Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Сплайсосома большой рибонуклеопротеиновый (РНП) Комплекс находится в основном в пределах ядра в эукариотических клетках . Сплайсосома собирается из малых ядерных РНК ( мяРНК ) и множества белков. Сплайсосома удаляет интроны из транскрибируемой пре-мРНК , типа первичного транскрипта . Этот процесс обычно называют сращиванием . [1] Аналогия - редактор фильма, который выборочно вырезает нерелевантный или неправильный материал (эквивалент интронов ) из исходного фильма и отправляет очищенную версию режиссеру для окончательного монтажа.

Цикл сплайсосомного сплайсинга

История [ править ]

См. Также: Сплайсинг (генетика)

В 1977 году работа лабораторий Шарпа и Робертса показала, что гены высших организмов «расщеплены» или присутствуют в нескольких отдельных сегментах молекулы ДНК. [2] [3] Кодирующие области гена разделены некодирующей ДНК, которая не участвует в экспрессии белка. Структура расщепленного гена была обнаружена при гибридизации аденовирусных мРНК с фрагментами одноцепочечной вирусной ДНК, расщепляемыми эндонуклеазой. [2] Было замечено, что мРНК гибридов мРНК-ДНК содержат 5 ' и 3'хвосты областей, не связанных водородными связями. Когда использовались более крупные фрагменты вирусной ДНК, при гибридизации с вирусными мРНК наблюдались разветвленные структуры петлевой ДНК. Было установлено, что петлевые области, интроны , вырезаются из мРНК-предшественников в процессе, который Шарп назвал «сплайсинг». Впоследствии было обнаружено, что расщепленная генная структура является общей для большинства эукариотических генов. Филип Шарп и Ричард Дж. Робертс были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 1993 года за открытие интронов и процесса сплайсинга.

Состав [ править ]

Каждая сплайсосома состоит из пяти малых ядерных РНК (мяРНК) и ряда связанных белковых факторов. Когда этот малый РНК в сочетании с белковыми факторами, они делают РНК-белковые комплексы , называемые мяРНПом ( ы торгового центра п uclear г IBO п ucleo р roteins, выраженный «snurps»). МяРНК, составляющие основную сплайсосому, называются U1 , U2 , U4 , U5 и U6 , так называемые, потому что они богаты уридином и участвуют в нескольких взаимодействиях РНК-РНК и РНК-белок. [1]

Сборка сплайсосомы происходит на каждой пре-мРНК (также известной как гетерогенная ядерная РНК, hn-РНК) в каждом соединении экзон: интрон. Интроны пре-мРНК содержат определенные элементы последовательности, которые распознаются и используются во время сборки сплайсосом. К ним относятся сайт сплайсинга на 5'-конце, последовательность точки ветвления, полипиримидиновый тракт и 3'-концевой сайт сплайсинга. Сплайсосома катализирует удаление интронов и лигирование фланкирующих экзонов.

Интроны обычно имеют нуклеотидную последовательность GU на 5'-конце сайта сплайсинга и AG на 3'-концевом сайте сплайсинга. 3'-сайт сплайсинга может быть дополнительно определен полипиримидином переменной длины, называемым полипиримидиновым трактом (PPT), который выполняет двойную функцию рекрутирования факторов в 3'-сайт сплайсинга и, возможно, рекрутирования факторов в последовательность точки ветвления (BPS). . BPS содержит консервированный аденозин, необходимый для первого этапа сплайсинга.

Многие белки обладают мотивом, связывающим цинк, что подчеркивает важность цинка в механизме сплайсинга. [4] [5] [6] О первой реконструкции с молекулярным разрешением тройного комплекса малых ядерных рибонуклеопротеидов (три-мяРНП) U4 / U6.U5 было сообщено в 2016 году [7].

Рисунок 1. Выше представлены поля электронной микроскопии [8] отрицательно окрашенных три-мяРНП дрожжей ( Saccharomyces cerevisiae ). Внизу слева схематически показано взаимодействие белков три-мяРНП с дуплексом мяРНК U4 / U6. Ниже справа представлена ​​мультипликационная модель дрожжевого три-мяРНП с заштрихованными областями, соответствующими U5 (серый), U4 / U6 (оранжевый) и линкерной области (желтый).

