Сплайсосома

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

Основная статья: Альтернативный сплайсинг

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

Основная статья: Сплайсинг

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

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

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

• 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.

	Сплайсосома на Викискладе?