-
Функционирование митохондриального генома
-
Репликация
Митохондрии имеют систему репликации ДНК, сходную с таковой у прокариот, но имеющую свои особенности у разных организмов.
Репликация осуществляется с участием белков, кодируемых ядерной ДНК: митохондриальной ДНК-полимеразой (POLG), геликазой (Twinkle) и белком, связывающимся с ДНК (mtSSB). В настоящее время обсуждаются две возможные модели репликации мтДНК. Согласно одной из них, репликация происходит по традиционному асинхронному механизму, начинается в OH и двигается по тяжелой цепи вплоть до OL, после чего начинает реплицироваться легкая цепь в противоположном направлении. В альтернативной модели копирование также начинается в OH, однако синтез обеих цепей происходит одновременно. Предполагается, что в зависимости от состояния клетки репликация может происходить по тому или иному механизму. В стационарной фазе роста мтДНК реплицируется, повидимому, по синхронному механизму, переключаясь на асинхронный, когда необходимо быстро увеличить число митохондрий [8]. При асинхронной репликации в начале процесса образуется D-петля. Эта структура, видимая в электронный микроскоп, состоит из двуцепочечного и одноцепочечного (отодвинутой части Н-цепи) участков. Двуцепочечный участок формируется частью L-цепи и комплементарным ей вновь синтезированным фрагментом ДНК длиной 450—650 (в зависимости от вида организма) нуклеотидов, имеющим на 5'-конце рибонуклеотидную затравку, которая соответствует точке начала синтеза Н-цепи (ОH). Синтез L-цепи начинается лишь тогда, когда дочерняя Н-цепь доходит до точки ОL. Это обусловлено тем, что область инициации репликации L-цепи доступна для ферментов синтеза ДНК лишь в одноцепочечном состоянии, а следовательно, только в расплетенной двойной спирали при синтезе Н-цепи. Таким образом, дочерние цепи мтДНК синтезируются непрерывно и асинхронно (рис.3) [10].
Рисунок 3- Схема репликации мтДНК млекопитающих
-
Транскрипция
Транскрипция митохондриального генома осуществляется митохондриальной РНК – полимеразой. Инициация транскрипции с HSP1 промотора дает начало короткой мРНК, включающей гены двух рРНК (12S и 16S) и двух тРНК (тРНК валина и фенилаланина). С промотора HSP2 инициируется синтез длинного полицистрона, включающего оставшуюся часть тяжелой цепи (12 мРНК и 11 тРНК) [9]. С LSP синтезируется полицистронная РНК, состоящая из восьми тРНК и одной мРНК, кодирующей субъединицу ND6. После транскрипции тРНК вырезаются из транскриптов при помощи специальных процессирующих РНКаз. Ключевой процесс в экспрессии митохондриальных мРНК - полиаденилирование, так как в ходе него для некоторых мРНК создаются стоп - кодоны (UAA), отсутствующие в пре - мРНК. 5'-концы этих мРНК не кэпируются, что необычно для эукариот. Сплайсинга не происходит, поскольку ни один из митохондриальных генов млекопитающих не содержит интронов. В число основных белков транскрипционной машины входят митохондриальная РНК - полимераза (POLRMT), митохондриальные факторы активации транскрипции A (TFAM), В1 (TFB1M) и В2 (TFB2M), а также фактор терминации транскрипции (mTERF). [8, 10].