Fibrillarin ( eng. Fibrillarin, Fbl , se andra namn nedan ) är ett nukleolärt protein , hos människor kodas det av FBL -genen som ligger på den 19:e kromosomen [1] . Huvudfunktionen hos fibrillarin är att delta i transkriptionen och bearbetningen av rRNA , så det används ofta som en markör för aktiva nukleoler. Fibrillarin är ett metyltransferas , det vill säga det överför metylgruppen från S-adenosylmetionin till 2'- hydroxylgruppen av ribos i mål- RNA- molekylen . Dessutom förmedlar fibrillarin metylering av Gln105- glutaminresten i histon H2A . Proteiner som i struktur och funktion liknar fibrillarin har också hittats i archaea , som är prokaryoter och inte har nukleoler. Förhöjda fibrillarinnivåer finns i många cancerformer . Dessutom kan fibrillarin interagera med många virala proteiner [2] .
Namnet "fibrillarin" används för att hänvisa till flera proteiner i olika organismer , inklusive archaea, även om deras fibrillarin skiljer sig mycket från eukaryot fibrillarin . Det finns många synonymer för namnet fibrillarin i litteraturen, inklusive 34 kDa nukleolär sklerodermi-antigen , Dmel_CG9888, CG9888, Dmel\CG9888ri, GCR-6, GCR6, Pen59C5, fib, pen59C5, Fib , FblIB, FIB1,, FLRN, RNU3IP1, fibrillarin rRNA 2'- O - metyltransferas fibrillarin , NOP1, nop1, fibM, afib. Jästfibrillarin benämns ofta som NOP1, medan archaeal fibrillarin benämns aFIBs [2] .
Fibrillarin beskrevs först i kärnan i slemmögeln Physarum polycephalum 1977. Fibrillarin finns inte bara i eukaryoter, utan också i arkaea, och eftersom arkeor inte har en kärna antas det att arkaealt fibrillarins funktioner är något annorlunda än eukaryot fibrillarins. I cellerna i jästen Saccharomyces cerevisiae kan fibrillarin NOP1 som finns där ersättas utan att dessa celler skadas av fibrillarin från Arabidopsis thaliana- växten , grodan Xenopus laevis eller människor, men inte av fibrillarin från ciliatet Tetrahymena thermophila till den annorlunda strukturen hos den senares N-terminala domän ). De presenterade uppgifterna vittnar till förmån för det höga bevarandet av strukturen och funktionerna hos fibrillarin. GAR-domänen berikad med arginin och glycin har dock en låg bevarande av aminosyrasammansättningen , och när NOP1 ersätts med humant fibrillarin, X. laevis eller A. thaliana förändras parametrarna för nukleolus och tillväxten av jästceller fortfarande , så vissa funktioner hos fibrillarin i olika organismer verkar vara något olika [2] .
Konservatismen hos fibrillarins aminosyrasekvenser är olika i olika grupper av organismer. Växtfibrillarer (63% likhet mellan de mest avlägsna representanterna för gruppen) och ryggradsdjur (61%) uppvisar störst konservatism , medan fibrillarer från ryggradslösa djur , svampar och arkéer är minst konservativa (33, 27 respektive 20%) [2 ] .
Baserat på fylogenetiska data kan flera familjer av fibrillariner urskiljas, men än så länge finns det inte tillräckligt med biokemiska och genetiska data för en sådan uppdelning [2] .
Hos människor finns FBL -genen som kodar för fibrillarin på den 19:e kromosomen vid lokus 19q13.1 och innehåller 9 exoner [1] . Genen ligger på minussträngen och är 11962 baspar lång [3] .
