gazdag elemek ( ARE -k ) szabályozzák, amelyek különböző intra- és extracelluláris jelek hatására mRNS lebomlását váltják ki. A rendelkezésre álló kísérleti adatok szerint az ARE-ket 3 osztályba sorolták: az I. és II. osztály tagjait a pentanukleotid többszörös másolatának jelenléte jellemzi AUUUA, amely a III. osztály tagjaiban nincs jelen [33] . Az I. osztályú ARE-k úgy szabályozzák a citoplazmatikus deadenilációt, hogy a teljes poli(A) farkot azonos sebességgel lebontják az összes transzkriptum esetében, először intermediereket képeznek 30-60 nukleotidból álló poli(A) farokkal, amelyek aztán teljesen lebomlanak. Ilyen elemek főleg a nukleáris transzkripciós faktorokat kódoló mRNS-ekben találhatók meg, mint például a c-Fos és a c-Myc (a "gyors válasz" gének termékei), valamint bizonyos citokineket kódoló mRNS-ekben , mint például az interleukinek 4 és 6 . Az I. osztályú ARE-k szerkezeti jellemzője a pentanukleotid egy vagy több másolatának jelenléte AUUUAaz U-ban gazdag régió után. A II. osztályú ARE-k aszinkron citoplazmatikus deadenilációt hajtanak végre (azaz a különböző transzkriptumok poli(A) farka különböző sebességgel bomlik le), ami poli(A) farok nélküli mRNS-t eredményez. Az ilyen elemeket tartalmazó mRNS-ek közé tartozik a GM-CSF citokinek mRNS-e, az interleukin 2 , a tumor nekrózis faktor α (TNF-α), az interferon -α . A második osztályba tartozó ARE-k szerkezeti jellemzője a tandem pentanukleotid ismétlődések jelenléte AUUUA, és az AU-ban gazdag régió ezen ismétlődések előtt található. A III. osztályú ARE-kből hiányzik a pentanukleotid, AUUUAés csak U -ban gazdag régiójuk van. Ilyen elem létezik például a c-Jun-t kódoló mRNS-ben. Az mRNS degradáció kinetikája ebben az esetben hasonló az AREs I-éhoz [3] .
Az mRNS lebomlása az endonukleáz aktivitás miatt is megtörténhet , és ez a mechanizmus a deadenilációtól és a decappingtől egyaránt függ. Ezt a mechanizmust a transzferrin receptort kódoló mRNS-ekben találták . Ezeknek az mRNS-eknek a lebontása magában foglalja a 3'-UTR endonukleázos hasítását, az IRE felismerése közbenső lépés, és a szabályozást az intracelluláris vasszintek határozzák meg [34] .
Az 5'-UTR-ban és az uORF-ben lévő iniciátor kodonok szerepet játszhatnak a nonszensz által közvetített mRNS- bomlás ( nonszensz által közvetített mRNS-bomlás ) egy speciális mechanizmusában is . Az ezt az útvonalat kiváltó jel egy értelmetlen kodon, amelyet a splicing során létrejövő két exon közötti kapcsolat követ - egy exon splicing komplex , vagy EJC ( angolul Exon junction complex ) [35] (egy ilyen kapcsolat jelenléte megkülönbözteti a korai terminátor kodont a főből, mivel a stopkodon és a 3'-UTR az utolsó exon után található). Az exon junctionokat olyan markerfehérjék ismerik fel, amelyek még a sejtmagban kapcsolódnak a feldolgozatlan transzkriptumhoz, és az mRNS feldolgozása és a citoplazmába való átvitele után is kapcsolatban maradnak vele [36] . Vad típusú (azaz "nem hibás") mRNS-ek esetében a transzlációs gépezet eltávolítja a marker fehérjét, hogy megakadályozza a transzkriptum lebomlását. Ha a riboszóma korai stopkodonnal találkozik, vagy ha uORF-ek vannak jelen a transzkriptumban, akkor szétesik, és a markerfehérjékkel jelölt hibás mRNS részt vesz az NMD-ben [37] . A Saccharomyces cerevisiae élesztőben (van egy második jelük, amely kiváltja az NMD-t - downstream exonic elemek ( DSE) ) a funkcionálisan aktív uORF-eket tartalmazó, például a GCN 4 -et és a YAP 1 -et kódoló mRNS-ek nem bomlanak le az NMD útvonalon. Az uORF és a kódoló szekvencia mRNS-specifikus stabilizáló szekvenciák, amelyek megakadályozzák az NMD aktiválódását az RNS-kötő ubiquitin ligáz Pub1 -gyel való kölcsönhatás miatt [ 38] .
