בקרת רנא, שעתוק ותרגום

בקרה ברמת הרנא

• הבקרה מבוצעת על ידי מולקולות רנא, שיכולות להיות חלק מהרנא המסונתז או ממקומות אחרים.
• המולקולות יכולות לבקר את השעתוק, עיבוד רנא, יציבות רנא או את תהליך התרגום.
• חלק מהרנא עושים בקרה ב-cis, שבה חלק מהרנא המסונתז עושה בקרה על עצמו וחלק ב-base שפועלים על סמך זיווג בסיסים.

cis-mediated RNA regulation

• בקרה זו מתבססת על היכולת של רנא ליצור מבנים שניוניים, כלומר, להתקפל על עצמה וליצור רנא דו-גדילי.
• בציור השמאלי יש אתר קישור של ריבוזום (RBS). לידו יכול להיווצר מבנה שניוני של רנא שגורם לטרמינציה וסיום השעתוק.
• יכול להתרחש תהליך הפוך בו המבנה הנוצר מתפרק וכעת מאפשר לרנא פולימראז להמשיך לשעתק.
• הצד הימני של האיור מתאר בקרה על תהליך התרגום:
• אם אזור הקישור לריבוזום חסום, הוא לא יוכל להיקשר ולכן לא יתרחש תרגום של המרנא. מנגד, פתיחה של הלולאה תחשוף את אתר הקישור והתרגום יוכל להתרחש.
• תהליך השינוי הזה תלוי במספר מנגנונים:
  • Attenuation
  • Riboswitches שתלוי בקישור ליגנד ו- ORF
  • RNA Thermometers שתלוי בטמפרטורה.

Attenuation

• הגנים באופרון מקודדים ליצור של חומצת האמינו טריפטופן.
• כאשר יש חוסר בטריפטופן יהיה ביטוי של הגנים הרלוונטיים לו וכאשר יש עודף, שיכול להיות רעיל לתא, הביטוי ייעצר.
• בקרת האופרון מתבצעת באמצעות רפרסור שמעכב את ביטוי הגנים ווהוא ייקשר לדנא רק co-repressor-כאשר יש לו, שזה הטריפטופן.
• באזור ה-leader שנמצא לפני הגנים לביטוי הטריפטופן (אדום) יש רצף של פפטיד בו יש שני טריפטופנים. אם יש הרבה מחומצת האמינו הזו בסביבה, הפפטיד נוצר בלי בעיה.
• תוך כדי שרנא פולימראז מסנתז את הרנא, הריבוזום נקשר לקודון ההתחלה של L ומתחיל לתרגם.
• אזורים 3 ו-4 מסונתזים, כאשר הם יוצרים מבנה שניוני לרנא פולימראז שגורם ליפול ולהפסיק את השעתוק של כל הגנים.
• אם אין מספיק טריפטופן בסביבה, הריבוזום מגיע לרצפים ב-L ואין לו טריפטופן להכניס לפפטיד, לכן התרגום נעצר.
• העצירה של הריבוזום גורמת להיווצרות של מבנה שניוני בין 2 ל-3 שדווקא כן מאפשר לרנא פולימראז להמשיך לסנתז את הרנא ולכן יש ביטוי של הגנים שאחראים ליצירה של טריפטופן.
• כלומר, כאשר ריכוז הטריפטופן גבוה, נוצר טרמינטור שמפסיק את השעתוק וכאשר ריכוזו נמוך, לא נוצר הטרימנטור.

Riboswitches

• מנגנון שהתגלה בעשורים האחרונים ובו יש שינוי במבנה השניוני של הרנא שנוצר כתוצאה מקישור של ליגנד.
• הוא מורכב משני אזורים:
  • aptamer שקושר את הליגנד
  • effector שנמצא במורד הזרם לאפטמר ומשפיע על ביטוי הגן המבוקר.
• האיור הבא הוא דוגמה לבקרה ברמת התרגום ובה נוצר מבנה שניוני. הלולאה היא האפטמר ואחריו (הוא )expression platform האפקטור.
• של הליגנד לאזור של האפטמר גורם לשינוי במיקום המבנה השניוני, חסימה של אזור הקישור לריבוזום וכך לעצירה של תהליך התרגום.
• האיור השני היא דוגמה לבקרה ברמת השעתוק ובה הליגד נקשר אל האפטמר, גורם ליצירה של טרמינטור וכך לנפילה של הרנא פולימראז וטרמינציה של השעתוק.