Fibrillarin tillhör den Rossmann-faldiga SAM-familjen av metyltransferaser . Beroende på organismen kan molekylvikten för fibrillarin variera från 34 till 38 kDa . Hos människor består fibrillarin av 321 aminosyrarester och har en massa på 33784 Da [3] . Fibrillarin kan delas in i en N-terminal domän och en domän med metyltransferasaktivitet. I Arabidopsis thaliana är den N-terminala domänen uppdelad i två regioner: en glycin- och argininrik (GAR) domän med 77 aminosyrarester och en spacerregion med 61 aminosyrarester. GAR-domänen är involverad i interaktioner med olika cellulära och virala proteiner, och innehåller även en signal som håller proteinet i kärnan tillsammans med ett RNA-bindande motiv . GAR är inte en nödvändig domän för fibrillarinlokalisering i Cajal-kroppar , men hos människor och Arabidopsis thaliana är det absolut nödvändigt för proteinlokalisering till kärnan. GAR-domänen kan metyleras vid flera argininrester. Fibrillarin kan metyleras vid argininrester av PRMT1 -proteinet , med metylerade rester som står för 45 % av alla fibrillarinargininrester. Metylering kan främja den specifika bindningen av fibrillarin till vissa proteiner, såsom SMN1 . Hos människor interagerar GAR-domänen och spacerregionen med SF2A-p32-proteinet, och metyltransferasdomänen interagerar med PRMT5 [2] .
Metyltransferasdomänen är uppdelad i två regioner: R- eller centralregionen, som inkluderar 87 aminosyrarester, och en region med 95 aminosyrarester, berikad med a-helixar . Flera ställen krävs för att fibrillarin ska binda till RNA. För det första är detta GCVYAVCF-motivet beläget inuti R-regionen, för det andra sekvensen i R-regionen mellan aminosyraresterna 138 och 179, och för det tredje, sekvensen mellan aminosyraresterna 225 och 281, lokaliserad i den α-helixrika region . De två sista RNA-bindningsställena interagerar med olika RNA oberoende av varandra, och deletionen av en av dem påverkar inte fibrillarins förmåga att binda RNA negativt, men när dessa två ställen arbetar tillsammans uppträder en synergistisk effekt. Den C-terminala regionen av proteinet har en konserverad struktur bestående av 7 α-helixar och 7 β-sheets . Dessutom är S-adenosylmetionin-bindningsstället beläget i den C-terminala regionen, omgiven av tre konserverade aminosyrarester. Samma region interagerar med Nop56-proteinet [2] .
Överraskande nog är strukturen hos fibrillarin mycket konserverad i en rad organismer från arkea till människor. Emellertid saknar arkeala fibrillarins GAR-domänen och är därför kortare än eukaryota fibrillarins [2] .
Som noterats ovan, bland de posttranslationella modifieringarna , kan fibrillarin metyleras vid argininrester. Dessutom kan den fosforyleras vid Ser124- serinresten [4] .
Liksom många andra nukleära proteiner är fibrillarin ett mycket dynamiskt protein, förmodligen för att processen för bildning av ribosomala partiklar som det deltar i kräver hög rörlighet. Fibrillarin kan röra sig snabbt mellan nukleolerna och nukleoplasman och uppträder även i Cajal-kroppar. Det är möjligt att fibrillarin aktivt rör sig runt kärnan på jakt efter ett substrat för metylering [2] .
I cellcykelns interfas är fibrillarin lokaliserat i den täta fibrillära komponenten av nukleolen, och under övergången från G1 till G2-fasen kan dess koncentration fördubblas. I början av profasen börjar nukleolerna att demonteras, och fibrillarin, tillsammans med andra element av rRNA-bearbetning (pre-rRNA, nukleolin , små nukleolära RNA U3 och U4 ), flyttar till kromosomernas periferi, där den utgör en del av det perikromosomala höljet eller det perikromosomala utrymmet. Dessutom har fibrillarin noterats i cytoplasman hos celler som genomgår mitos , så det är möjligt att rRNA-bearbetningskomplex under mitos demonteras och bryts ned i cytoplasman. I telofas är fibrillarin redan sammansatt till rRNA-bearbetningskomplex i prenukleolära kroppar (PNB). PNB binder sedan till nukleolära organisatörer (NOR), där fibrillarin är en av de första rRNA-bearbetningsfaktorerna som överförs från PNB till NOR. Det har föreslagits att kinaser och fosfataser , som reglerar övergången från mitos till interfas , också kan reglera övergången av fibrillarin till NOR innan transkriptionen av rRNA ( pDNA ) -gener startar [2] .
