Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 109
Текст из файла (страница 109)
В принципе, так как для кодирования данной сплайсинга определялся исключительно эпРНП, работающими на первичной, свободной от белков молекуле РНК, то следовало бы ожидать, что ошибки - такие как пропуск зкзона и использование «скрытых» сайтов сплайсинга, — будут возникать очень часто (рнс. 6.31). Однако встроенные в сплайсосомы механизмы «обеспечения качества» уком>>лектованы двумя дополнительными системами, которые увеличивают точносп сплайсинга.
Первая есть просто следствие ранних стадий сплайсинга, происходящих, когда молекулы пре мРНК синтезируются РНК полимеразой П. В ходе транскрипции фосфорилированный хвост РНК полимеразы несет несколько компонентов сплайсосомы (см. рис. 6.23), и эти компоненты переносятся непосредственно с полимеразы на РНК по мере ее синтеза.
Эта стратегия помогает клетке отслеживать интроны и экзоны: например, зпРНП, которые собираются на 5' сайте сплайсинга, изначально встречаются только с одним 3' сайтом сплайсинга, так как участки, расположенные ниже, еще не синтезированы к тому времени. Транскрипция, согласованная со сплай сингом, особенно важна для предотвращения пропуска истинных экзонов. интрон экзон =200 интрон 10-10 нукпвотидов нуклеотидов 10-10 нукпвотидов ЬпРНП свяэывающиеся с попи-А белки комплексы ПпРНП Рис. 6.33. Концепция определения экзема. Согласно одному предположению, 5а-белки связываются с каждой последовательностью зкзона в пре-мРНК и таким образом помогают направлять молекулы зпРНП к истинным интрон-экзанным границам.
Такое разграничивание зкзоноа 5а-белками происходит котра искри пцион но, начиная с СВС (комплекс посадки на кзп) на 5 сиенце. Как показано на рисунке, в пре- мРНК последовательности интронов, а они могут быть чрезвычайно длинными, упакованы в комплексы ЬпРНП (гетерогенного ядерного рибонуклеопротеида), которые уплотняют их в более удобные для манипуляций структуры и, возможно, маскируют скрытые сайты сплайсинга. Предполагают, что белки ЬпРНП предпочтительно связываются с последовательностями интронов и зто помогает сплайсосоме отличать интроны от антонов. Однако, как показано на схеме, по крайней мере некоторые белки ЬпРНП связываются также и с последовательностями зкзонов.
(Переработано из а. Веег(, Сигс Ор!и. Сеа Вюб 12: 340-345, 2000. С благосклонного разрешения издательства Еаенег.) бЛ.17. Второй набор 5ЛРНП сплайсирует минорную фракцию посладоаательностей интрОИОВ у жиВОтных и растений Простые эукариоты, такие как дрожжи, имеют только один набор зпРНП, которые вьщолняктт весь сплайсинг тгре мРНК. Однако более сложные эукариоты типа мух, млекопитающих и растений имеют второй набор молекул эпРНП, которые направляют сплиьсинг ннтронных последовательностей. Эта минорная форма сплайсосомы распознает иной набор последователыюстей РНК на 5' и 3' границах сплайсинга и в точке ветвления; се называют сллгтйсосомой (:12-шипи (У12 гуре зр)гсеозоте) ввиду причастности к ней (Н2 зпРНП (рис.
6.34, а). Несмотря на узнавание иных нуклеотидных последовательностей, ВПРНП в этой сплайсосоме налаживают те же виды взаимодействий типа РНК вЂ” РНК с пре мРНК и друг другом, что и основныс сцтРНП (рис. 6.34, б). Хотя, как мы убедились, компоненты большинства сплайсосом перемешаются вместе с РНК полимеразой Н, когда она транскрибирует гены, это может быть и не так для сплайсосомы ()12. Возможно, что оггосредствованный ()12 сплайсинг таким образом задерживается во времени и это дает клетке возможность сорегулировать сплайсинг нескольких сотен генов, экспрессия которых невозможна без привлечения этой сплайсосомы. Ряд молекул мРНК млекопитакпцих содержит смесь интронов, некоторые удаляются основной сплайсосомой, а другие -- минорной сплайсосомой, и было высказано предположение о том, что такой принцип позволяет осуществлять альтернативный сплайсинг по особо сложным схемам.
