5S рРНК

У прокаріотів, ген 5S рРНК розташований в опероні рРНК після генів що кодують малу і велику субодиницю рРНК. Ці гени ко-транскрибуються в один поліцистронний прекурсор.[3] Особливістю еукаріотичних ядерних геномів є наявність багатьох копій гену 5S рРНК (5S рДНК), які згруповані у тандемні повтори. Кількість копій варіюється у різних видів.[4][5] Еукаріотична 5S рРНК синтезується РНК-полімеразою III, тоді як інші еукаріотичні рРНК утворюється в процесі розрізання 45S прекурсору, який був транскрибований РНК-полімеразою I. В ооцитах Xenopus було показано, що домени типу «цинковий палець» 4-7 фактора транскрипції TFIIIA можуть зв'язуватися з центральною ділянкою 5S рРНК.[6][7] Взаємодія між 5S рРНК і TFIIIA одночасто зменшує транскрипцію генів 5S рРНК, а також стабілізує вже синтезовані транскрипти 5S рРНК до того моменту коли вони будуть використані для збірки рибосом.[8]

Вторинна структура 5S рРНК представлена п'ятьма спіральними ділянками (позначаються римськими цифрами I—V), чотирма петлями (B-E), та однією рухомою петлею (A), які всі разом утворюють Y-подібну тривимірну структуру. Петлі C і D розташовані на периферії, тоді як петлі B і E є внутрішніми.[4] Філогенетичні дослідження вказують на те що спіралі I та III є спорідненими.[9] Спіраль III містить два висококонсервативних аденозини.[10] Спіраль V, що містить шпилькоподібну структуру, бере участь у взаємодії з TFIIIA.[4]

Тривимірна структура 50S рибосомної субодиниці з Haloarcula marismortui, PDB 1FFK. Рибосомні білки показані бузковим кольором, 23S рРНК — помаранчевим, 5S рРНК — жовтим.[11] 5S рРНК разом з рибосомними білками L5 та L18 та доменом V субодиниці 23S утворюють центральний протруберанець (англ. central protuberance, CP).

За допомогою різноманітний методів, таких як кріо-електронна мікроскопія, хімічний кросс-лінкінг, а також рентгеноструктурний аналіз, фізичне розташування 5S рРНК в структурному контексті рибосоми було визначене з великою точністю. У бактерій та архей, велика рибосомна субодиниця складається з двох молекул РНК, 5S рРНК, а також іншої, більшої молекули РНК, відомої як 23S рРНК, які асоційовані з численними рибосомними білками.[3] У еукаріотів, велика рибосомна субодиниця містить 5S, 5.8S та 28S рРНК, а також велику кількість молекул білків.[12][13] Тривимірна будова великої субодиниці утворює відносно однорідну молекулярну поверхню, на якій виділяють три помітні топологічні елементи: протруберанець L1, центральний протруберанець, а також стебло L7/L12. Протруберанець L1 та стебло L7/L12 розташовані по боках центрального протруберанцю. 5S рРНК розташована в центральному протруберанці. Іншими складовими центрального протруберанцю є 23S рРНК (28S рРНК в еукаріотів) а також рибосомні білки L5, L18, L25, L27.[14]

Функції 5S рРНК вивчені ще не повнівстю. В Escherichia coli, делеція генів 5S рРНК знижує швидкість біосинтезу білків а також має більш виражений загальний негативний вплив на функціонування бактеріальної клітини ніж аналогічні делеції ідентичної кількості генів 16S і 23S  рРНК.[15] Кристалографічні дослідження вказують на те що 5S-рРНК-зв'язуючі білки а також інші білки у складі великого протруберанцю великої рибосомної субодиниці грають роль у взаємодії рибосоми з тРНК.[14] Окрім цього, переплетення 5S рРНК і 23S рРНК, завдяки яким утворюються пептидилтрансферазний і ГТФазний сайти, свідчать про те що 5S рРНК діє як медіатор між двома функціональними сайтами рибосоми, приймаючи роль у взаємодії між двома рибосомними субодиницями і взаємодіях рибосоми з тРНК.[14]

У еукаріотів, цитоплазматичні рибосоми формуються з чотирьох рибосомних РНК та більш ніж 80 рибосомних білків.[13][16] Після транскрипції, 3’ кінці 5S рРНК обробляються екзонуклеазами Rex1p, Rex2p, і Rex3p.[4] Субодиниці 60S та 40S експортуються з ядра в цитоплазму, де процес формування трансляційно-компетентної 80S рибосоми завершується. Точний етап біогенезу рибосоми під час якого відбувається вбудовування 5S рРНК залишається невизначеними,[4] але консесусною є точка зору, що 5S рРНК входить до складу 90S-частинки, яка є прекурсором 60S субодиниці; при цьому 5S рРНК існує у вигляді малого рибонуклеопротеїнового комплексу з рибосомним білком L5.[16]

Консенсусні вторинні структурні моделі 5S рРНК. Показані структури РНК з бактерій, архей, та ядер еукаріотів (A); з пластид (B); з мітохондрій (C). Літери та кола позначають консервативні та варіабельні нуклеотидні позиції, відповідно.

Трансляційний апарат мітохондрій і пластид (органели ендосимбіотичного бактеріального походження), порівняно з трансляційним апаратом бактерій, має багато спільних рис, але одночасно з цим має і суттєві відмінності. Геноми всіх органел без виключень кодують велику і малу субодиниці рибосоми, в той же час розповсюдження гену 5S рРНК (rrn5) є менш універсальним у різних організмів. Rrn5 присутній у геномах всіх пластид. Мітохондріальний rrn5 є тільки у рослин і малої кількості протистів.[20][21]

Порівняння класичної і альтернативної (бурі водорості) вторинних структур 5S рРНК.

Мітохондіральна 5S рРНК більшості гетероконтів демонструє широке розмаїття вторинних структур.[22] Найбільш незвичною є мітохондріальна 5S рРНК з бурих водоростей, в якої закриваюча спіраль I, яка мала б поєднувати 5′ і 3′ кінці молекули, замінена на шпильку (малюнок).

Мітохондріальні геноми тварин, грибів, авльвеолобіонтів і евгленових не мають гену 5S рРНК.[22] Центральний протруберанець в рибосомах цих організмів перебудований декількома способами. В грибних рибосомах, 5S рРНК замінена подовженою рРНК великої рибосомної субодиниці.[23] В кінетопластидах, центральний протруберанець мітохондріальних рибосом сформований еволюційно новими рибосомними білками.[24] Нарешті, мітохондріальні рибосоми тварин прилаштували спеціальну рибосомну тРНК на місце відсутньої 5S рРНК.[25][26]

• 50S рРНК
• Трансляція
• Рибосома