RNA Thermometers

• מבנים שניוניים של רנא שמשתנים כתלות בטמפרטורה.
• למשל בטמפרטורות נמוכות נוצר מבנה שניוני יציב של הרנא כך שהאתר לקישור הריבוזום נעול בתוכו ומונע את תהליך התרגום.
• כאשר הטמפרטורה עולה, המבנה השניוני הזה נפתח, נחשף אתר הקישור של הריבוזום וכעת הוא מסוגר להיקשר ולתרגם את הגנים שבאים לאחר מכן.
• חיידק הליסטריה שכיח במזונות מזוהמים והוא יכול לגרום למחלה עם תסמינים קשרים ואחוז תמותה יחסית גבוה בעיקר אצל פרטים עם מערכת חיסונית חלשה.
• טווח הגדילה של החיידק הוא רחב יחסית והוא יכול להתפתח בטמפרטורות שנעות בין 5 ל-45 מעלות צלזיוס.
• יחד עם זאת, החיידק יפעיל גנים מעוררי מחלה רק כאשר הוא נמצא בתוך מאחסן שטמפרטורת הגוף שלו היא גבוהה יחסית.
• בטמפרטורות האלה מתרחש מנגנון ה-RNA Thermometersשמפעיל גנים רלוונטיים.

trans-mediated RNA regulation

• הרנא שעושים רגולציה בטרנס בחיידקים משוייכים לקבוצה של רנא קטנים (small RNAs) והם נקשרים למולקולת רנא אחרות ומבקרים את הביטוי שלהן.
• בדרך כלל הם פועלים אחרי השעתוק לכן הם משפיעים בעיקר על היציבות של הרנא ועל התרגום שלו גם בבקרה חיובית וגם בשלילית.
• הרנא האלה מתחלקים לשתי קבוצות: trans-encoded- antisense RNAa
• RNAs שבתוכם יש קבוצה נוספת של ספוגים.

small RNAs יצירה של

• יש רנא שמקודדים בין גנים (intergenic), כאלה שמקודדים מהגדיל הנגדי (antisense) לגן מסויים ואחרים שמקודדים ממרנא ארוכים יותר והם יכולים להיות בתחילת הרצפים, בסופם או ביניהם.
• באיור השמאלי אנחנו מסתכלים על גן באפור שמקודד על גיב הגדיל העליון ורנא אנטיסנס שמקודד על הגדיל התחתון.
• בגלל שהגדילים מנוגדים זה לזה, כאשר הם ייוצרו תהיה ביניהם התאמה מושלמת מה שגורם לעיכוב של תהליך התרגום וביטוי הגנים.
• מנגנון מורכב יותר של המבנה יכול לגרום לדגדציה של המרנא או להפסקת השעתוק.

trans-mediated RNA regulation

• רנא שנוצרים במקום אחד ובמבקרים רנא אחרים שלא קרובים אליהם ברצפים. זיווג הבסיסים בין השניים הוא לא מושלם ולכן רנט קטן אחד יכול לבקר מספר רנא.
• קישור של רנא קטנים יכולים לגרום לעיכוב תרגום, הגברת תרגום ולעיתים גם לפירוק של הרנא או לייצוב שלו.
• רוב ה-small RNAs צריכים תיווך חלבוני כי להיקשר זה לזה בתוך תא החיידק.
• החלבון המוכר יותר ביותר שיודע לעשות את זה הוא ה-Hfq.
• החלבון הזה מורכב מ-6 תת יחידות והוא מסוגל לקשור אליו את שני סוגי הרנא המדוברים, לקרב ביניהם וליצור זיווג בסיסים.
• כאשר שני sRNA נקשרים זה לזה שלא בכוונה ולכן כעת הם לא מסוגלים לבקר את רנא המטרות שלהם.