Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 27
Текст из файла (страница 27)
В ходе процесса, называемого «сплайсинг», эти участки первичного транскрипта точно вырезаются, а соответствующие экзоны — сшиваются. Процесс протекает в ядре, затем сформировавшиеся молекулы мРНК выходят в цитоплазму, где и происходит их трансляция (рис. 39.9). До сих пор неизвестны точные механизмы безошибочного вырезания интронов и сшивания экзонов, транспорта РНК в цитоплазму.
Однако исследования последних лет дали много новой информации об этих процессах. Хотя последовательности нуклеотидов в интронах даже в пределах одного транскрипта очень гетерогенны, удается выявить консенсусную последовательность для каждого из двух участков соединения интронов с экзонами (сайтов сплайсинга) (рис. 39.10). Консенсусная последовательность сайтов сплайсиига на границе интрон — экзон не настолько Синтез и лрояессинх РОК Овапьбу мин О 1 2 3 4 6 6 7 8 9 1О т.п.н.
Ген 12 34 66 Первичный транскрипт РНК Б'~ 3'.Р 1у~А| Е-1 23 4 6 6 7 Ро!у)А) 1 232', 4!2 ~ 673 аав заза ет ! 283 азо Рис. 39.9. Расположение кодирующих и некодирующнх последовательностей (интронов) в структуре гена куриного овальбумина. На рисунке информационные сегменты„входящие в состав зрелой мРНК, пронумерованы и выделены черным цветом. Первичный транс крипт начинается левее 1.-экзона и заканчивается в 3'-нетранслируемой области за экзоном 7. В нижней части рисунка представлена структура зрелой мРНК; нид ней указаны номера экзонов, а под ней-— порядковые номера нуклеотидов, точка инициации трансляции и положение стоп-кодона.
Консенсуснь3е последовательности А А6)60АА60 ОУОУУУО СА6)6 С Б' Эюу«м — — И УРР— — -.РУЭк~" 3 уникальна, чтобы гарантировать ее строго специфическое расщепление исключительно за счет действия какой-либо специализированной эндонуклеазы. Прнсутствуюшая в значительных количествах малая ядерная РНК (РНК 1)1) содержит последовательность, комплементарную консенсусной последовательности сайта сплайсннга (рис. 39.11).
Кроме того, установлено, что молекулы Ш-РНК в эукариотическом ядре специфически связываются с определенными белковыми факторами. Такие РНК-белковые комплексы избирательно ассоциируются с 5'- и 3'- последовательностями сайтов сплайсинга в РНК. Антитела против 01-белкового комплекса ингибируют процесс вырезания интронов 1п уйго. Интересно, что у пациентов с аутоиммунным заболеванием †системн красной волчанкой— обнаружены антитела против некоторых специфических Ш-белковых комплексов. Как это связано непосредственно с самим заболеванием, пока неясно.
Недавно было установлено, что в процессе удаления интронов из молекул-предшественников мРНК образуется необычная петлеобра зная структура. Оказалось, что 5'-конец последовательности интрона соединяется 2' — 5'-фосфодиэфирной связью с аденилатом, расположенным на расстоянии 28 — 37 нуклеотидов от его 3'-конца.
Этот процесс и соответствуюшие структуры схематически представлены на рис. 39.12. Что касается загадки взаимоотношений гяРНК и соответствующих зрелых мРНК, то ее уже можно считать разгаданной. Гетерогенная ядерная РНК представляет собой первичные транскрипты плюс молекулы, находяшиеся на ранних стадиях процес- синга„которые после кэпирования, добавления ро1у А-хвоста и удаления интронов транспортируются в цитоплазму уже в форме зрелых мРНК.
Процессинг гяРНК является еше одной потенциальной точкой регуляции экспрессии генов. Так, была продемонстрирована возможность альтернативного сплайсинга для одного и того же первичного транскрипта. Например, мРНК а-амилазы из слюнных желез н из печени крысы отличаются друг от друга структурой 5'-концевых участков последовательности.
Остальные участки мРНК, включая коднруюшую область и сайт полнаденилирования,— идентичны. Дальнейший анализ показал, что для присоединения к одному и тому же «телу» мРНК двух различных кэпированных лидируюших после- Глава 39 90 Экзон а ... Экзон Ь 5'-конец гяРНК вЂ” д'Н- Ф 3'-конец гяРНК -"--"- - Й " „ Ц-6 6-А-С-11-У у „ ,5 О-,~ 11 Ь С-С-11-С-А-С ~.~-О-~, 1,. - О- - -.я,,-и Интрон в 6О А довательностей используются разные сайты сплайсинга. Другой пример альтернативного сплайсинга — образование молекул мРНК, кодирующих две тяжелые цепи иммуноглобулинов.
