FMRP ima raznolik niz funkcija u različitim područjima neurona; međutim ove funkcije nisu u potpunosti okarakterizirane. Predloženo je da FMRP ima ulogu u nukleocitoplazmatskoj translaciji iRNK, lokalizaciji dendritske iRNL i sintezu peroteina u sinapsama.[9] Studije sindoma fragilnog X značajno su pomogle u razumijevanju funkcionalnosti FMRP-a pomoću uočenih efekata gubitka FMRP-a na neurone. Mišji model mentalne retardacije zbog fragilnog X implicirao je dokazao uključenost FMRP-a u plastičnost sinapse..[10] Sinapsna plastičnost zahtijeva proizvodnju novih proteina, kao odgovor na aktivaciju sinapsnih receptora. Pretpostavlja se da proizvodnja proteina kao odgovor na stimulaciju omogućava trajne fizičke promjene i promijenjene sinapsne veze povezane s procesima učenja i pamćenja.
U plasičnosti sinapsi ovisnoj o FMRP važnu ulogu imao je metabotropni glutamatni receptor 1. grupe signalizacije (mGluR). Post-sinapsna mGluR stimulacija rezultira pojačanom regulacijom sinteze proteina kroz sistem drugog glasnika.[11] O ulozi mGluR-a u plastičnosti sinapsi dodatno svjedoči promatranje izduženja dendritske bodlje nakon stimulacije.[12] Nadalje, aktivacija mGluR rezultira sintezom FMRP blizu sinapsi. Proizvedeni FMRP povezuje se sa poliribosomskim kompleksima, nakon stimulacije mGluR-om, eksprimirajući uključivanje proteina mentalne retardacije fragilnog X u procesu translacije. Ovo dalje podržava ulogu FMRP-a u sintezi proteina i rastu sinapsnih veza.[13] Gubitak FMRP-a rezultira abnormalnim fenotipom dendrita. Konkretno, delecija gena FMR1 u uzorku miševa rezultirala je povećanjem broja sinapsnik kićmi.[14]
Uloga u translaciji
Predloženi mehanizam efekta FMRP-a na plastičnost sinapsi je kroz njegovu ulogu negativnog regulatora translacije. FMRP je protein koji veže RNK i povezuje se sa poliribosomima.[13][15] > Sposobnosti FMRP-a da vežu za RNK zavise od njegovih KH domena i RGG polja. KH domen je konzervirani motiv, koji karakterizira mnoge RNA-vezujuće proteine. Mutageneza ovog domena rezultirala je poremećenim vezivanjem FMRP-a za RNK.[16]
Pokazano je da FMRP inhibira translajiju iRNK. Mutacija FMRP proteina rezultirala je nemogućnošću suzbijanja translacije za razliku od divljeg tipa, koji je to mogao učiniti.[17] Kao što je prethodno pomenuto, stimulacija mGluR povezana je s povećanim nivoom FMRP proteina. Pored toga, stimulacija mGluR rezultira povećanim nivoom FMRP ciljanih iRNK. Studija je pokazala da su bazni nivoi proteina kodirani ovim ciljnim iRNK značajno povišeni i nepravilno regulirani kod miševa s nedostatkom FMRP-a .[18]
Represija pri translaciji FMRP djeluje tako što inhibira pokretanje translacije. FMRP izravno veže CYFIP1, što zauzvrat veže faktor inicijacije prevođenja eIF4E. Kompleks FMRP-CYFIP1 sprečava inicijaciju ovisnu o eIF4E, djelujući tako na represiju translacije.[19] Kada se primijeni na uočeni fenotip kod sindroma fragilnog X, višak nivoa proteina i smanjenje translaciijke kontrole mogu se objasniti gubitkom represije translacije FMRP-om kod sinroma fragilnog X.[19][20] FMRP deluje na kontrolu translacije velike grupe ciljnih iRNK; međutim opseg translacijske kontrole FMRP-a je nepoznat. Pokazalo se da protein potiskuje prevođenje ciljanih iRNK u sinapsama, uključujući one koji kodiraju citoskeletne proteine Arc / Arg3.1 i MAP1B, te CaM kinazu II.[21] Pored toga, FMRP veže PSD-95 i GluR1/2 iRNK. Važno je da ove FMRP-vezujuće iRNK imaju značajnu ulogu u plastičnosti neurona.
