Принятые сокращения:

BR-мРНП — Balbiani ring-мРНП

ASAP — apoptosis — and splicing-associated protein

мяРНК — малые ядерные РНК

рРНК — рибосомальные РНК

Nups — нуклеопорины

FG-нуклеопорины — нуклеопорины, содержащие фенилаланинглутаминовые повторы

EJC — exon junction complex

SR-белки — серин-аргинин богатые белки

NMD — nonsense med diated decay

Перемещение мРНК в клетке от места транскрипции в ядре и до локусов трансляции, длительного хранения или деградации, находящихся в цитоплазме, представляет собой сложный многоступенчатый процесс. На первом этапе, во время транспорта мРНК внутри ядра к ядерной поре, она связывается с белками, образуя мРНП-частицу. В ее транспортировке задействованы комплексы, участвующие также в элонгации, транскрипции и созревании мРНК, такие как TREX, TREX-2, EJC и др. Эти комплексы и их действие были описаны ранее в статье М.М. Куршаковой [1, 2]. Состав и особенности мРНП-частицы определяют белки — рецепторы ядерной поры: Nxf1 и Crm1 [3—8]. Эти белки отвечают за прикрепление к поре различного набора мРНК. У Drosophila melanogaster рецептор ядерной поры Nxf1 долгое время считался единственным, и на данный момент показано большое количество мРНК, за экспорт которых он отвечает. В отличие от Nxf1 участие белка-кариоферина Crm1 в этом процессе было показано совсем недавно, и количество выявленных мРНК, экспортируемых данным белком, увеличивается с каждым годом.

На следующем этапе мРНП-частица прикрепляется к поре и проходит через нее. Важную роль в этом процессе играют белки комплекса NPC [9—13. С цитоплазматической стороны ядерной поры происходит ремоделинг мРНП-частицы, в результате которого мРНК меняет свою конформацию, и происходит изменение белкового состава мРНП-частицы. Для этого процесса известны как общие для двух систем экспорта (Nxf1- и Crm1-зависимых), так и индивидуальные для каждой из них белки [14—18]. После этапа ремоделинга мРНК транспортируется к месту ее локализации в цитоплазме. В данной статье мы описываем важнейшие этапы этого процесса: проход мРНК через ядерную пору и ремоделинг РНК.

Для выхода в цитоплазму белкам необходимо преодолеть ядерную мембрану. Ядерная мембрана у всех эукариот пронизана большими мультисубъединичными комплексами — комплексами ядерной поры NPC (nuclear pore complex), которые образуют трансмембранные каналы. Комплекс NPC имеет расчетную молекулярную массу около 125 МДа. Его структура очень консервативна среди эукариотических клеток. NPC имеет восьмичленную ротационную симметрию и состоит из ядерного кольца, центрального транспортного канала и восьми цитоплазматических фибрилл (рис. 1, а)

Белки, составляющие NPC, называются нуклеопоринами — Nups. Трансмембранные нуклеопорины «заякоривают» NPC на ядерной мембране, структурные нуклеопорины поддерживают структуру NPC и служат местом посадки для других нуклеопоринов (см. рис. 1). Также существуют FG-нуклеопорины — белки, богатые фенилаланинглициновыми (FG) повторами. FG-нуклеопорины напрямую связывают рецепторы экспорта и участвуют в прохождении мРНК через пору. Они также являются частью барьера, предотвращающего неспецифический транспорт. FG-нуклеопорины покрывают поверхность центрального канала от ядерной до цитоплазматической поверхности. Существуют две группы нуклеопоринов: симметричные, которые располагаются на обеих сторонах NPC, и асимметричные, которые располагаются исключительно с одной из сторон. Ядерная часть NPC включает участок нуклеоплазмы, который состоит из ядерного кольца и «корзины», включая длинные филаменты (см. рис. 1). Небольшие молекулы и ионы могут проходить через центральный канал с помощью диффузии, но молекулы больше, чем 40—60 кДа проходят через NPC, будучи связанными с рецепторами экспорта Nxf1, Crm1 или белками-кариоферинами.

мРНП-частица связывается c ядерной частью порового комплекса -c нитевидными белками Mlp1p и Mlp2p [19, 20]. Хотя белки Mlp и взаимодействуют с компонентами мРНП-частицы, они не требуются для экспорта мРНК в цитоплазме [21, 22]. Согласно результатам недавних исследований, Mlp1р участвует в осуществлении контроля мРНК, предотвращая экспорт интронсодержащих транскриптов. На данный момент считается, что главной функцией белков Mlp является функция сортирующего фильтра, предпочтительно взаимодействующего с собранными мРНП-частицами. Некорректно собранные мРНП-частицы не способны связываться с Mlp, что негативно влияет на их стабильность в ядре [23]. Кроме белков Mlp в этот «контроль качества» мРНП-частиц вовлечены также белки Nup60, Plm39, Swt1, Ulp1.

Mlp1p взаимодействует с транскрибируемыми генами РНК-зависимым способом [24]. Таким образом, белки Mlp способствуют закреплению генов на NPC путем взаимодействия с синтезирующимися транскриптами. Недавно было показано, что мРНП-частица прикрепляется к NPC благодаря непосредственному взаимодействию рецепторов экспорта с компонентами «корзины».