Одна молекула мРНК кодирует мембраносвязанную тяжелую цепь, а другая — секретируемую тяжелую цепь (см. гл. 41). Таким образом, сплайсинг необходим для формирования зрелых молекул мРНК и, кроме того, может использоваться в качестве одного из механизмов дифференциальной экспрессии генов. Как оказалось, по крайней мере одна из форм 11-талассемии, болезни„при которой заметно снижен уровень экспрессии одной из цепей гемоглобина, является результатом нуклеотидной замены иа границе интрон-экзон, что препятствует удалению интрона и ведет к снижению или полному подавлению синтеза р-цепи. Н "Ю Аа 1 ~, Матричные РНК (мРНК) Как упоминалось выше, молекулы мРНК млекопитающих содержат «кэпирукяцую» структуру на 5'- конце и в большинстве случаев полиаденилатный «хвост» на 3'-конце.
Кэпирующая структура добавляется к мРНК в ядре до переноса мРНК в цитоплазму. Структура ро1уА присоединяется к 3'-концу транскрипта либо в ядре, либо в цитоплазме. Вторичное метилирование молекулы мРНК, в том числе 2'-гидроксильных групп и атомов 1Ч, аденилатных Рис. 39Л2. Предполагаемый путь сплайсинга пре-мРНК. Расщепление в 5'-сайте сопровождается образованием петли и последующим ее высвобождением за счет отщепления от экзона Ь.
Интрон изображен линией, экзоны а и Ь— квадратами. Эти реакции происходят при участии мяРНК и пре-мРНК, объединенных в прочный комплекс, входящий в состав рибонуклеопротеиновой структуры, которая получила название «сплайсосома». Рис. 39Л1. Предполагаемый механизм идентификации сайта сплайсинга при удалении интронов из гяРНК. 5'-Конец мяРНК Ы образует комплементарный комплекс с дистальным концом консенсусной последовательности сайта сплайсинга на 3'-конце экзона а. Другой конец 111-РНК взаимодействует с консенсусным сайтом сплайсинга экзона Ь. Структура, обозначенная линией точек, вырезается, и молекула ошивается по остаткам 0 (затемненный прямоугольник). Синтез и процеееинг РНК остатков, происходит после перехода молекулы РНК в цитоплазму. Этот процесс может протекать и в ядре и играть определенную роль при сплайсинге.
5'-Кэпирующая структура, судя по всему, нужна для образования нуклеопротеинового комплекса, в свою очередь необходимого для осуществления сплайсннга. Кроме того, она может участвовать в транспорте и инициации трансляции мРНК. Функция полиаденилатного «хвоста» мРНК неизвестна. Во многих случаях присутствие или отсутствие ро1у А непосредственно не связано с транспортом в цитоплазму, поскольку не все полиаденилированные гетерогенные ядерные РНК выходят в цито- плазму и не все цитоплазматические мРНК— полиаденнлированы. В клетках млекопитающих в ходе процессов, протекающих в цитоплазме, полиаденилатные «хвосты» мРНК могут как удлиняться, так и укорачиваться.
Оборот ро1уА-содержащих мРНК в культивируемых клетках млекопитающих — процесс первого порядка со значением 1„„близким к времени удвоения количества клеток в культуре. Кинетика деградации гистоновых мРНК, не содержащих ро1у А-структур, является процессом нулевого порядка, для которого характерна зависимость распада от возраста со временем жизни около б часов. Пока неясно, связаны ли эти различия с наличием илн отсутствием концевых ро1уА-последовательностей или с какими-то иными структурными особенностями молекул мРНК этого класса.
Размер молекул цитоплазматических мРНК даже после удаления ро1у А-цепочки остается значительно большим (часто в 2 — 3 раза), чем требуется для кодирования соответствующего полнпептида. Избыточные нетранслируемые области есть как на 5'-, так и на 3'-концах транслируемого участка, причем, как правило, 3'-нетранслируемая область достигает большей длины. Точная функция этих последовательностей неизвестна, есть основания считать, что они участвуют в процессинге, транспорте, деградации и трансляции РНК. Транспортные РНК (тРНК) Молекулы тРНК, как описано в гл. 37 и 40, выполняют функцию адапторных молекул при трансляции мРНК в белковые последовательности. Молекулы тРНК содержат много необычных («минорных») нуклеиновых оснований.
Некоторые из них представляют собой метилированные производные обычных оснований, другие — содержат нетрадиционные гликозидные связи. Молекулы тРНК как про-, так и эукариот первоначально транскрибируются в виде больших предшественников, которые часто содержат более одной молекулы тРНК, подвергающихся нуклеолнтическому нропеесиигу при действии рибонуклеаз особого класса. Кроме того, гены некоторых тРНК содержат единичный интрон длиной 10 — 40 нуклеотидов, расположенный непосредственно перед участком, соответствующим антикодоновому плечу. Поэтому процессинг первичных транскриптов многих тРНК-молекул должен включать этап удаления интронов и точного сплайсинга в кодон-узнающей области. Этот этап имеет критическое значение для выполнения тРНК функции адапторных молекул при синтезе белка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
