Сплайсосома

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Один из белков сплайсосомы, присоединённый к участку РНК. Разные домены белка выделены различными цветами, РНК — вертикальная молекула в правой части рисунка

Сплайсосома — структура, состоящая из молекул РНК и белков и осуществляющая удаление некодирующих последовательностей (интронов) из предшественников мРНК. Этот процесс называется сплайсингом (от 'англ.' splicing — сращивание). Сплайсосому составляют пять малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП) и некоторое количество дополнительных белковых факторов.

Содержащиеся в сплайсосоме мяРНП называются U1, U2, U4, U5 и U6. Они участвуют во многих взаимодействиях между молекулами РНК, а также между РНК и белками.

РНК-часть мяРНП богата уридином.

В общем случае сборка сплайсосомы происходит заново для каждой мРНК-предшественника. Немаловажная роль в этом принадлежит 5'-кэпу. Молекула пре-мРНК обязательно содержит специфические фрагменты последовательности, распознаваемые во время сборки сплайсосомы. Это 5'-конец, последовательность точки ветвления, полипиримидиновый участок и 3'-конец.

Сплайсосома катализирует удаление промежуточных последовательностей и соединение соседних экзонов. Интроны обычно определяются по наличию последовательности GU на 5'-конце и последовательности AG на 3'-конце. 3'-конец может быть также определен по цепочке полипиримидинов различной длины, называемой полипиримидиновым трактом (ППТ). ППТ выполняют функцию связывания факторов с 3'-концом, а также, возможно, связывания факторов с последовательностью точки ветвления (ПТВ). ПТВ, в свою очередь, содержит много аденозина, требуемого для начала сплайсинга.

Группа менее распространенных мяРНП — U11, U12, U4atac и U6atac — входит вместе с U5 в состав малой сплайсосомы, выполняющей сплайсинг редких интронов пре-мРНК, называемых интронами типа U12.

Альтернативный сплайсинг[править | править вики-текст]

Альтернативный сплайсинг представляет собой процесс рекомбинации разных экзонов и считается основным источником генетического многообразия у эукариот. Благодаря наличию альтернативных форм сплайсинга геном человека и других организмов содержит относительно небольшое количество генов. В течение многих лет количество генов в геноме человека оценивали по-разному, вплоть до 100 000[1] однако, после завершения проекта "Геном человека" показано наличие лишь около 28000 генов. С другой стороны, один из генов дрозофилы может давать до 38000 различных мРНК в результате альтернативного сплайсинга.[2]

Сплайсинг РНК[править | править вики-текст]

Работа Шарпа и Робертса, опубликованная в 1977 году, показала, что гены высших организмов «рассеяны», то есть хранятся в нескольких различных участках ДНК[3][4]. Кодирующие отрезки гена перемежаются с некодирующей ДНК, которая не используется при экспрессии белков. «Рассеянная» структура гена была обнаружена, когда аденовирусная мРНК была скрещена с фрагментами моноспирали ДНК, оставшимися после воздействия эндонуклеазы.[3]. После такого скрещивания выяснилось, что мРНК-участки этих гибридных молекул мРНК-ДНК содержат 5'- и 3'-концы участков, не обладающие водородными связями. Более длинные отрезки ДНК при гибридизации закольцовывались и образовывали ответвления. Стало ясно, что эти закольцованные участки, содержащие ненужные последовательности, извлекаются из пре-мРНК в результате процесса, который и был назван «сплайсингом». Впоследствии было также выяснено, что рассеянная структура крайне широко распространена у эукариотических генов.

Сборка сплайсосомы[править | править вики-текст]

Каноническая модель формирования активной области сплайсосомы представляет собой упорядоченный пошаговый процесс соединения единиц мяРНП на подложке пре-мРНК. Во время первичного распознавания пре-мРНК происходит связывание мяРНП U1 с 5'-стыком пре-мРНК, а также формирование из других белковых факторов фиксационного комплекса или раннего комплекса (Е-комплекса) для млекопитающих[5][6]. Фиксационный комплекс — АТФ-независимое образование, удерживающее пре-мРНК для осуществления сплайсинга[7].

Малый ядерный рибонуклеопротеин U2 связывается с областью ветвления за счет взаимодействия с компонентом Е-комплекса U2АF (вспомогательным фактором мяРНП U2) и, возможно, с U1. В результате АТФ-зависимой реакции U2 образует прочную связь с последовательностью точки ветвления (ПТВ), тем самым формируя комплекс А. Двойная связь между U2 и областью ветвления пре-мРНК вытягивает аденозин из ответвляющейся цепочки[8]. Присутствие же в U2 псевдоуридиновых остатков практически напротив области ветвления приводит к изменению конфигурации связей РНК-РНК во время связывания с U2. Эти изменения структуры, вызванные псевдоуридином, помещает 2'-OH-группу вытянутого аденозина в положение, позволяющее совершить первый шаг сплайсинга[9].