Крио-ЭМ широко применялась Ши и др. Для выяснения почти атомной структуры сплайсосом как у дрожжей [9], так и у людей. [10] Молекулярный каркас сплайсосомы с разрешением, близким к атомному, демонстрирует, что компонент Spp42 из U5 snRNP образует центральный каркас и закрепляет каталитический центр у дрожжей. Атомная структура сплайсосомы человека иллюстрирует, что компонент стадии II Slu7 принимает расширенную структуру, готовую к выбору сайта 3'-сплайсинга. Все пять металлов (обозначенных как Mg2 +) в дрожжевом комплексе сохраняются в человеческом комплексе.

Альтернативное сращивание [ править ]

Основная статья: Альтернативная сварка

Альтернативный сплайсинг (повторная комбинация разных экзонов ) является основным источником генетического разнообразия у эукариот. Варианты сплайсинга использовались для объяснения относительно небольшого количества генов, кодирующих белок в геноме человека , которое в настоящее время оценивается примерно в 20 000. Предполагается , что один конкретный ген дрозофилы , Dscam , альтернативно сплайсирован на 38000 различных мРНК , при условии, что все его экзоны могут сплайсироваться независимо друг от друга. [11]

Сборка [ править ]

Модель формирования активного сайта сплайсосомы включает упорядоченную, ступенчатую сборку дискретных частиц snRNP на субстрате пре-мРНК. Первое распознавание пре-мРНК включает связывание U1 snRNP с 5'-концом сайта сплайсинга пре-мРНК и другими факторами, не связанными с snRNP, с образованием коммитирующего комплекса или раннего (E) комплекса у млекопитающих. [12] [13] Коммитирующий комплекс представляет собой АТФ-независимый комплекс, который передает пре-мРНК в путь сплайсинга. [14] U2 snRNP рекрутируется в область разветвления через взаимодействия с компонентом комплекса E U2AF.(Вспомогательный фактор U2 snRNP) и, возможно, U1 snRNP. В АТФ-зависимой реакции U2 snRNP становится тесно связанным с последовательностью точки ветвления (BPS) с образованием комплекса A. Дуплекс, образованный между U2 snRNP и областью разветвления пре-мРНК, выпячивается из ответвления аденозина, определяя его как нуклеофил для первая переэтерификация. [15]

Присутствие остатка псевдоуридина в мяРНК U2, почти противоположного сайту разветвления, приводит к измененной конформации дуплекса РНК-РНК при связывании мяРНП U2. В частности, измененная структура дуплекса, индуцированная псевдоуридином, помещает 2'-ОН выпуклого аденозина в благоприятное положение для первой стадии сплайсинга. [16] U4 / U5 / U6 tri-snRNP (см. Рис. 1) рекрутируется на собирающуюся сплайсосому с образованием комплекса B, и после нескольких перестроек комплекс C активируется для катализа. [17] [18] Неясно, как tri-snRNP рекрутируется в комплекс A, но этот процесс может быть опосредован посредством белок-белковых взаимодействий и / или взаимодействий спаривания оснований между U2 snRNA и U6 snRNA.

U5 snRNP взаимодействует с последовательностями в 5'- и 3'-сайтах сплайсинга через инвариантную петлю U5 snRNA [19], а белковые компоненты U5 взаимодействуют с 3'-участками сплайсинга. [20]

При привлечении три-мяРНП несколько перегруппировок РНК-РНК предшествуют первой каталитической стадии, и дальнейшие перегруппировки происходят в каталитически активной сплайсосоме. Некоторые взаимодействия РНК-РНК исключают друг друга; однако неизвестно, что запускает эти взаимодействия, ни порядок этих перестроек. Первой перестройкой, вероятно, является смещение U1 snRNP из 5 'сайта сплайсинга и образование взаимодействия U6 snRNA. Известно, что U1 snRNP только слабо связан с полностью сформированными сплайсосомами [21], а U1 snRNP ингибирует образование взаимодействия сайтов сплайсинга U6-5 'на модели субстратного олигонуклеотида, содержащего короткий 5' экзон и 5 ' сайт сращивания. [22] Связывание U2 snRNP с последовательностью точки ветвления (BPS) является одним из примеров взаимодействия РНК-РНК, замещающего взаимодействие белок-РНК. При рекрутировании U2 snRNP, ответвление связывающего белка SF1 в коммитерном комплексе смещается, поскольку сайт связывания U2 snRNA и SF1 являются взаимоисключающими событиями.

