Назад

ⓘ Сплайсинг




Сплайсинг
                                     

ⓘ Сплайсинг

Сплайсинг - процесс вырезания определённых нуклеотидных последовательностей из молекул РНК и соединения последовательностей, сохраняющихся в "зрелой" молекуле, в ходе процессинга РНК. Наиболее часто этот процесс встречается при созревании матричной, или информационной, РНК у эукариот, при этом путём биохимических реакций с участием РНК и белков из мРНК удаляются участки, не кодирующие белок и соединяются друг с другом кодирующие аминокислотную последовательность участки - экзоны. Таким образом незрелая пре-мРНК превращается в зрелую мРНК, с которой считываются белки клетки. Большинство генов прокариот, кодирующих белки, не имеют интронов, поэтому у них сплайсинг пре-мРНК встречается редко. У представителей эукариот, бактерий и архей встречается также сплайсинг транспортных РНК и других некодирующих РНК.

                                     

1. Введение

Работа Шарпа и Робертса, опубликованная в 1977 году, показала, что гены высших организмов имеют "прерывистую" структуру: кодирующие отрезки гена перемежаются с некодирующей ДНК, которая не используется при экспрессии генов. "Прерывистая" структура гена была обнаружена, когда аденовирусная мРНК была гибридизована с фрагментами одиночной цепи ДНК. В результате выяснилось, что мРНК-участки этих гибридных двухцепочечных 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 прерывистая структура крайне широко распространена у эукариотических генов.

                                     

2. Варианты сплайсинга

В природе обнаружены несколько вариантов сплайсинга. Какой из них будет проходить в каждом случае, зависит от структуры интрона и катализатора, необходимого для реакции.

                                     

3. Сплайсосомные интроны

Сплайсосомные интроны часто находятся в генах, кодирующих белки. Для сплайсинга необходимо наличие специальных 3- и 5-последовательностей. Важная роль в защите 5-конца мРНК от деградации экзонуклеазами принадлежит 5-кэпу. Сплайсинг катализируется сплайсосомой - большим комплексом, состоящим из РНК и белков и включающим пять малых ядерных рибонуклеопротеидов мяРНП. РНК-составляющая мяРНП взаимодействует с интроном и, возможно, участвует в катализе. Обнаружены два типа сплайсосом главная и дополнительная, отличающиеся по входящим в их состав мяРНП.

Главная сплайсосома принимает участие в сплайсинге интронов, содержащих гуанин и урацил GU в 5-сайте, и аденин и гуанин AG в 3-сплайсинг-сайте. Она состоит из мяРНП: U1, U2, U4, U5 и U6.

                                     

4. Альтернативный сплайсинг

Пре-мРНК некоторых генов эукариот могут подвергаться альтернативному сплайсингу. При этом интроны в составе пре-мРНК вырезаются в разных альтернативных комбинациях, при которых вырезаются и некоторые экзоны. Разные варианты альтернативного сплайсинга одной пре-мРНК могут осуществляться в разные периоды развития организма или в разных тканях, а также у разных особей одного вида. Некоторые из продуктов альтернативного сплайсинга пре-мРНК нефункциональны такой вариант альтернативного сплайсинга осуществляется у дрозофилы при определении пола, но нередко в результате альтернативного сплайсинга пре-мРНК одного гена образуются многочисленные мРНК и их белковые продукты.

Показано, что у человека 94 % генов подвержено альтернативному сплайсингу у остальных 6 % генов нет интронов. Геном круглого червя Caenorhabditis elegans по количеству генов практически не отличается от генома человека, однако альтернативному сплайсингу подвергаются пре-мРНК только 15 % генов. Таким образом, альтернативный сплайсинг позволяет увеличить разнообразие белковых продуктов генов, не увеличивая пропорционально этому размер генома, в том числе не создавая дополнительных копий генов. Биологический смысл альтернативного сплайсинга для многоклеточных эукариот состоит в том, что он, по-видимому, является ключевым механизмом увеличения разнообразия белков, а также позволяет осуществлять сложную систему регуляции экспрессии генов, в том числе тканеспецифической.