Fibrillarin är direkt involverat i post-transkriptionell rRNA-bearbetning, i synnerhet pre-rRNA-klyvning, rRNA-metylering och ribosommontering. rRNA-metylering sker på mer än 100 platser med liten variation beroende på organismen. I archaea består metyleringskomplexet av proteinerna aFIB, Nop5 och L7Ae. I eukaryoter ersätter proteinerna Nop56 och Nop58 Nop5, och 15.5K-proteinet ersätter L7Ae. Den N-terminala domänen av Nop5 interagerar med aFIB, och den C-terminala domänen av Nop5 binder till L7Ae, och vid bindning till guide-RNA:t blir komplexet aktivt. I eukaryoter fungerar små nukleolära RNA som guide-RNA. Små nukleolära RNA som innehåller C/D-boxen deltar i rRNA-metylering. C-boxen, som är sekvensen RUGAUGA (R är purin ), är belägen nära 5'-änden av RNA:t och D-boxen (CUGA) är belägen nära 3'-änden. Det lilla nukleolära mål-RNA:t innehåller en sekvens av 10-21 nukleotider som är komplementära till mål-RNA:t, och metylering sker 5 nukleotider uppströms om D-boxen. Följande små RNA interagerar med fibrillarin: U3, U8, U13, U14, U60, x, y, snR3, snR4, snR8, snR9, snR10, snR11, snR30, snR189 och snR190. Av alla de många metyleringarna som sker under rRNA-bearbetning verkar ingen vara ansvarig för någon specialiserad funktion. Det eukaryota fibrillarinkomplexet med Nop56, Nop58, 15,5K och små nukleolära RNA har en massa på cirka 400 kDa. Fibrillarin kan inkluderas i dess sammansättning i form av en tetramer , som ändrar dess konformation för att metylera olika delar av rRNA. Nop56/58 spelar en viktig roll i placeringen av den katalytiska subenheten på mål-RNA:t, samtidigt som den interagerar med fibrillarin. Små nukleolära RNA fungerar som guider och definierar den direkta redigeringsplatsen [2] .
Det har visats att fibrillarin kan vara involverat i metyleringen av histon H2A vid glutaminresten Gln105 i jäst och Gln104 hos människor. Denna modifiering sker endast i nukleolen, där det finns en hög koncentration av fibrillarin. Detta är den första epigenetiska modifieringen av histoner, karakteristisk endast för nukleolen. Denna modifiering förhindrar bindning av FACT- kromatinombyggnadskomplexet och är karakteristisk för 35S rDNA-lokuset och har därför en epigenetisk effekt på RNA-polymeras I- promotorer [2] .
Rollen av fibrillarin-medierad metylering har undersökts i flercelliga organismer ( möss ) genom knockdown av motsvarande gen. Vildtypsfibrillarin ersattes av en form som saknade metyltransferas- och N-terminala domäner och således bestod av endast en GAR-domän. Embryon som var homozygota för denna form utvecklades inte på grund av många apoptoser , men heterozygoter hade inga abnormiteter. Dessutom har det visat sig att fibrillarin krävs för normal utveckling av zebrafisk , och i växter ledde minskningen av fibrillarinexpression genom RNA-interferens till utvecklingen av en dvärgfenotyp [2] .
