综述:从转录到输出:mRNA通往细胞质的曲折路径

【字体: 时间:2025年07月18日 来源:TRENDS IN Biochemical Sciences 11.6

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  这篇综述深入探讨了真核细胞中mRNA从转录到胞质转运的精密调控机制,重点解析了RNA结合蛋白(RBPs)、TREX复合物及DEAD-box ATP酶(如Sub2/UAP56、Dbp5/DDX19B)在核内加工(5'端加帽、剪接、3'端多聚腺苷酸化)、mRNP组装及核孔复合体(NPC)输出中的协同作用,揭示了质量控制检查点和能量依赖的构象重塑如何确保成熟mRNA的高效转运。

  

核内mRNA加工通路

真核细胞通过核膜分隔转录与翻译,为mRNA提供了独特的加工环境。新生pre-mRNA在转录过程中即被RNA结合蛋白(RBPs)包裹,形成信使核糖核蛋白复合体(mRNP),并通过5'端加帽、剪接和3'端多聚腺苷酸化等步骤逐步成熟。这一过程由TREX(转录-输出)复合物协调,其核心组分THO复合物作为支架,招募DEAD-box ATP酶Sub2/UAP56和适配蛋白Yra1/ALYREF,共同介导mRNP的组装与压缩。

成熟mRNP的结构奥秘

冷冻电镜显示,酵母mRNP呈不规则棒状结构(直径约12 nm),长度随转录本增大而增加。人类mRNP则更接近球形,表面覆盖TREX复合物"涂层"。Yra1/ALYREF通过带正电荷的无序区域促进RNA-RNA相互作用,而SR蛋白(如Gbp2)则像"守卫者"保护mRNP免受核酸酶攻击。值得注意的是,成熟mRNP中Yra1的化学计量远超TREX其他组分,暗示其存在独立结合途径。

输出活性mRNP的生成

多聚腺苷酸化终止是启动mRNP重塑的关键检查点。TREX2复合物通过其"触发环"结构域与Sub2/UAP56的RecA1域结合,诱导ATP酶构象变化,促使TREX组分解离。随后,转运因子Mex67-Mtr2/NXF1-NXT1通过带正电荷表面识别mRNA二级结构(如茎环),形成二聚体平台结合FG-核孔蛋白,克服NPC通道的物理屏障。

穿越核孔的分子舞蹈

Mex67-Mtr2/NXF1-NXT1介导mRNP在NPC通道中的双向布朗运动,而胞质面的Dbp5/DDX19B在Gle1和IP6激活下,通过ATP水解触发Mex67解离,形成防止核回流的"热棘轮"机制。这一过程确保能量仅用于定向运输,而非直接推动mRNP移动。

未解之谜与未来方向

尽管核心机制已阐明,mRNA构象如何影响RBP结合、TREX2与TREX2-1复合物的功能分化,以及加工完成信号的精确识别仍是待解难题。对mRNP异质性和DEAD-box ATP酶重塑机制的深入解析,将为基因表达调控提供新视角。

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