Pokazalo se da je translacijska kontrola FMRP regulirana mGluR-signalizacijom. Stimulacija mGluR može rezultirati transportom iRNK kompleksa u sinapse za lokalnu sintezu proteina. Pritom se FMRP granule lokaliziraju sa MAP1B iRNK i rRNK u dendritima, što sugerira da će ovaj kompleks u cjelini možda trebati transportirati u dendrite za lokalnu sintezu proteina. Pored toga, utvrđeno je da su za mGluR-zavisnu translokaciju FMRP-a u dendrite neophodne i mikrotubule
FMRP može imati dodatnu ulogu u lokalnoj sintezi proteina, pomažući u povezivanju tereta iRNK i mikrotubula.[22] Dakle, FMRP je u stanju da reguliše efikasnost transporta, kao i potiskivanje prevođenja tokom transporta. Konačno, FMRP sinteza, ubikvitinacija i proteoliza brzo se javljaju kao odgovor na mGluR signalizaciju, što sugerira izuzetno dinamičnu ulogu translacijskog regulatora.
Ekspresija gena
Gen FMR1 nalazi se na X hromosomu i sadrži ponavljajući CGG trinukleotid. Kod većine ljudi, segment CGG se ponovi približno 5-44 puta. Veći broj ponavljajućih segmenta CGG povezan je sa oštećenom kognitivnom i reproduktivnom funkcijom. Ako osoba ima 45-54 ponavljanja, to se smatra "sivom zonom" ili graničnim rizikom, 55-200 ponavljanja naziva se predmutacijom, a više od 200 ponavljanja – punom mutacijom gena FMR1, prema Američkom koledžu za medicinsku genetiku i genomiku.[23] Prva kompletna sekvence ponavljajućeg širenja DNK kod nekoga sa potpunom mutacijom dobijena je 2012., pomoću SMART sekvenciranja.[24] Ovo je primjer poremećaja ponavljanja trinukleotida. Ekspanzija trinukleotidnog ponavljanja vjerovatno je posljedica proklizavanja niti tokom popravki ili replikacije DNK.[25]
Gen FMR1 nalazi se na dugom (q) kraku X hromosoma, na položaju 27.3, od baznog para 146,699.054 do para 146,738.156
Vezane promjene
Sindrom fragilnog X
Gotovo svi slučajevi sindroma fragilnog X-a su uzrokovani ekspanzijom CGG trinukleotidnog ponavljanja u genu FMR1. U tim slučajevima, CGG se abnormalno ponavlja od 200 do više od 1.000 puta. Kao rezultat, ovaj dio gena FMR1 je metiliran, što utišava gen (isključen je i ne stvara nikakve proteine). Bez odgovarajućeg FMR1, mogu se razviti teške smetnje u učenju ili intelektualne smetnje, zajedno sa fizičkim abnormalnostima.
Manje od 1% svih slučajeva sindroma fragilnog X uzrokuju mutacije koji deletiraju dio ili cijeli gen FMR1 ili mijenjaju bazni par, što dovodi do promjene jedne od mutiranihaminokiselina u genu (tačkasta mutacija). Ove mutacije remete trodimenzijski oblik FMRP-a ili sprečavaju sintezu proteina, što dovodi do znakova i simptomansindroma fragilnog X .
Sekvenca CGG u genu FMR1 koja se ponavlja između 55 i 200 puta opisana je kao predmutacija. Iako je većina osoba s premutacijom intelektualno normalna, neke od njih imaju blage verzije fizičkih karakteristika koje se vide kod sindroma krhkog X (poput istaknutih ušiju), a mogu imati i mentalnih problema, poput anksioznosti ili depresije.