Внутри U2 snRNA существуют другие взаимоисключающие перестройки, которые происходят между конкурирующими конформациями. Например, в активной форме предпочтение отдается стволовой петле IIa; в неактивной форме преобладает взаимоисключающее взаимодействие между петлей и последующей последовательностью. [18]Неясно, как U4 вытесняется из U6 snRNA, хотя РНК участвует в сборке сплайсосом и может действовать, раскручивая U4 / U6 и способствуя образованию взаимодействия U2 / U6 snRNA. Взаимодействия петель стебля U4 / U6 I и II диссоциируют, и освобожденная область петли стебля II U6 складывается сама на себя с образованием внутримолекулярной петли стебля, и U4 больше не требуется в дальнейшей сборке сплайсосом. Освободившаяся область петли стебля I пар оснований U6 с мяРНК U2, образующая спираль U2 / U6. Однако структура спирали I является взаимоисключающей с 3'-половиной внутренней 5'-области петли стебля мяРНК U2.

Незначительные сплайсосомы [ править ]

См. Также: Незначительные сплайсосомы

У некоторых эукариот есть вторая сплайсосома, так называемая минорная сплайсосома . [23] Группа менее распространенных мяРНК , U11 , U12 , U4atac и U6atac , вместе с U5, являются субъединицами минорной сплайсосомы, которая сплайсирует редкий класс пре-мРНК интронов, обозначенный как U12-тип. Минорная сплайсосома расположена в ядре, как и ее главный двойник [24], хотя есть исключения в некоторых специализированных клетках, включая безъядерные тромбоциты [25] и дендроплазму ( дендритную цитоплазму) нейрональных клеток. [26]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Will CL, Lührmann R (июль 2011 г.). «Структура и функция сплайсосом» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (7): а003707. DOI : 10.1101 / cshperspect.a003707 . PMC  3119917 . PMID  21441581 .
  2. ^ a b Berget SM, Moore C, Sharp PA (август 1977 г.). «Сплайсированные сегменты на 5'-конце поздней мРНК аденовируса 2» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 74 (8): 3171–5. Bibcode : 1977PNAS ... 74.3171B . DOI : 10.1073 / pnas.74.8.3171 . PMC 431482 . PMID 269380 .  
  3. ^ Chow LT, Робертс Дж, Льюис JB, брокер TR (август 1977). «Карта цитоплазматических транскриптов РНК литического аденовируса типа 2, определенная с помощью электронной микроскопии гибридов РНК: ДНК». Cell . 11 (4): 819–36. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (77) 90294-X . PMID 890740 . 
  4. ↑ Агафонов Д.Е., Декерт Дж, Вольф Э, Оденвельдер П., Бессонов С., Уилл К.Л., Урлауб Н., Люрманн Р. (июль 2011 г.). «Полуколичественный протеомный анализ сплайсосомы человека с помощью нового метода двумерного гель-электрофореза» . Молекулярная и клеточная биология . 31 (13): 2667–82. DOI : 10.1128 / mcb.05266-11 . PMC 3133382 . PMID 21536652 .  
  5. ^ Kuhn А.Н., ван Сантэн MA, Schwienhorst A, Urlaub H, Люрманн R (январь 2009). «Замедление сборки сплайсосом на различных стадиях низкомолекулярными ингибиторами ацетилирования и деацетилирования белков» . РНК . 15 (1): 153–75. DOI : 10,1261 / rna.1332609 . PMC 2612777 . PMID 19029308 .  