использует уникальный зпРНП (названный Я, зр!Гсес( )еас(ег. РНП), который и вносит в транскрипты общий экзон (см, рис. 6.34). Мы даже не представляем, для чего эти организмы используют транс сплайсинг; однако можно предположить, что обгций 5' экзон может по»!!вать при трансляции мРНК. Так, молекулы мРНК, произведенные в ходе транс-сплайсинга нематод, видимо, транслируются очень интенсивно.
е) ЕДИНИЧНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ НУКЛЕОТИДОВ, ПРИВОДЯЩИЕ К РАЗРУШЕНИЮ НОРМАЛЬНЫХ САЙТОВ СПЛАЙСИНГА, АКТИВИРУЮТ СКРЫТЫЕ САЙТЫ СПЛАЙСИНГА в) ПЕРВИЧНЫЙ ТРАНСКРИПТ РНК НОРМАЛЬНОГО В-ГЛОБИНА ВЗРОСЛЫХ экэон эюон - - »к»он интроны мРНК с удлиненным эюоном 3 нормальная мРНК состоит из трех экэонов г) ЕДИНИЧНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ НУКЛЕОТИДОВ, ПРИВОДЯЩИЕ К СОЗДАНИЮ НОВЫХ САЙТОВ СПЛАЙСИНГА, ВЫЗЫВА)ОТ ВСТАВКУ НОВЫХ ЭКЗОНОВ 4 мРНК с дополнительным экэоном, вставленным между экэонвми 2 и 3 б) ЕДИНИЧНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ НУКЛЕОТИДОВ, ПРИВОДЯЩИЕ К РАЗРУШЕНИЮ НОРМАЛЬНЫХ САЙТОВ СПЛАЙСИНГА, ВЫЗЫВАЮТ ПРОПУСК ЭКЗОНА мРНК с пропущенным экэонам 2 Рис.
6.35. Неправильный процессинг первичного РНК-трвнскриптэ В-глебика у людей, страдающих (1 талассемией. В представленных примерах ззболеезние вызвано мутациями в участках сплзйсингз (черные сгп репки). Темно-синие полоски обоз нзчз китри нормальные последовательности »язонов; красные линии отмечают 5с и Ветреницы сплзйсингэ, Голубые полосни отображают новые последовательности нуклеотидов, включенные в конечную молекулу мРНК в результате мутации. Обратите внимание, что когда мутация занимает нормальный учэсюк сплзйсинге, оставив, таким образом, друюй уча сток силей сииге без партнера, то зкзон пропускается; либо один или несколько близлежащих скрытьж участков сплзйсинге используются в качестве участка-партнере, кэк нз схемах е и г.
(Переработано отчасти из 5. Н. Огьп, Тье Мо(есо)зг Взйз о( В)оод опеэзез (Б. 5тэгпзтоузппороо)оз ет з!., егн.), рр. 106-126. РЫ)зг(е)рыз: 5эогк)егз, 1987.] 6.1.18. РНК-сплайсинг удивительно пластичен Мы увидели, что выбор участков сгглайсинга зависит от таких особенностей транскрипта пре мРНК, как сродство «машины» сплайсинга к трем сипгалам на РНК (5' и 3' границам сплайсинга и точке ветвления), котранскрипционная сборка сплайсосомы и «бухгалтерия», лежащая в основе определения экзопа. Мы не знаем, насколько точно происходит сплайсинг в норме, потому что, как увидим позже, существует несколько систем контроля его «качества», которые быстро уничтожают молекулы мРНК, сращивание которых идет неправильно. Однако нам известно, что по сравнению с другими этапами экспрессии гена сплайсинг необычайно пластичен. Например, мутация в последовательности нуклеотидов, критически важной для вы резания какого либо конкретного интрона, не обязательно препятствует вырезании! этого интрона бесповоротно, Вместо этого мутация обычно порождает новую схему сплайсипга (рис.
6.35). Чаще всего экзоп попросту пропускается (рис. 6.35, 6). 54б Часть 2. Основные генетические механизмы В других случаях мутация обусловливает эффективное использование скрытого сайта сплайсинга (рис. 6.35, в). Очевидно, сплайсирующие машины эволюционировали таким образом, чтобы выбирать наилучшую из возможных схем границ сплайсинга, и если оптимальная схема повреждена мутацией, то они будут искать следующую по оптимальности схему и так далее. Такая гибкость процесса сплайсинга РНК предполагает, что изменения в профилях сплайсинга, вызываемые случайными мутациями, были важной составляющей эволюции генов и организмов. Пластичность сплайсинга РНК также означает, что клетка может регулировать схему РНК-сплайсинга.