Gen FMR1 ima vrlo važnu ulogu u funkciji jajnika, neovisno o kognitivnim/nervnim efektima. Manja proširenja ponavljanja CGG koja ne uzrokuju sindrom fragilnog X povezani su s povećanim rizikom za prerano starenje jajnika, koji se naziva i okultnom primarnom insuficijencijom jajnika, stanjem u kojem žene prerano iscrpljuju funkciju jajnika.[28][29][30]
Sindrom policistnih jajnika
Utvrđeno je da je vrlo specifičan pod-genotip FMR1 povezan sa sindromom višecistnih jajnika (PCOS). Ekspresija gena, koja se naziva heterozigotno-normalna/niska, može prouzrokovati prekomjernu aktivnost folikula nalik PCOS-u i hiperaktivnu funkciju jajnika mlađih žena.
^"Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
^"Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
^Verkerk AJ, Pieretti M, Sutcliffe JS, Fu YH, Kuhl DP, Pizzuti A, Reiner O, Richards S, Victoria MF, Zhang FP (maj 1991). "Identification of a gene (FMR-1) containing a CGG repeat coincident with a breakpoint cluster region exhibiting length variation in fragile X syndrome". Cell. 65 (5): 905–14. doi:10.1016/0092-8674(91)90397-H. PMID1710175.
^Siomi H, Choi M, Siomi MC, Nussbaum RL, Dreyfuss G (april 1994). "Essential role for KH domains in RNA binding: impaired RNA binding by a mutation in the KH domain of FMR1 that causes fragile X syndrome". Cell. 77 (1): 33–9. doi:10.1016/0092-8674(94)90232-1. PMID8156595.
^Laggerbauer B, Ostareck D, Keidel EM, Ostareck-Lederer A, Fischer U (februar 2001). "Evidence that fragile X mental retardation protein is a negative regulator of translation". Human Molecular Genetics. 10 (4): 329–38. doi:10.1093/hmg/10.4.329. PMID11157796.
^Hou L, Antion MD, Hu D, Spencer CM, Paylor R, Klann E (august 2006). "Dynamic translational and proteasomal regulation of fragile X mental retardation protein controls mGluR-dependent long-term depression". Neuron. 51 (4): 441–54. doi:10.1016/j.neuron.2006.07.005. PMID16908410.
^ abNapoli I, Mercaldo V, Boyl PP, Eleuteri B, Zalfa F, De Rubeis S, Di Marino D, Mohr E, Massimi M, Falconi M, Witke W, Costa-Mattioli M, Sonenberg N, Achsel T, Bagni C (septembar 2008). "The fragile X syndrome protein represses activity-dependent translation through CYFIP1, a new 4E-BP". Cell. 134 (6): 1042–54. doi:10.1016/j.cell.2008.07.031. PMID18805096.
^Zalfa F, Giorgi M, Primerano B, Moro A, Di Penta A, Reis S, Oostra B, Bagni C (februar 2003). "The fragile X syndrome protein FMRP associates with BC1 RNA and regulates the translation of specific mRNAs at synapses". Cell. 112 (3): 317–27. doi:10.1016/S0092-8674(03)00079-5. PMID12581522.
^Estes PS, O'Shea M, Clasen S, Zarnescu DC (oktobar 2008). "Fragile X protein controls the efficacy of mRNA transport in Drosophila neurons". Molecular and Cellular Neurosciences. 39 (2): 170–9. doi:10.1016/j.mcn.2008.06.012. PMID18655836.
^Streuli I, Fraisse T, Ibecheole V, Moix I, Morris MA, de Ziegler D (august 2009). "Intermediate and premutation FMR1 alleles in women with occult primary ovarian insufficiency". Fertility and Sterility. 92 (2): 464–70. doi:10.1016/j.fertnstert.2008.07.007. PMID18973899.
Jin P, Alisch RS, Warren ST (novembar 2004). "RNA and microRNAs in fragile X mental retardation". Nature Cell Biology. 6 (11): 1048–53. doi:10.1038/ncb1104-1048. PMID15516998.