  6. ^ Патил V, Канцонери JC, Саматов TR, Lührmann R, Oyelere AK (сентябрь 2012 г.). «Молекулярная архитектура малых молекул, хелатирующих цинк, которые ингибируют сборку сплайсосом на ранней стадии» . РНК . 18 (9): 1605–11. DOI : 10,1261 / rna.034819.112 . PMC 3425776 . PMID 22832025 .  
  7. ↑ Cate JH (март 2016 г.). «СТРУКТУРА. Большой взрыв в структурной биологии сплайсосом». Наука . 351 (6280): 1390–2. DOI : 10.1126 / science.aaf4465 . PMID 27013712 . 
  8. ^ Häcker я, шлифовальные станки Б, Golas М. М., Вольф Е, Карагёз Е, Кастнер В, Старк Н, Фабрицио Р, Р Люрманн (ноябрь 2008 г.). «Локализация белков Prp8, Brr2, Snu114 и U4 / U6 в дрожжевом tri-snRNP с помощью электронной микроскопии». Структурная и молекулярная биология природы . 15 (11): 1206–12. DOI : 10.1038 / nsmb.1506 . PMID 18953335 . 
  9. Перейти ↑ Yan C, Hang J, Wan R, Huang M, Wong CC, Shi Y (сентябрь 2015 г.). «Структура сплайсосомы дрожжей при разрешении 3,6 ангстрем». Наука . 349 (6253): 1182–91. Bibcode : 2015Sci ... 349.1182Y . DOI : 10.1126 / science.aac7629 . PMID 26292707 . 
  10. ↑ Zhang X, Yan C, Hang J, Finci LI, Lei J, Shi Y (май 2017 г.). «Атомная структура сплайсосомы человека» . Cell . 169 (5): 918–929.e14. DOI : 10.1016 / j.cell.2017.04.033 . PMID 28502770 . 
  11. ^ Schmucker D, Клеменс JC, Шу Н, Worby СА, Сяо Дж, Muda М, Диксон JE, Zipursky SL (июнь 2000 г.). «Drosophila Dscam - рецептор управления аксоном, демонстрирующий необычайное молекулярное разнообразие». Cell . 101 (6): 671–84. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80878-8 . PMID 10892653 . 
  12. Перейти ↑ Jamison SF, Crow A, Garcia-Blanco MA (октябрь 1992 г.). «Путь сборки сплайсосом в экстрактах млекопитающих» . Молекулярная и клеточная биология . 12 (10): 4279–87. DOI : 10,1128 / MCB.12.10.4279 . PMC 360351 . PMID 1383687 .  
  13. ^ Seraphin B, Rosbash M (октябрь 1989). «Идентификация функциональных комплексов мяРНК U1-пре-мРНК, преданных сборке и сплайсингу сплайсосом». Cell . 59 (2): 349–58. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (89) 90296-1 . PMID 2529976 . 
  14. ^ Легрен P, Seraphin B, Rosbash M (сентябрь 1988). «Ранняя приверженность дрожжевой пре-мРНК к пути сплайсосомы» . Молекулярная и клеточная биология . 8 (9): 3755–60. DOI : 10,1128 / MCB.8.9.3755 . PMC 365433 . PMID 3065622 .  
  15. Перейти ↑ Query CC, Moore MJ, Sharp PA (март 1994). «Выбор ветви нуклеофилов в сплайсинге пре-мРНК: доказательства модели выпуклого дуплекса» . Гены и развитие . 8 (5): 587–97. DOI : 10,1101 / gad.8.5.587 . PMID 7926752 . 
  16. Перейти ↑ Newby MI, Greenbaum NL (декабрь 2002 г.). «Формирование мотива распознавания сайта сплайсосомной ветви с помощью консервативного псевдоуридина». Структурная биология природы . 9 (12): 958–65. DOI : 10.1038 / nsb873 . PMID 12426583 . 
  17. ^ Burge CB, et al. (1999). «Сплайсинг предшественников мРНК сплайсосомами». В Gesteland RF, Чех Т.Р., Аткинс Дж.Ф. (ред.). Мир РНК . Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. Нажмите. С. 525–60. ISBN 978-0-87969-380-0.
  18. ^ a b Staley JP, Guthrie C (февраль 1998 г.). «Механические устройства сплайсосомы: моторы, часы, пружины и прочее». Cell . 92 (3): 315–26. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 80925-3 . PMID 9476892 . 