Недавние эксперименты по локализации индивидуальных BR мРНП-частиц в клетках C. tentans и мРНП-частиц в HeLa-клетках человека показали, что мРНП-частицы часто связываются с ядерной «корзиной» NPC, но затем возвращаются в нуклеоплазму (рис. 2).

На примере BR мРНП-частицы было показано, что при прохождении через пору она меняет свою конформацию: мРНП-частица прикрепляется к фибриллам NPC, имея глобулярную структуру, затем она «разворачивается», проходит через пору и оказывается в цитоплазме, где начинается синтез белка [27] (рис. 3).

Гетеродимер Nxf1/Nxt1, являющийся у эукариот главным рецептором экспорта мРНК, связывает мРНП-частицу с помощью различных адаптерных белков. Одним из его адаптеров является компонент комплекса TREX — Aly/REF (yYra1). Этот адаптерный белок рекрутируется на мРНК различными путями: через EJC или посредством взаимодействий с белками PCF1 (компонентом комплекса 3’-процессинга), Cbp80 или SR белками [4]. Недавно было показано, что, несмотря на то что все белки-адаптеры Nxf1 взаимодействуют с мРНК котранскрипционно, белок Nxf1 привлекается на уже готовую мРНК в нуклеоплазме, когда она полностью сформирована [3].

Другой белок экспорта мРНК у эукариот — Crm1 относится к семейству кариоферинов — белков, отвечающих за экспорт и импорт различных молекул через ядерную пору [5]. Этот рецептор экспорта связывается с мРНК с помощью адаптеров и только в присутствии Ran-GTP (ГТФ-связывающих белков). Известными адаптерными белками Crm1 являются: РНК-связывающий белок LRPPRC [7], белок HuR [6] и фактор ядерного экспорта Nxf3 [8]. Белок Crm1 играет важную роль в экспорте eIF4E-зависимых мРНК. Около 70% белка eIF4E находится в ядре, и здесь этот фактор играет определенную роль в экспорте специфического набора мРНК.

Белок LRPPRC взаимодействует со структурным элементом, который присутствует у некоторых мРНК и называется 4ESE (4E-sensetivity element). Этот элемент находится в 3’-области мРНК и составляет около 50 нуклеотидов. Кроме того, белок LRPPRPC является адаптером белка eIF4E. Таким образом, на этапе экспорта белок LRPPRPC взаимодействует с 4ESE-содержащей мРНК и с eIF4E, затем с белком Crm1, делая возможным проход мРНК через NPC [7].

Еще один адаптерный белок Crm1-зависимого экспорта — HuR связывает РНК, содержащую ARE-последовательность. Другой известный адаптер белка Crm1 — Nxf3, член Nxf-семейства, который, в отличие от других белков семейства, не содержит последовательность, отвечающую за связывание с NPC [8]. Предполагают, что существует множество других адаптерных белков Crm1.

Для осуществления экспорта мРНК Crm1 нуждается в сопутствующих белках, таких как ГТФ-связывающий белок Ran-GTP, RanBP1, RanBP2 (hNup358), RanBP3 и RanGAP. С помощью белков Ran-GTP и RanBP3 Crm1 взаимодействует с сигналом ядерного экспорта РНК (NES) [28]. Затем Crm1 связывается с нуклеопоринами, содержащими FG-повторы, и вместе с мРНП-частицей проходит через центральный канал NPC на цитоплазматическую сторону поры. Для диссоциации мРНП-частицы от ядерных рецепторов необходим гидролиз ГТФ, который происходит при взаимодействии мРНП-частицы с белками RanBP1 и RanGAP [18]. Белок RanBP2 осуществляет сходные с белком RanBP1 функции в диссоциации мРНП-частицы от белка RanGAP [15—18, 29, 30].

Подобно Crm1-зависимому экспорту, важную роль в отсоединении мРНК от NPC при экспорте по Nxf1-опосредованному пути также играют белки Nup88, Nup214 и RanBP1.

В табл. 2 показаны

После того как мРНП-частица проходит через NPC и выходит на цитоплазматическую сторону поры, с мРНК происходят конформационные изменения, называемые ремоделингом мРНП-частицы. Этот процесс необходим для диссоциации мРНК в цитоплазму. Ключевым фактором ремоделинга у человека является DEAD-box хеликаза hDDX19 (yDbp5) [14, 31, 32]. Этот белок является АТФ-зависимой РНК-хеликазой и локализован на цитоплазматическом филаменте NPC — белке hNup214 (yNup159) [33, 34]. Хеликазная активность этого белка стимулируется фактором экспорта мРНК Gle1 и его кофактором инозитолгексафосфатом (IP₆) [14, 32]. Активность ремоделинга мРНП-частицы зависит как от стимуляции кофактора Gle-IP6, так и от Nup214-зависимого удаления АДФ [35, 36]. После ремоделинга рецепторы экспорта и адаптерные белки импортируются обратно в ядро [31, 37], в то время как мРНК продолжает свое движение в места локализации в цитоплазме. Движение мРНК в цитоплазме мы описываем в следующей статье.

Исследование не имело спонсорской поддержки.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*Автор для корреспонденции: Копытова Дарья Владимировна (Kopytova Daria Vladimirovna), старший научный сотрудник, кандидат биологических наук, Институт биологии гена Российской академии наук, Москва 119334, Россия, d_dmitrieva@mail.ru, http://orcid.org/0000-0003-1086.