Сплайсосома — структура, состоящая из молекул РНК и белков и осуществляет удаление некодирующих последовательностей (интронов) из предшественников мРНК при процессинга РНК. Этот процесс называется сплайсингом (от англ. Splicing — сращение, стыковки). Сплайсосому составляют пять малых ядерных рибонуклеопротеинив (мяРНП, в их состав входят мяРНК) и некоторое количество дополнительных белковых факторов.

мяРНП, содержащиеся в сплайсосома, называются U1, U2, U4, U5 и U6. Они участвуют во многих взаимодействиях между молекулами РНК, а также между РНК и белками. РНК-часть мяРНП богатая урацилом.

В общем случае сборка сплайсосома происходит заново для каждого мРНК-предшественника (пре-мРНК). Молекула пре-мРНК обязательно содержит специфические фрагменты последовательности, которые распознаются при сборке сплайсосома. Это 5'-конец, последовательность точки ответвления полипиримидинова участок и 3'-конец.

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

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

Сплайсинг РНК

Работа Шарпа и Робертса, опубликованная в 1977 году, показала, что гены высших организмов «рассеяны», то есть сохраняются в нескольких различных участках ДНК. Кодирующие отрезки гена перемежаются с некодирующей ДНК, которая не используется при экспрессии генов. «Рассеянная» структура гена была обнаружена, когда аденовирусная мРНК была скрещенная с фрагментами моноспирали ДНК, оставшейся после действия эндонуклеазы. После такого скрещивания выяснилось, что мРНК-участки этих гибридных молекул мРНК-ДНК содержат 5'- и 3'-конце участков, не имели воднемих связей. Длиннее отрезки ДНК при гибридизации закильцевувалися и образовывали ответвления. Стало ясно, что эти закилецовани участки, содержащие ненужные последовательности, извлекаются из пре-мРНК в результате процесса, который и был назван «сплайсингом». Впоследствии было также выяснено, что такая рассеянная структура крайне широко распространена среди эукариотических генов.

Альтернативный сплайсинг, во время которого происходит рекомбинация екзонов — главный источник генетического разнообразия у эукариот. Переменном сращиванию обычно приписывалась роль причины малого количества генов в геноме человека. Оценка их количества на протяжении многих лет менялась, максимальная же количество прогнозировалась на уровне 100 000. Однако благодаря проекту генома человека (англ. Human Genome Project) стало известно, что их количество близко к 30 000.

Сборник сплайсосома

Каноническая модель формирования активной области сплайсосома является упорядоченным пошаговым процессом соединения единиц мяРНП на подложке пре-мРНК. Во время первичного распознавания пре-мРНК происходит связывание мярРНП U1 с 5'-стыком пре-мРНК, а также формирование из других белковых факторов фиксационного комплекса или раннего комплекса (Е-комплекса) для млекопитающих. Фиксационный комплекс — АТФ-независимая формация, удерживает пре-мРНК для осуществления сплайсинга.

Малый ядерный рибонуклеопротеин U2 связывается с областью ответвления за счет взаимодействия с компонентом Е-комплекса U2AF (вспомогательным фактором мяРНП U2) и, возможно, с U1. В результате АТФ-зависимой реакции U2 образует прочную связь с последовательностью точки ответвления (ПТВ), тем самым формируя комплекс А. Двойная связь между U2 и областью ответвления пре-мРНК вытягивает аденин с цепочки, ответвляется. Присутствие в U2 псевдоуридинових остатков практически напротив области ответвления приводит к изменению конфигурации связей РНК-РНК при связывания с U2. Эти изменения структуры, вызванные псевдоуридин, помещают 2-OH-группу вытянутого аденина в положение, позволяющее сделать первый шаг сплайсинга.

U4, U5 и U6, которые связываются с образованием большого тройного мяРНП, связываются с сплайсосома, что собирается, и формируют комплекс В, который после некоторых промежуточных перегруповувань субъединиц превращается в комплекс C — собственно сплайсосому, которая приступает к катализа сплайсинга.

Неясно, каким образом тройной мяРНП U4-U5-U6 связывается с комплексом А. Этот процесс может быть опосередуваним взаимодействием между белками, так же как и взаимодействиями между нуклеотидами мяРНК, входящих в состав U2 и U6.

U5 взаимодействует с последовательностями на 5'- и 3'-концах сплайсинговои участка за счет инвариантной петли мяРНК, что входит в его состав. Белковые компоненты U5 взаимодействуют с 3-регионом сплайсинговои участка.

После связывания с тройным мяРНП и перед началом сплайсинга в сплайсосома происходит множество изменений конфигурации связей РНК-РНК. Эти изменения продолжаются сплайсосома, что уже начала работу. Многие взаимодействий 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 сплайсинговои участка и возникновения там связи с U6. Известно, что U1 слабо связан с тем, что действует сплайсосома, а также является ингибитором для образования связи между U6 и 5-концом (показано на примере короткой цепочки РНК, 5-экзон, содержащий, и 5-конец сплайсинговои участка).

Связывание U2 с ПТВ — еще один пример взаимодействия между РНК и белками. При связывании U2 с сплайсосома, белок Е-комплекса SF1, что связывается с участком ответвления, вытесняется, поскольку наличие U2 исключает его связывание с этим участком. Внутри самого U2 также происходят некоторые взаимоисключающие изменения конфигурации. Например, в его активной форме, возникает шпилька IIa, а неактивной же форме доминирует взаимодействие между шпилькой и последующей участком цепочки.

Неясно, за счет чего U4 отделяется от U6. Считается, что в сборнике сплайсосома участвует несколько геликазы, 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 участок шпильки II U6 освободившуюся сворачивается сама на себе с образованием внутримолекулярной шпильки. После этого потребность в U4 отпадает. Участок шпильки I U6 освободившуюся связывается с мяРНК U2 с образованием U2-U6-спирали I. Структура спирали I, однако, взаимоисключающая с 3 'половиной участка внутренней 5'-шпильки мяРНК U2.

Изображения по теме

  • Сплайсосома