Förutom de ovan nämnda proteinerna Nop56, Nop58 och 15.5K, som tillsammans med fibrillarin är involverade i rRNA-bearbetning, interagerar fibrillarin med många andra cellulära proteiner. Således interagerar proteinerna p32 och Nop52 med fibrillarin inte samtidigt, men förmodligen på samma ställen. p32 är involverad i regleringen av splitsning , och Nop52 är involverad i de sena stadierna av bildandet av 60S ribosomala subenheter. Eftersom båda proteinerna inte kan interagera med fibrillarin samtidigt, är det troligt att interaktionen mellan var och en av dem med fibrillarin är nödvändig vid ett visst stadium av ribosombiogenes . Fibrillarin kan interagera med RNA-helikas DDX5 [5] . I Cajal-kroppar kan fibrillarin interagera med proteinet Survival of Motor Neuron Protein (SMN ) . I växter är fibrillarin 2 en del av det RNA-polymeras II- medierade transkriptionsmediatorkomplexet och kan interagera med viktiga RNA-polymeras II- transkriptionsfaktorer såsom TFIIB [2] .
Vissa virus som har en nukleär fas i sina livscykler ( umbravirus , influensa A-virus , HIV och andra) interagerar med proteiner lokaliserade i Cajal-kroppar och nukleoler under deras replikation och transkription. Bland dessa proteiner finns fibrillarin, som rör sig mellan nukleolerna och Cajalkropparna. Till exempel interagerar fibrillarin med ORF3-proteinet som kodas av ett virus från gruppen umbravirus som infekterar växter. Fibrillarin interagerar direkt med sin argininrika domän med den lysinrika domänen av ORF3, vilket tillåter det virala proteinet att röra sig mellan nukleolen och Cajal-kroppen. Dessutom, under en virusinfektion, överförs fibrillarin till cytoplasman, där det deltar i bildandet av viruspartiklar [2] .
Vissa djurvirus interagerar också med fibrillarin . Till exempel hämmar det multifunktionella NS1-proteinet av influensa A-virus subtyp H3N2 bearbetningen av värdcells mRNA och förhindrar utvecklingen av ett antiviralt svar. NS1 binder till fibrillarin och nukleolin genom dess C-terminala nukleära/nukleolära lokaliseringssignal . Det antas att HIV Tat-protein interagerar med fibrillarin i komplex med U3 litet nukleolärt RNA och därigenom stör processen för pre-rRNA-mognad i nukleolerna. Detta i sin tur stör den vitala aktiviteten hos de drabbade cellerna och kan leda till apoptos. I andra virus, såsom det påssjuka-orsakande , interagerar nukleokapsidproteiner med fibrillarin under livscykeln [2] . Fibrillarin verkar spela en avgörande roll i livscykeln för henipavirus ett högpatogent fladdermusburet virus . I celler som saknar fibrillarin observerades signifikanta störningar i syntesen av RNA och proteiner från detta virus [6] .
Liksom andra nukleära proteiner är fibrillarin involverat i regleringen av celldelning och tillväxtprocesser; därför leder störningar i dess uttryck ofta till utveckling av cancer. Fibrillarin är en onkogen . Fibrillarinöveruttryck har observerats i human prostata intraepitelial neoplasi hos möss, som kan utvecklas till prostatacancer . När det gäller humant adenokarcinom är mängden fibrillarin relaterad till mängden Myc -protein , en väl studerad onkogen som kan interagera med fibrillarin. Ett överskott av fibrillarinexpression med en faktor två hittades i leukemi och lymfomceller av olika typer. Det har visats att p53 minskar fibrillarinexpression genom att interagera med intron 1-sekvensen i fibrillarin-genen. I bröstcancerceller leder en minskning av p53 till en ökad nivå av fibrillarinexpression, och detta ökar i sin tur mängden felmetylerat rRNA. Detta stör ribosomen och ökar uttrycket av onkogener genom IRES [2] .
Autoantikroppar mot fibrillarin finns hos cirka 8 % av patienter som lider av systemisk sklerodermi [1] [7] [8] .