Az uORF-ek az NMD-től függetlenül is szabályozhatják az mRNS stabilitását. A S. cerevisiae YAP2 génjének mRNS-ének 5'-UTR-ja 2 uORF-et tartalmaz, amelyek elnyomják a riboszóma transzkriptum szkennelését és elősegítik az mRNS lebomlását [26] . A destabilizáló hatás a terminátor kodon környezetétől függ, amely szabályozza a transzlációs hatékonyságot és az mRNS stabilitását.
Számos tanulmány utal arra, hogy sok heterogén nukleáris ribonukleoprotein (hnRNP) csak a sejtmagban működik , hanem szabályozza az mRNS sorsát a citoplazmában [39] , szabályozza a transzlációt, az mRNS stabilitását és a citoplazmában történő lokalizációját [37] . Példa erre az amiloid prekurzor fehérje ( APP ) . Az APP-tartalom növekedése fontos tényező az Alzheimer-kór kialakulásában . Az APP mRNS stabilitása egy erősen konzervált 29 nukleotidból álló elemtől függ, amely a 3'-UTR-ben helyezkedik el, és kölcsönhatásba lép különböző RNS-kötő citoplazmatikus fehérjékkel [40] .
A fejlődés során különösen fontos a génexpresszió poszt-transzkripciós szintű szabályozása, amelyet nem transzlált régiók végeznek. Egyes mRNS-ek aszimmetrikus elrendeződése a sejtben az általuk kódolt fehérjék aszimmetrikus elrendeződéséhez vezet. Ez a legkényelmesebb mechanizmus a fehérje lokalizációjához, mivel egy mRNS több transzlációs kör templátjaként szolgálhat. Az mRNS-ek sok esetben ribonukleoprotein komplexekben helyezkednek el a transzlációs apparátus fehérjéivel együtt, ezzel garantálva a transzláció szükséges hatékonyságát [3] .
Az mRNS aszimmetrikus elrendezésének három fő mechanizmusa van:
A mielin bázikus fehérje ( MBP) mRNS -t az oligodendrociták folyamataiba juttatják, amelyek a központi idegrendszer axonjainak mielinhüvelyét képezik , aktív irányított transzport révén . Az egerekben az mRNS-t a 3'-UTR-ben elhelyezkedő speciális szignálszekvenciák szállítják és lokalizálják: az RNS transzport szignál (21 nukleotid hosszú) és egy további elem, az RNS lokalizációs régió [41] .
A helyi transzkriptum stabilizálására számos példát találtak a Drosophila fejlődésének korai szakaszában . Így a Nanos RNS-kötő fehérjét és a Hsp83 hősokkfehérjét kódoló transzkriptumok mindenhol lebomlanak, kivéve az embrió hátsó pólusánál lévő citoplazmában . A megfelelő mRNS-ek 3'-UTR-jában található különféle cisz-szabályozó elemek felelősek mind ezen mRNS-ek lebomlásáért az embrióban, mind pedig az embrió hátsó végénél történő stabilizálásáért [42] .
A környezet által meghatározott mRNS diffúzió jelenségét jól mutatja a Drosophila Bicoid fehérje mRNS-e. A folyamat kulcsfontosságú lépésében, a transzkriptum rögzítésében részt vevő elemeket nem írták le teljesen, de az egyik részt vevő fehérje, a Staufen egy dsRNS-kötő fehérje, amely a Bicoid leállításához szükséges az embrió elülső végén [43] ] .
A fenti példák mindegyikében a lokalizációt a 3'-UTR-ban elhelyezkedő cisz-szabályozó elemek szabályozták, de ismertek az 5'-UTR-ban, sőt a kódoló régióban található ilyen elemek is. Az ilyen elemeket mRNS-archiváló kódoknak ( eng. mRNA zip codes ) ismerjük, kölcsönhatásba lépnek a megfelelő kötőfehérjékkel ( eng. zip-code-binding proteins ), például a már említett Staufennel. Az archiválási kódok elsődleges és másodlagos struktúrájában nincs hasonlóság . Lehetnek összetett (komplex) másodlagos és harmadlagos szerkezetűek , amelyekben az elsődleges szerkezet ( nukleotidszekvencia ) nem olyan fontos, mint a térszerkezet [44] , hanem éppen ellenkezőleg, lehetnek rövid nukleotidszekvenciák [45] , néha ismétlődő elemekben szerepel (például a Vg1 átirat esetében a Xenopus békában [46] ).
