切断およびポリアデニル化特異性因子

切断およびポリアデニル化特異性因子（CPSF）は、遺伝子転写の過程で新しく合成されたプレメッセンジャーRNA （プレmRNA）分子からの 3'シグナル伝達領域の切断に関与しています。真核生物では、メッセンジャーRNA前駆体（プレmRNA）は、核内で酵素RNAポリメラーゼIIによってDNAから転写されます。プレmRNAは、タンパク質への翻訳のために細胞質に輸送される前に、転写後修飾を受けて成熟RNA（mRNA）を形成する必要があります。転写後修飾は、5' m7Gキャップの追加、イントロン配列のスプライシング、および3'切断およびポリアデニル化です。^[1]

Schönemann らによると、「CPSF はポリアデニル化シグナル (PAS) を認識し、pre-mRNA の切断とポリアデニル化に配列特異性を与え、pre-mRNA の切断を触媒します。」^[2]機能的な PAS を認識すると、RNA ポリメラーゼの一時停止を誘導する必要があります。^[3]これは、pre-mRNA の切断部位近くのシグナル伝達領域に結合する最初のタンパク質であり、ポリヌクレオチドアデニルトランスフェラーゼによってポリ (A) テールが追加されます。切断部位の 10～30 ヌクレオチド上流のシグナル伝達領域であるポリアデニル化シグナル (PAS) には、標準的なヌクレオチド配列 AAUAAA があり、これはほとんどの pre-mRNA で高度に保存されています。 AAUAAA領域は通常、エンドヌクレアーゼ切断部位の5'にあるシトシン/アデニン（CA）ジヌクレオチドによって定義されます。^[2]^[4]切断部位から約40ヌクレオチド下流に位置する2番目の下流シグナル伝達領域は、ポリアデニル化前に切断されるプレmRNAの部分にあり、効率的な処理に必要なU/GUに富んだ領域で構成されています。この下流フラグメントは分解されます。成熟したRNAは細胞質に輸送され、そこでタンパク質に翻訳されます。^[4]^[5]

タンパク質の構造と相互作用

哺乳類では、CPSF は6 つのサブユニット ( CPSF -160 (CPSF1)、CPSF-100 (CPSF2)、CPSF-73 (CPSF3)、CPSF-30 (CPSF4) kDa サブユニット、WDR33、Fip1 (FIP1L1)) で構成されるタンパク質複合体です。

サブユニットは、哺乳類ポリアデニル化特異性因子（mPSF）と哺乳類切断因子（mCF）の2つの成分を形成します。mPSFは、CPSF-160、WDR33、CPSF-30、およびFip1で構成されています。PASの認識とポリアデニル化に必要です。mCFは、CPSF-73、CPSF-100、およびシンプレキンで構成されています。ヒストンmRNA 3'プロセシング部位を認識して切断反応を触媒します。^[4]^[5]

CPSF-73は亜鉛依存性加水分解酵素であり、ポリアデニル化シグナル配列AAUAAAのすぐ下流のCAジヌクレオチド間のmRNA前駆体を切断する。^[6]^[7]

CPSF-100はCPSF-73のエンドヌクレアーゼ活性に寄与する。^[2]

CPSF-160（160 kDa）はCPSFの最大のサブユニットであり、AAUAAAポリアデニル化シグナルに直接結合します。^[8] 160 kDaには3つのβプロペラドメインとC末端ドメインがあります。

CPSF-30 (30 kDa) は、N 末端近くに 5 つの Cys-Cys-Cys-His (CCCH) 亜鉛フィンガーモチーフを持ち、C 末端に CCCH 亜鉛ナックルを持っています。CPSF-30 には 2 つのアイソフォームがあり、CPSF 複合体に含まれています。CPSF-30 の RNA 結合活性は、その亜鉛フィンガー 2 と 3 によって媒介されます。WD リピートドメイン 33 (146 kDa) には、N 末端近くに WD40 ドメインがあります。WD40 ドメインは RNA と相互作用します。WDR33 と CPSF-30 は、RNA 切断の位置を定義するのに役立つ、プレ mRNA のポリアデニル化シグナル (PAS) を認識します。CPSF-30 は、協力的な金属依存性結合メカニズムによって AU に富むヘキサマー領域を認識します。^[4]^[5]^[9]^[10]

CPSF-160はCPSFの最大のサブユニットであるが、シェーネマンらが実施した研究では、PASを認識するのはこれまで考えられていたCPSF-160ではなくWDR33であると議論されている。この研究では、CPSF-160がPASを認識する原因であると考えられていた理由は、WDR33サブユニットが主張の時点では発見されていなかったという事実によるものであると結論づけられた。^[2]