  19. ^ Newman AJ, Teigelkamp S, Beggs JD (ноябрь 1995). «Взаимодействия мяРНК в 5 'и 3'-сайтах сплайсинга отслеживаются с помощью фотоактивированного перекрестного связывания в сплайсосомах дрожжей» . РНК . 1 (9): 968–80. PMC 1369345 . PMID 8548661 .  
  20. ^ Chiara MD, Palandjian L, Feld Kramer R, R Рид (август 1997). «Доказательства того, что U5 snRNP распознает 3'-сайт сплайсинга для каталитической стадии II у млекопитающих» . Журнал EMBO . 16 (15): 4746–59. DOI : 10.1093 / emboj / 16.15.4746 . PMC 1170101 . PMID 9303319 .  
  21. ^ Мур MJ, Sharp PA (сентябрь 1993). «Доказательства двух активных сайтов в сплайсосоме, обеспеченные стереохимией сплайсинга пре-мРНК». Природа . 365 (6444): 364–8. Bibcode : 1993Natur.365..364M . DOI : 10.1038 / 365364a0 . PMID 8397340 . 
  22. ^ Konforti BB, Koziolkiewicz MJ, Konarska MM (декабрь 1993). «Нарушение спаривания оснований между 5'-сайтом сплайсинга и 5'-концом U1 мяРНК требуется для сборки сплайсосомы» . Cell . 75 (5): 863–73. DOI : 10.1016 / 0092-8674 (93) 90531-T . PMID 8252623 . 
  23. ^ Patel AA, Steitz JA (декабрь 2003). «Двойной сплайсинг: выводы из второй сплайсосомы». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 4 (12): 960–70. DOI : 10.1038 / nrm1259 . PMID 14685174 . 
  24. ^ Pessa HK, Will CL, Мэн X, Schneider C, Watkins NJ, Perälä N, M Нюмарк, Турунен JJ, Люрманн R, Frilander MJ (июнь 2008). «Незначительные компоненты сплайсосом преимущественно локализуются в ядре» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (25): 8655–60. DOI : 10.1073 / pnas.0803646105 . PMC 2438382 . PMID 18559850 .  
  25. ^ Денис М.М., Толли Н.Д., Бантинг М., Шверц Х., Цзян Х., Линдеманн С., Йост С.К., Рубнер Ф.Дж., Альбертина К.Х., Свобода К.Дж., Фратто С.М., Толли Э., Крайсс Л.В., Макинтайр TM, Циммерман Г.А., Вейрих А.С. (август 2005). «Выход из ядерных границ: зависимый от сигнала сплайсинг пре-мРНК в безъядерных тромбоцитах» . Cell . 122 (3): 379–91. DOI : 10.1016 / j.cell.2005.06.015 . PMC 4401993 . PMID 16096058 .  
  26. ^ Гланцер Дж, Миясиро Кентукки, суль JY, Барретта л, ремень В, Р Хэйдон, Eberwine J (ноябрь 2005 г.). «Возможность сплайсинга РНК живых дендритов нейронов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (46): 16859–64. Bibcode : 2005PNAS..10216859G . DOI : 10.1073 / pnas.0503783102 . PMC 1277967 . PMID 16275927 .  

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Мясник SE (2011). «Глава 8. Сплайсосома и ее ионы металлов». В Sigel A, Sigel H, Sigel RK (ред.). Структурная и каталитическая роль ионов металлов в РНК . Ионы металлов в науках о жизни. 9 . Издательство РСК. С. 235–51. DOI : 10.1039 / 9781849732512-00235 . ISBN 978-1-84973-094-5.
  • Нильсен Т.В. (декабрь 2003 г.). "Сплайсосома: самая сложная макромолекулярная машина в клетке?" . BioEssays . 25 (12): 1147–9. DOI : 10.1002 / bies.10394 . PMID  14635248 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Трехмерные макромолекулярные структуры сплайсосом из банка данных EM (EMDB)
  • Сплайсосомы в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)