Az alternatív splicing a legfontosabb módja annak, hogy egy eredeti transzkriptumból különböző mRNS-eket állítsunk elő, amelyek ugyanazt vagy különböző fehérjéket kódolnak. Ebben az esetben a hosszú fehérjét kódoló mRNS-ek mellett nem kódoló RNS-ek is képződhetnek. A hasított mRNS áteshet egy újrazárási folyamaton, és olyan mRNS-t hoz létre, amely egy csonkolt 5' nem transzlálódó régióval rendelkezik, vagy amely csak az eredeti fehérje fragmensét kódolja. Ezen túlmenően ismert, hogy az alternatív splicing során keletkező 3'-UTR fragmensek a fő RNS-től függetlenül elkezdhetnek transzregulációs , nem kódoló RNS-ekként működni [47] .
Ismeretes, hogy az mRNS a poli(A) farokhoz kötődő specifikus fehérjék kölcsönhatása miatt képes hurokba zárni (circularizáció) , amelyek elősegítik az eIF4F faktor kötődését a sapkához . Ennek eredményeként az mRNS zárt formát ölt, a transzlációs iniciáció stimulálódik, és a transzlációs hatékonyság nő. Bizonyos esetekben azonban ugyanannak az mRNS-nek az 5'-UTR-ja és 3'-UTR-ja komplementeren kötődhet egymáshoz. Így a p53 transzkripciós faktort kódoló humán gén mRNS -ének vannak olyan régiói az 5'-UTR-ben és a 3'-UTR-ben, amelyek komplementerek egymással. Egymáshoz és az RPL26 transzlációs faktorhoz kötődve ezáltal növelik a transzláció hatékonyságát, ami az egyik oka a p53 fehérje gyors felhalmozódásának DNS -károsodás hatására [48] .
Különböző humán gének mRNS-einek elemzése kimutatta, hogy az 5'-UTR tartalmazza azt a motívumot , amely specifikusan kölcsönhatásba lép a miRNS-ek 3'-végeivel, míg sok ilyen mRNS-nek van egy helye, amely komplementer a 3'-UTR-rel az 5'-végen. . További vizsgálatok kimutatták, hogy az 5'-UTR kötődése a miRNS -hez megkönnyíti az mRNS 5'-végének kötődését a 3'-véghez, és az olyan mRNS-ek, amelyek aktivitását erősen meghatározza a miRNS, mindkét UTR-en előre látható kötőhelyekkel rendelkeznek. Az ilyen mRNS-eket miBridge-nek nevezik. Azt találták továbbá, hogy ezeknek a kötőhelyeknek az elvesztése csökkentette a transzkriptum transzláció miRNS-vezérelt represszióját. Így azt találtuk, hogy az NTO-k egymáshoz kötőhelyei szükségesek az mRNS-transzláció elnyomásához. Ez azt jelzi, hogy az 5'-UTR és 3'-UTR komplementer kölcsönhatása szükséges a génexpresszió pontos szabályozásához [49] .
A bakteriális mRNS 5' és 3' nem transzlálódó régiókat is tartalmaz [51] [52] . A baktériumok 5'-UTR-jának hossza jóval kisebb, mint az eukariótáké, és általában 3-10 nukleotid. Például az Escherichia coli laktóz operon 5'-UTR átiratának hossza mindössze 7 nukleotid [53] . A baktériumok 5'-UTR-jában a Shine-Dalgarno szekvencia ( ) [54] lokalizálódik, amely a riboszóma megkötésére szolgál, és egy spacer választja el az AUG startkodontól. Bár a baktériumok és az eukarióták 5'-UTR-jei eltérőek, kimutatták, hogy a CC nukleotidok hozzáadása az Escherichia coli és Streptomyces sejtekben jól expresszálódó Mu bakteriofág Ner génjének mRNS távtartójához sikeresen expresszálódott. ez a gén nyúl retikulocita sejtekben [55] . AGGAGG
Az 5'-UTR-ban lokalizált másodlagos struktúra elemei rendszerint elnyomó hatást gyakorolnak a transzlációra [56] . Különösen az 5'-UTR-ben találhatók általában az attenuátorok - az operonok olyan elemei, amelyek a transzláció idő előtti leállását okozzák [57] (a csillapítás leghíresebb példája a triptofán-operon kifejezése ).
Ezenkívül a baktériumok 5'-UTR-ja tartalmazza a legtöbb riboswitchet [58] – olyan mRNS szabályozó elemeket, amelyek képesek kötődni kis molekulákhoz , ami az mRNS által kódolt fehérjeképzés hatékonyságának megváltozásához vezet [59] .
