Niestabilne utajone transkrypty w mutantach egzorybonukleazy 5'-3' XRN3 Arabidopsis thaliana – ich biogeneza i znaczenie dla funkcjonowania komórki

Egzorybonukleazy pełnią rozliczne funkcje niezbędne do prawidłowego działania komórki, co sprawia, że najważniejsze z nich, takie jak białka XRN czy kompleks egzosomu, są silnie konserwowane u wszystkich organizmów eukariotycznych. Białka z rodziny XRN degradują RNA od końca 5' cząsteczki, a wszystkie zbadane Eukaryota posiadają co najmniej dwa jego paralogii: jeden zlokalizowany w cytoplazmie a drugi w jądrze komórkowym. W większości przypadków do funkcji jądrowego białka, oprócz roli w degradacji różnego typu cząsteczek RNA wspólnej z jego cytoplazmatycznym odpowiednikiem, należy także dojrzewanie ważnych strukturalnych RNA, a także udział w kotranskrypcyjnych procesach związanych z działaniem kompleksów polimeraz I i II (Pol II). Jednym z istotniejszych zadań tych białek jest terminacja transkrypcji Pol II, która zachodzi według mechanizmu torpedowo-allosterycznego. W modelowym organizmie roślinnym Arabidopsis thaliana występują dwa bardzo zbliżone do siebie sekwencją jądrowe białka XRN: AtXRN2 i AtXRN3, pełniące jednak w dużej mierze odmienne funkcje. W przeciwieństwie do AtXRN2, brak AtXRN3 jest letalny, co sugeruje jego podstawowe znaczenie dla działania komórki. Do tej pory ustalono jedynie nieliczne funkcje tego białka, ale wydaje się, że to nie ich zaburzenia wywołują śmierć embrionu roślinnego. W ramach tej pracy potwierdziłem funkcje egzorybonukleazy AtXRN3 w terminacji transkrypcji kompleksu Pol II. Na rolę te wskazują liczne obserwacje, z których najważniejszą jest akumulacja transkryptów nazwanych XAT (ang. XRN3-associated transcripts), pochodzących z rejonów bezpośrednio poniżej genów. Ich właściwości, takie jak poziom ekspresji zależny od ekspresji genu ich pochodzenia oraz budowa i położenie końców 5' i 3', wspierają hipotezę na temat ich powstawania w wyników defektu terminacji polimerazy. Oba końce cząsteczek XAT powstają prawdopodobnie przy udziale kompleksu cięcia i poliadenylacji, gdyż w większości przypadków transkrypty te są pozbawione struktury kapu i są adenylowane. Rola AtXRN3 w terminacji transkrypcji znajduje potwierdzenie także we wzroście poziomu samego kompleksu Pol II poniżej genów generujących cząsteczki XAT. Transkrypty XAT są charakterystyczne dla roślin z obniżonym poziomem białka AtXRN3, natomiast nie gromadzą się w mutantach innych nukleaz XRN, ani innych zbadanych czynników związanych z degradacją RNA. Jednak ich niska stabilność, obecność frakcji cząsteczek niepoliadenylowanych oraz częściowa heterogenność położenia końca 5' sugeruje, że są one wydajnie usuwane komórki przy udziale różnych ścieżek. Brak AtXRN3 powoduje także zmiany poziomu mRNA licznych genów, co może być spowodowane transkrypcją XAT, prawdopodobnie poprzez wpływ na wiązanie inicjacyjnych kompleksów Pol II. Stanowiłoby to ciekawy przykład regulacji ekspresji genów przez niekodujące transkrypty, być może mający także znaczenie fizjologiczne, gdyż istnieją przesłanki, że w pewnych warunkach cząsteczki XAT prawdopodobnie mogą gromadzić się w komórce.