Открыть главное меню
Шпилька в РНК

Шпи́лька (англ. stem-loop, hairpin) — в молекулярной биологии элемент вторичной структуры РНК, а также одноцепочечной ДНК. Шпилька образуется в том случае, когда две последовательности одной и той же цепи комплементарны друг другу и соединяются друг с другом, перегибаясь одна к другой и образуя на конце неспаренный участок — петлю. Такие комплементарные последовательности нередко представляют собой палиндромные последовательности[en].

У некоторых видов РНК шпильки имеют важное функциональное значение (подробнее см. ниже).

Образование и стабилизацияПравить

Образование шпильки определяется тем, будет ли стабильной образовавшаяся структура, а именно — стебель и петля. Для первого ключевое условие — наличие последовательности, которая, образуя водородные связи сама с собой, формирует стабильную двойную спираль. Стабильность спирали определяется её длиной, а также числом неспарившихся оснований и, как следствие, образовавшихся «выпуклостей» (небольшое их число допускается, особенно для длинной спирали), а также составом спаренных оснований. Гуанин и цитозин связываются друг с другом тремя водородными связями, отчего их соединение более стабильно, чем аденина с урацилом, обеспечиваемое двумя водородными связями. В РНК пары гуанин—урацил стабилизируются двумя водородными связями и также являются, наряду с уотсон-криковскими парами, вполне допустимыми. Стэкинг-взаимодействия азотистых оснований, обусловленные пи-связями между циклическими элементами оснований, располагают основания в правильной ориентации и тем самым стимулируют формирование спирали.

Своё влияние на образование шпильки также оказывает стабильность формирующейся при этом петли. Петли, содержащие 3 или менее основания, пространственно[en] невозможны и не формируются. Слишком крупные петли, не имеющие собственной вторичной структуры (например, псевдоузлов), также нестабильны. Оптимальная длина петли составляет 4—8 нуклеотидов. Часто встречающаяся петля с последовательностью UUCG, известная как тетрапетля[en], частично стабильна благодаря стэкинг-взаимодействиям составляющих её нуклеотидов.

 
Образование шпильки на месте палиндромного участка. А — палиндром, В — петля шпильки, С — стебель шпильки

Биологическая рольПравить

Наиболее известна роль шпилек в тРНК. тРНК содержит 3 истинные шпильки с общим стеблем и за счёт этого имеющая форму клеверного листа[1]. Антикодон, распознающий соответствующий кодон мРНК по время трансляции, располагается на одной из петель. Встречаются шпильки и в микроРНК[2]. Образование шпилек напрямую связано с образованием псевдоузлов — ещё одним элементом вторичной структуры РНК.

Шпильковые структуры выявлены у многих рибозимов[3][4]. Самовырезающийся рибозим типа hammerhead содержит 3 шпильки в центральном неспаренном регионе, где и находятся сайты вырезания.

Шпильки часто встречаются в 5'-нетранслируемой области прокариот. Эти структуры нередко связываются с белками и отвечают за аттенюацию, тем самым участвуя в регуляции транскрипции[5].

В мРНК шпилька образует сайт связывания рибосомы[en], задействованный в инициации трансляции[6][7].

Шпильки также важны в прокариотической ρ-независимой терминации транскрипции[en]. В ходе транскрипции образуется шпилька, которая заставляет РНК-полимеразу оторваться от ДНК-матрицы. Этот процесс и называется ρ-независимой терминацией транскрипции, а задействованные в этом последовательности называются терминаторными[8].

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

  1. Коничев, Севастьянова, 2012, с. 104.
  2. Okamura K, Ladewig E, Zhou L, Lai EC. Functional small RNAs are generated from select miRNA hairpin loops in flies and mammals. // Genes Dev.. — 2013. — Т. 27, № 7. — С. 778—792. — DOI:10.1101/gad.211698.112..
  3. Ferre-D'amare, AR; Rupert P. B. The hairpin ribozyme: from crystal structure to function (англ.) // Biochem Soc Trans (англ.) : journal. — 2002. — Vol. 30. — P. 1105—1109. — DOI:10.1042/BST0301105. — PMID 12440983.
  4. Doherty, EA; Doudna J. A. Ribozyme structures and mechanisms (англ.) // Annu Rev Biophys Biomol Struct : journal. — 2001. — Vol. 30. — P. 457—475. — DOI:10.1146/annurev.biophys.30.1.457. — PMID 11441810.
  5. Meyer, Michelle; Deiorio-Haggar K., Anthony J. RNA structures regulating ribosomal protein biosynthesis in bacilli (англ.) // RNA BIology : journal. — 2013. — July (vol. 7). — P. 1160—1164. — DOI:10.4161/rna.24151. — PMID 23611891.
  6. Malys N., Nivinskas R. Non-canonical RNA arrangement in T4-even phages: accommodated ribosome binding site at the gene 26-25 intercistronic junction (англ.) // Microbiology (англ.) : journal. — Microbiology Society (англ.), 2009. — Vol. 73, no. 6. — P. 1115—1127. — DOI:10.1111/j.1365-2958.2009.06840.x. — PMID 19708923.
  7. Malys N., McCarthy JEG. Translation initiation: variations in the mechanism can be anticipated (англ.) // Cellular and Molecular Life Sciences : journal. — 2010. — Vol. 68, no. 6. — P. 991—1003. — DOI:10.1007/s00018-010-0588-z. — PMID 21076851.
  8. Wilson K. S., von Hippel P. H. Transcription termination at intrinsic terminators: the role of the RNA hairpin (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1995. — September (vol. 92, no. 19). — P. 8793—8797. — DOI:10.1073/pnas.92.19.8793. — PMID 7568019.

ЛитератураПравить

  • Коничев А. С., Севастьянова Г. А. Молекулярная биология. — Издательский центр «Академия», 2012. — 400 с. — ISBN 978-5-7695-9147-1.
  • Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R. (2004). Molecular Biology of the Gene. 5th ed. Pearson Benjamin Cummings: CSHL Press. See esp. ch. 6.