Az eukariótáktól eltérően a hosszú 3'-UTR-ek ritkán fordulnak elő a baktériumokban, és kevéssé ismertek. Néhány baktérium, különösen a Salmonella enterica azonban ismert, hogy eukariótaszerű mRNS-ekkel rendelkezik hosszú 3'-UTR-ekkel ( S. enterica esetében ez a hilD mRNS ). Feltételezhető, hogy a hilD 3'-UTR-ek különféle funkciókat látnak el, különösen befolyásolják mRNS-eik forgalmát, mivel ezeknek a régióknak a deléciója a megfelelő mRNS-ek mennyiségének növekedését okozta [60] .
Sok archaea mRNS-ében is vannak nem lefordított régiók . Különösen a Methanocaldococcus jannaschii metanogén archaea mRNS-ének 5'- és 3'-UTR-jeiben (a Methanopyrales és Methanococcales rend többi tagjában ) a SECIS elem lokalizálódik , amely felelős a beillesztésért. a szelenocisztein aminosav bejutása a polipeptidláncba [61 ] .
Megállapítást nyert, hogy a legtöbb haloarchaea , valamint a Pyrobaculum és a Sulfolobus mRNS-éből hiányzik egy kifejezett 5'-UTR, de az archaea - methanogének mRNS-éből hosszú az 5'-UTR. Ebben a tekintetben feltételezhető, hogy a metanogén archaeákban a transzláció iniciációs mechanizmusa eltérhet e tartomány többi képviselőjétől [56] . A haloarchaeális mRNS azonban tartalmaz 3'-UTR-eket, és ezek 3'-végei nem mennek keresztül a transzkripció utáni módosításon. Meglepő módon az 5'-UTR-t tartalmazó haloarchaeális transzkriptumokból hiányzik a Shine-Dalgarno szekvencia. A haloarchaea 3'-UTR-jának hossza 20 és 80 nukleotid között volt; nem azonosítottak konzervált szerkezeti motívumot és szekvenciát, kivéve a penta-U-nukleotidot a transzlációs terminációs régióban [62] .
Az archaean mRNS esetében riboswitcheket írtak le , köztük a TPP-riboswitcheket ( tiamin-pirofoszfáthoz (TPP) kötődnek ), amelyek az 5'-UTR-ben találhatók (hasonló ribokapcsolók találhatók baktériumokban és eukariótákban is) [63] .
Sok vírusban a transzláció iniciációja egy cap -független mechanizmussal történik, és a már említett 5'-UTR-ben lokalizált IRES -elemeken keresztül valósul meg [64] . Például ez történik HIV , hepatitis A és C vírusoknál [65] . Ez a transzlációs iniciációs mechanizmus azért kényelmes, mert ebben az esetben nincs szükség a preiniciátor fehérje komplex összeállítására, és a vírus gyorsan szaporodhat [53] .
A vírusoknak van egy másik cap-független fordításkezdeményezési mechanizmusa is , amely nem kapcsolódik az IRES-hez. Ez a mechanizmus számos növényi vírusban jelen van . Ebben az esetben egy speciális cap- független fordítási elem (CITE) található a 3'-UTR-ben. A CITE gyakran megköti a transzlációs faktorokat, például az eIF4F komplexet, majd komplementer kölcsönhatásba lép az 5'-véggel, transzlációs iniciációs faktorokat szállítva a kezdet helyére [66] .
Azokban a vírusokban, amelyek genomját pozitív polaritású egyszálú RNS-molekula képviseli , a 3'-UTR nemcsak a transzlációt befolyásolja, hanem a replikációban is részt vesz : ettől kezdődik a vírusgenom replikációja [67] ] .
A kanyaróvírus ( a Paramyxoviridae család Morbillivirus nemzetsége ) genomja egyszálú, negatív polaritású RNS-molekulából áll. Érdekes mechanizmust hoztak létre M és F génjére. Ezen gének mRNS-ei hosszú UTR-ekkel rendelkeznek; a teljes mRNS ~6,4%-át teszik ki. Bár ezek a gének közvetlenül nem vesznek részt a replikációban, az M gén 3'-UTR mRNS-e megnöveli az M fehérje felhalmozódásának sebességét, és így beindítja a genom replikációját. Ugyanakkor az F gén mRNS 5'-UTR-ja csökkenti az F fehérje képződését, és így elnyomja a replikációt [68] .
Mivel a nem lefordított régiók kritikus szerepet játszanak a génexpresszió szabályozásában , az ezeket a régiókat érintő különféle változások gyakran olyan betegségek kialakulásához vezetnek, mint az örökletes trombocitémia , mellrák , törékeny X szindróma , bipoláris affektív rendellenesség , Alzheimer-kór és mások [69]. . Az alábbi diagramok a 3'-UTR és 5'-UTR egyik vagy másik funkcionális elemét érintő mutációk és különböző betegségek közötti összefüggéseket mutatják be.