Ранее в этом параграфе мы говорили о том, что альтернативный сплайсинг может дать начало различным белкам, получаемым из одного и того же гена. Некоторые примеры альтернативного сплайсинга носят конститутивный характер — то есть альтернативно сплайсированные молекулы мРНК постоянно производятся клетками организма. Однако во многих случаях клетка регулирует схемы сплайсинга таким образом, что в разное время и в различных тканях производятся разные формы данного белка(см, рис, б.27). В главе 7 мы вернемся к атому вопросу и обсудим некоторые характерные примеры регулируемого РНК-сплайсинга. 6.1.19. Катализируемый сплайсосомой РНК-сплайсинг, вероятно, эволюционировал от механизмов самосплайсинга Когда сплайсосома была открыта, она озадачила молекулярных биологов рядом вопросов.
Почему молекулы РНК, а не белка, выполняют важную роль опознавания участков сплайсинга и составляют химическую основу самого процесса сплайсинга? Почему используется промежуточный продукт — лассо-подобная структура, а не очевидная более простая альтернатива: сведение 5'- и 3'-сайтов сплайсинга друг с другом за один шаг, за чем следовало бы их прямое расщепление и воссоединение? Ответы на эти вопросы описывают предполагаемый эволюционный пуггь который прошла сплайсосома. Как было вскользь упомянуто в главе 1 (и будет сказано подробнее в заключительном разделе этой главы), весьма вероятно, что на заре эволюции клетки использовали молекулы РНК, а не белков в качестве главных катализаторов и хранили они свокз генетическую информацию в последовательностях РНК, а не ДНК.
Катализируемые РНК реакции сплайсинга, возможно, играли важную роль в этих доисторических клетках. Живым свидетельством этого служат некоторые интроны самосплайсирующейся РНК (зе -зрйс1пй ВЫА; то есть последовательности интронов в РНК, вырезание которых может происходить в отсутствие белков или любых других молекул РНК), встречающиеся, например, в генах ядерных РРНК ресничной инфузории Те1гайутепа, в нескольких генах бактериофага Т4 и в некоторых генах митохондрий и хлоропластов. Самосплайсирующаяся последовательность интрона может быль идентифицирована в пробирке; при инкубации очищенной РНК, молекула которой содержит последовательность интрона, можно наблюдать реакцию сплайсинга. Подобным образом можно выделить два основных класса самосплайсирующихся последовательностей интронов. Последовательности интронов группы 1 начинают реакцию сплайсинга, связывая нуклеотид С с последовательностью интрона; этот О таким путем активируется с образованием группы, которая атакует и разрывает первую из фосфодиэфирных связей, расщепляемых в ходе сплайсинга (связь в 5'-сайте сплайсинга).
В последовательностях интронов группы 11 особо реакционно- способный остаток А выступает в роли атакующей группы, которая и индуцирует равюайейсарующиаея)вттрояы„группа) ваиоегвтййгзз()ле()зав(эзимФем,группа и интрон: 1),: гс (,2' ...," 5ьэкзон (нс ЛАГ Зьэкзон У' он А 5' 'к "': 3' .лассо + ":-- он 3' 5сэкзон 5 — з — к' молекупа- предшвстаенник РНК ой" 5' промежуточная форма + тон 3' вырезанная последовательность интрона пигироевнныв экзоны 5' Рис. 6.36. Два известнык класса самосплайсирующихся погледовательностей интронов. Рисунок подчеркивает подобия между этими двумя механизмами. Оба обычно прибегают к помощи белков клетки, которые ускоряют реакцию, но катализ тем не менее опасредуется РНК в последовательности интрона.
Последовательности интранов группы! связывают свободный нуклеотид6 со специфическим участком РНК вЂ” чтобы инициировать сплайсинг; тогда как последовательности интронов группы К используют для той же цели отличающийся особой реакционной способностью нуклеотид А, находящийся в самой последовательности интрона. Оба типа реакций самосплайсин га требуют чтобы интрон находился а крайне специфичной трехмерной структуре, которая обеспечивает необходимое каталитическое действие (см. Рис. 6 6). Механизм, используемый последовательностями интра нов группы И, высвобождает интрон в виде лассо-подобной структуры и очень напоминает процесс сплайсинга пре-мРНК, катал изируемого сплайсосо мой (сравните с рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