U4, U5 и U6, соединяющиеся с образованием более крупного тройственного мяРНП, связываются с собираемой сплайсосомой и формируют комплекс В, который после некотороых промежуточных перегруппировок субъединиц превращается в комплекс С — собственно сплайсосому, которая приступает к катализу сплайсинга[10][11].

Неясно, каким образом тройственный мяРНП U4-U5-U6 связывается с комплексом А. Этот процесс может опосредоваться взаимодействием между белками, равно как и взаимодействиями между нуклеотидами мяРНК, входящих в состав U2 и U6.

U5 взаимодействует с последовательностями на 5'- и 3'-концах сплайсингового участка за счет инвариантной петли мяРНК, входящей в его состав [12]. Белковые компоненты U5 взаимодействуют с 3'-регионом сплайсингового участка[13].

После связывания с тройственным мяРНП и перед началом сплайсинга в сплайсосоме происходит множество изменений конфигурации связей РНК-РНК. Эти изменения продолжаются и в уже начавшей работу сплайсосоме. Многие взаимодействия между РНК являются взаимоисключающими, однако до сих пор неясно, что вызывает эти взаимодействия и благодаря чему соблюдается их порядок.

Первое преобразование — это, возможно, смещение U1 с 5’-конца сплайсингового участка и возникновение там связи с U6. Известно, что U1 слабо связан с действующей сплайсосомой[14], а также является ингибитором для образования связи между U6 и 5'-концом (показано на примере короткой цепочки РНК, содержащей 5'-экзон и 5'-конец сплайсингового участка[15]).

Связывание U2 с ПТВ — еще один пример взаимодействия между РНК, возникающего на месте взаимодействия между РНК и белками. При связывании U2 со сплайсосомой, белок Е-комплекса SF1, связывающийся с участком ветвления, вытесняется, так как наличие U2 исключает его связывание с этим участком. Внутри самого U2 также происходят некоторые взаимоисключающие переконфигурации. Например, в его активной форме, возникает шпилька IIа, а неактивной же форме доминирует взаимодействие между шпилькой и последующим участком цепи[11].

Неясно, за счет чего U4 отделяется от U6. Считается, что в сборке сплайсосомы участвует несколько хеликаз, которые могут раскручивать РНК в связке U4-U6 и таким образом упрощать формирование связи U2-U6.

Связи между шпильками I и II в мяРНП U4 и U6 разрываются, и освободившийся участок шпильки II U6 сворачивается сам на себя с образованием внутримолекулярной шпильки. После этого потребность в U4 отпадает. Освободившийся участок шпильки I U6 связывается с мяРНК U2 с образованием U2-U6-спирали I. Структура спирали I, однако, взаимоисключающа с 3'-половиной участка внутренней 5’-шпильки мяРНК U2.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Smaglik, P. (2000). «Researchers take a gamble on the human genome.». Nature 405 (6784): 264. DOI:10.1038/35012771. PMID 10830930.
  2. Schmucker, D.; Clemens, J.C.; Shu, H.; Worby, C.A.; Xiao, J.; Muda, M.; Dixon, J.E.; Zipursky, S.L. (2000). «Drosophila Dscam Is an Axon Guidance Receptor Exhibiting Extraordinary Molecular Diversity». Cell 101 (6): 671–684. DOI:10.1016/S0092-8674(00)80878-8. PMID 10892653.
  3. 1 2 Berget et al., 1977
  4. Chow et al., 1977
  5. Jamison et al., 1992
  6. Seraphin and Rosbash, 1989
  7. Legrain et al., 1988
  8. Query et al., 1994
  9. Newby and Greenbaum, 2002
  10. Burge et al., 1999
  11. 1 2 Staley and Guthrie, 1998
  12. Newman et al., 1995
  13. Chiara et al., 1997
  14. Moore et al., 1993
  15. Konforti et al., 1993

Литература[править | править вики-текст]

  • Chapter 12, pp 311 7th ed, Vishal.
  • Alberts, Bruce. Bray, Dennis. Hookin, Karen. Johnson, Alexander, Lewis, Julian, Raff, Martin, Roberts, Keith. Walter, Peter. essential cell biology Second edition, GS Garland Science, Taylor & Francis Group, NEW YORK AND LONDON.
  • Nilsen T (2003). «The spliceosome: the most complex macromolecular machine in the cell?». Bioessays 25 (12): 1147-9. PMID 14635248.
  • Cvitkovic, I., & Jurica, M. S. (2013) Spliceosome Database: a tool for tracking components of the spliceosome. Nucleic acids research, 41(D1), D132-D141.