РНК: цис-действующие локализующие последовательности
Все обнаруженные цис-действующие локализующие последовательности расположены в 3'UTR их РНК. По аналогии с сигнальными аминокислотными последовательностями белков, наличие таких нуклеотидных последовательностей часто оказывается достаточным для направленной внутриклеточной доставки соответствующих РНК.
Создание одиночных локализующих последовательностей может обеспечиваться альтернативным сплайсингом. Например, транскрипты гена Cyclin B дрозофилы процессируются по такому механизму. Короткая форма мРНК синтезируется преимущественно в раннем оогенезе. Она равномерно распределена в проооците до стадий 7-8. В отличие от этого более длинный транскрипт, содержащий дополнительную 3'-концевую последовательность длиной в 393 нуклеотида, в концентрируется в задней части ооцита и синтезируется в питающих клетках в позднем оогенезе (стадии 9- 11). Эта же изоформа мРНК накапливается в перинуклеарном пространстве зародышей на стадии синцития .
В ряде случаев направленный транспорт мРНК (например, bicoid) обеспечивается несколькими дискретными последовательностями, расположенными в 3'UTR. У этой мРНК локализующий элемент BLE1 (bicoid localization element) длиной в 50 нуклеотидов является необходимым и достаточным для направленного транспорта мРНК, если он присутствует в виде двух копий. С такой двойной последовательностью взаимодействует белок Staufen , специфичный в отношении двухцепочечных РНК, который фиксирует РНК bicoid в передней зоне ооцита на поздних стадиях оогенеза. Этому способствуют и межмолекулярные взаимодействия РНК через их 3'UTR.
Кажущаяся функциональная избыточность характерна для регуляторных элементов ряда других РНК, содержащих несколько таких последовательностей, каждая из которых способна обеспечивать внутриклеточный транспорт РНК независимо от других. Примером такой РНК является транскрипт гена orb дрозофилы , который кодирует РНК-связывающий белок. Эта РНК начинает поступать в клетку на ранней стадии (1) развития ооцита и концентрируется сначала (стадии 2-7) на его переднем полюсе, а затем (стадии 8-10) на заднем. Такую направленную внутриклеточную доставку обеспечивает локализующий регуляторный элемент длиной в 280 нуклеотидов. Искусственное разделение данного элемента на два не инактивировало последовательность, хотя и снижало специфичность распределения РНК в цитоплазме.
Действие некоторых множественных локализующих элементов мРНК оказывается аддитивным, т.е. разные сочетания таких последовательностей 3'UTR обеспечивают различную специфичность накопления РНК в цитоплазме. Примерами таких транскриптов являются мРНК bicoid и мРНК Add-hts (изоформа N4), кодирующая белковый компонент цитоскелета дрозофилы. В последнем случае 3'UTR мРНК содержит центральную локализующую последовательность ALE1 (Add-hts localization element 1) длиной 100-150 нуклеотидов, обеспечивающую накопление РНК вблизи поверхности ооцита на стадиях его созревания 7-8, и другую, необходимую для ее перемещения к передней части созревающего яйца на стадии 9, которая функционирует только в присутствии последовательности ALE1.
В ооцитах многие мРНК не транслируются до тех пор, пока они не доставлены к месту постоянной локализации, например, синтез белка, направляемый мРНК oskar, регулируется по такому механизму. В норме трансляция этой мРНК начинается лишь после перемещения к заднему полюсу ооцита. Трансляция нелокализованной мРНК oskar сопровождается дефектами развития зародыша. Контроль трансляции и локализация мРНК обеспечиваются разными последовательностями, расположенными в ее 3'UTR. В подавлении трансляции участвуют регуляторные элементы BRE (Bruno response elements) , состоящие из трех дискретных сегментов A, B и C, взаимодействующих с белком-репрессором Bruno (молекулярная масса 80 кДа). Все эти сегменты обладают консервативной последовательностью длиной в 7-9 нуклеотидов: U(G/A)U(A/G)U(G/A)U, которые присутствуют в виде одной копии в сегментах A и B и представлены двумя копиями в сегменте C. Мутационные изменения этой последовательности нарушают взаимодействие с ними репрессора, а следовательно, и подавление трансляции мРНК oskar до завершения ее цитоплазматической локализации.