Fip1 はアルギニンに富む C 末端によって U に富む RNA に結合します。これは、in vitro で AAUAAA ヘキサマー領域の上流の RNA 配列に結合します。Fip1 と CPSF-160 は、ポリ (A) ポリメラーゼ (PAP) を 3' プロセッシング部位にリクルートします。^[4] PAP は、ポリ (A) 結合タンパク質の核タンパク質 1 によって刺激され、切断部位にポリ (A) テール (テンプレート化されていないアデノシン残基) を追加します。^[3]^[7]

AAUAAA依存性ポリアデニル化において活性CPSFサブ複合体を形成するには、CPSF-160、CPSF-30、Fip1、WDR33のみが必要かつ十分である。CPSF-73とCPSF-100は使い捨てである。^[2]

CPSF は 3' 領域にタンパク質をリクルートします。CPSF 活性によって調整されるタンパク質として特定されているのは、切断刺激因子と、あまり理解されていない 2 つの切断因子です。実際にテールを合成するポリヌクレオチドアデニルトランスフェラーゼの結合は切断の必須条件であり、切断とポリアデニル化が密接に連携したプロセスであることが保証されます。

遺伝子

CPSF1、 CPSF2、 CPSF3、 CPSF4、 NUDT21、 CPSF6、CPSF7、FIP1L1

代替ポリアデニル化 (APA)

選択的ポリアデニル化（APA）は、mRNA上に複数の3'末端を形成する調節機構である。^[7]

同じ遺伝子からのAPAアイソフォームは、異なるタンパク質をコードしたり、異なる3'非翻訳領域（UTR）を含むことがあります。APAの調節異常は、多くのヒト疾患と関連しています。長いUTRは、短いUTRと比較して、マイクロRNAやRNA結合タンパク質の結合部位が多いため、APAには異なる安定性、翻訳効率、細胞内局在が必要です。^[4]

哺乳類の PAS には、いくつかの重要なシス要素があります。

A(A/U)AAA ヘキサマー
U/GU に富む下流エレメント (DSE)
U に富む上流補助元素 (USE)
コンセンサスUGUAに準拠した上流配列

PAS 配列は可変であり、多くの PAS には 1 つ以上のシス要素が欠けています。PAS の認識は、タンパク質と RNA の相互作用によって行われます。

CPSF は AAUAAA ヘキサマーに相乗的に結合し、CstF は下流エレメント (DSE) に相乗的に結合します。CFI 複合体は UGUA モチーフに結合します。CPSF、CstF、CFI は RNA に直接結合します。また、CFII、シンプレキン、ポリ (A) ポリメラーゼ (PAP) などの他のタンパク質をリクルートして、mRNA 3' プロセシング複合体 (切断およびポリアデニル化複合体とも呼ばれます) を組み立てます。これらの因子の組み立ては、RNA ポリメラーゼ II (RNAP II) 大サブユニットの C 末端ドメイン (CTD) によって促進されます。CTD は mRNA プロセシング因子の着陸パッドを提供します。^[4]^[11]

切断およびポリアデニル化複合体の他のタンパク質複合体

シンプレキン（SYMPK）は、CPSFとCstFの相互作用を媒介する足場タンパク質である。^[2]

哺乳類のCPSFでは、切断因子I（CFIm）と切断およびポリアデニル化特異性因子（CPSF）の両方が_切断とポリアデニル化に必要であるのに対し、切断刺激因子（CstF）は切断段階にのみ必須である。^[12] CPSFとCstFは、新生遺伝子転写中にRNAポリメラーゼII（RNAP II）とともにPASを探して移動する。^[3]

切断因子I（CFI _m）は、25（CPSF5）、59（CPSF7）、および68（CPSF6）kDaのタンパク質で構成されています。切断因子II（CFII _m）は、Pcf11、Clp1、および切断刺激因子（CstF）で構成されています。CFII _mは、RNAP II C末端ドメインおよびその他のCpA因子に結合します。^[3]^[13]

切断刺激因子（CstF）には、CstF77（CstF3）、CstF50（CstF1）、CstF64（CstF2およびCstF2T）の3つのサブユニットがあります。CstFは、切断部位のシグナル伝達領域の20ヌクレオチド下流にあるPASを認識します。これは、GUに富んだ配列モチーフに続いてUに富んだ配列です。CstFは、切断部位の選択と代替ポリアデニル化に寄与します。^[4]^[5]^[13]

結合プロセス

RNAポリメラーゼII（pol II）転写のカップリングは、3つの方法で処理反応に影響を与える可能性があります。^[11]

ローカリゼーション
- mRNA処理因子を伸長複合体に配置し、新生転写産物付近の局所濃度を高める。
運動結合
- 転写速度はRNAの折り畳みとRNA-タンパク質複合体の組み立てに大きな影響を与える可能性がある。
アロステリック
- pol II伸長複合体とmRNA処理因子との接触は、mRNA処理因子をアロステリックに阻害または活性化することができる。

参考文献

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さらに読む

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外部リンク

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