2019-10-27寻找rDNA的足迹(9)

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众所周知,核糖体由核糖体蛋白与核糖体RNA共同组成, rRNA是由前体rRNA经过复杂的剪接得到,pre-rRNA是rDNA的转录本,而rDNA是在几个染色体上邻近端粒的重复片段。植物中的核糖体RNA总共有四种,即5S rRNA, 18S rRNA, 5.8S rRNA和 25S rRNA,除了5S rRNA外,其他的三种rRNA共享一个转录本,即45S rRNA,该转录本的DNA模板即为45S rDNA。18S

rRNA, 5.8S rRNA和 25S rRNA三者在45S rDNA上顺次排列,中间由间隔序列ITS1和ITS2隔开,基因外部也有许多控制该基因表达的元件,其中有一些的功能还不是很明了。45S rDNA的转录需要RNA Pol I活性和部分GTFs(general transcription factors),转录得到的45S rRNA被几个复杂的过程剪接加工成成熟的18S rRNA, 5.8S rRNA和 25S rRNA;5S rRNA则由RNA Pol III和部分GTFs以5S rDNA为模板转录得到。18S rRNA与小亚基核糖体蛋白组装成40S小亚基,5.8S rRNA, 25S rRNA及5S rRNA与大亚基核糖体蛋白组装成60S大亚基,最终再由两个亚基组装成80S核糖体。

拟南芥中有两个45S rDNA位点,分别在二号染色体和四号染色体上,通常四号染色体的转录是激活的。45SrDNA转录序列全长8.4kb,包含18S(1800bp),5.8S(161bp)和25S(3376bp)rRNA序列,由内部转录间隔区(ITS1和ITS2)隔开,并由外部转录间隔区5ETS侧接和终端3ETS。基于3ETS末端的插入/缺失,存在45S rDNA(VAR1-VAR4)的四个主要类别或变体。末端5ETS为1.8 kb,包含U3 snoRNP结合位点A123B和在拟南芥中特异的a1.2 kb插入。每个45S rDNA编码序列均由相邻的; 2.2-kb基因间隔子(IGS)区域隔开,该区域包含SalI框(也称为Amotifs),两个间隔子启动子(SP1和SP2)和基因启动子(GP)。

在拟南芥中,RNA PolI由14个蛋白质亚基组成,其中12个与所有核RNA聚合酶(RNA Pol I–Pol V)的亚基同源或共有,其中五个RNA Pol I亚基与RNA Pol II和Pol III相同(亚基由同一基因编码),另外两个是RNA Pol I特异亚基。转录激活因子包括组蛋白伴侣(NUC1和NUC2,FAS1和FAS2和ATRX),染色质修饰剂(SUVH5和SUVH6,ATXR5和ATXR6和HDA6),参与染色质组织的蛋白质(CDC48和MAS2)。相比之下,在具有Utp3同源物THALLO突变的植物中,rDNA VAR1的胚胎表达受到抑制。处理pre-rRNA的三种途径

U3 snoRNA与所有C / D盒snoRNA共有的蛋白质相关联,包括Nop56,Nop58,Nop1 / FIBRILLARIN和小核蛋白13(Snu13),以及U3特异性蛋白Rrp9 / U3-55k / Sof1(RRNA加工9 /抑制子原纤维蛋白1),Mpp10p(M期磷酸蛋白10),Lcp5p(致命条件性pap1 [poly(A)聚合酶]等位基因),Imp3和Imp4(与Mpp10相互作用)和Rrp9 / U3-55k形成U3 snoRNP。U3和Utp蛋白是90S / SSU过程组的主要组成部分。

在拟南芥中,NUC1和NUC2在rRNA基因表达中起拮抗作用。哺乳动物和酵母菌中没有NUC2。 NUC1似乎促进rDNA转录,NUC2诱导和/或维持阻遏性rDNA染色质状态。 尽管如此,NUC2的表达似乎可以挽救nuc1植物中NUC1的缺失

染色质组装因子1(CAF1)是一个三亚基H3 / H4组蛋白伴侣,负责复制依赖性核小体的组装。拟南芥中fas突变对CAF1功能的破坏导致端粒缩短和45S rDNA丢失,而其他重复序列(5S rDNA,着丝粒180 bp重复序列,CACTA和Athila)不受影响。 功能性CAF1丧失后立即发生大量端粒缩短,端粒缩短至中位长度约1至1.5 kb时端粒减慢。 但是在这些突变体中45S rRNA转录物的水平没有改变。

特定的组蛋白伴侣复合物控制规范组蛋白及其变体的正确沉积,以调节核小体的结构和稳定性。ATRX参与组蛋白H3沉积。拟南芥ATRX突变等位基因是可行的,但显示出发育缺陷和生育力降低。它们与组蛋白H3.3分子伴侣HIRA(组蛋白调节剂A)的突变体结合导致植物存活受损,表明HIRA和ATRX在互补的组蛋白沉积途径中起作用

敲低HDA6时沉默的rRNA基因的去抑制伴随着核仁组织区(NOR)的缩合,启动子胞嘧啶甲基化的丧失以及用H3K4三甲基化,H3K9乙酰化,H3K14乙酰化和组蛋白H4取代组蛋白H3 Lys 9(H3K9)二甲基化 四乙酰化。

MAS2(AGO1-52 SUPPRESSED2的形态)是一种单拷贝基因,其插入等位基因具有胚胎致死性。在酵母双杂交检测中,MAS2与剪接蛋白和核糖体生物发生蛋白相互作用,荧光原位杂交表明MAS2与45S rDNA共定位在核仁组织区(NORs)。人工microRNA amiR-MAS2部分抑制了MAS2并引起45S rDNA启动子的甲基化不足,以及部分NOR脱缩,表明MAS2对45S rDNA的表达负调控。

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