stringtranslate.com

SR-белок

Структура решения домена RRM мышиного белка SR Sfrs9 на основе 1wg4 .

Белки SR представляют собой консервативное семейство белков, участвующих в сплайсинге РНК . Белки SR получили свое название потому, что содержат белковый домен с длинными повторами остатков аминокислот серина и аргинина , стандартные сокращения которых — «S» и «R» соответственно. Белки SR имеют длину ~200-600 аминокислот и состоят из двух доменов: области мотива распознавания РНК (RRM) и домена RS. [1] Белки SR чаще встречаются в ядре, чем в цитоплазме, но известно, что несколько белков SR перемещаются между ядром и цитоплазмой.

Белки SR были обнаружены в 1990-х годах в Северной Ирландии, Белфасте в ооцитах амфибий, а позднее и у людей. В целом, у многоклеточных организмов , по-видимому, есть белки SR, а у одноклеточных организмов белки SR отсутствуют.

Белки SR играют важную роль в конститутивном и альтернативном сплайсинге пре-мРНК, экспорте мРНК, стабилизации генома, нонсенс-опосредованном распаде и трансляции. Белки SR поочередно сплайсируют пре-мРНК, предпочтительно выбирая различные сайты сплайсинга на цепях пре-мРНК для создания нескольких транскриптов мРНК из одного транскрипта пре-мРНК. После завершения сплайсинга белок SR может оставаться или не оставаться прикрепленным, чтобы помочь вывести цепь мРНК из ядра. Когда РНК-полимераза II транскрибирует ДНК в РНК, белки SR прикрепляются к вновь созданной пре-мРНК, чтобы предотвратить связывание пре-мРНК с кодирующей цепью ДНК для повышения стабилизации генома. Топоизомераза I и белки SR также взаимодействуют для повышения стабилизации генома. Белки SR могут контролировать концентрации определенной мРНК, которая успешно транслируется в белок, путем выбора кодонов нонсенс-опосредованного распада во время альтернативного сплайсинга. Белки SR могут альтернативно сплайсировать кодоны NMD в свой собственный транскрипт мРНК для саморегуляции концентрации белков SR. Через путь mTOR и взаимодействия с полирибосомами белки SR могут увеличивать трансляцию мРНК.

Атаксия-телеангиэктазия , нейрофиброматоз 1-го типа, несколько видов рака, ВИЧ-1 и спинальная мышечная атрофия — все это связано с альтернативным сплайсингом белков SR.

История

Белки SR были обнаружены независимо друг от друга с помощью двух различных моноклональных антител. Первое антитело , mAb104, обнаружило белки SR в ядре ооцитов амфибий. Антитело mAb104 связывается с фосфоэпитопом на С-концевом домене белков SR. mAb104 также связывается с активными сайтами транскрипции РНК-полимеразы II. [2] Это антитело позволило идентифицировать четыре белка SR ( SRp20 , SRp40 , SRp55 и SRp75 ) и продемонстрировало их сохранение среди позвоночных и беспозвоночных. [1] Второе антитело, B52, было использовано в Drosophila . B52 тесно связан с фактором сплайсинга SF2/ASF и связан как с РНК, так и с ДНК у Drosophila . Открытие белков SR у дрозофилы выявило три белка SR, SWAP (супрессор белого абрикоса), Tra и Tra-2 (трансформатор и трансформатор-2 соответственно). [3] [4] [5]

Примеры генов

Ниже приведен список 14 человеческих генов, кодирующих белки SR, участвующие в сплайсинге:

[6]

Структура

Белки SR характеризуются доменом RS и по крайней мере одним мотивом распознавания РНК (RRM). RRM обычно располагается около N-конца . Домен RS располагается около C- конца белка SR. Домены RS регулируют белок-белковые взаимодействия белков SR. На основании анализа последовательности предполагается, что белки SR являются внутренне неупорядоченными белками, что приводит к неструктурированному домену RS. Восемь нефосфорилированных повторов аргинина и серина в домене RS принимают спиральную форму с аргинином снаружи для уменьшения заряда, а в фосфорилированном состоянии восемь повторов аргинина и серина образуют форму «когтя». [1] [7] [8]

Белки SR могут иметь более одного домена RRM. Второй домен RRM называется гомологом мотива распознавания РНК (RRMH). Домены RRM расположены вблизи N-конца белков SR. Домен RRM опосредует РНК-взаимодействия белков SR, связываясь с последовательностями усилителей сплайсинга экзонов. RRMH обычно имеет более слабые взаимодействия с РНК по сравнению с доменом RRM. Из ЯМР , домен RRM SRSF1, белка SR, имеет структуру складчатости связывания РНК. Домен RRM также может защищать фосфорилированный домен RS, что предполагает, что домен RS вписывается в домен RRM. [3] [7] [9]

Белки SR, перемещающиеся из ядра с помощью TAP

Расположение и транслокация

Белки SR можно обнаружить как в цитозоле , так и в ядерных спеклах в ядре . Белки SR в основном обнаруживаются в ядре. Локализация зависит от фосфорилирования домена RS белка SR. Фосфорилирование домена RS заставляет белки SR входить в ядро ​​и оставаться в нем. Частичное дефосфорилирование домена RS заставляет белки SR покидать ядро, и белки SR с нефосфорилированными доменами RS обнаруживаются в цитозоле. [10] [11] [12]

Белки SR расположены в двух различных типах ядерных пятнышек, кластерах интерхроматиновых гранул и перихроматиновых фибриллах . Кластеры интерхроматиновых гранул предназначены для хранения и повторной сборки белков сплайсинга пре-мРНК. Перихроматиновые фибриллы являются областями транскрипции генов, где белки SR связываются с РНК-полимеразой II для ко-транскрипционного сплайсинга. [1] [12]

Считается, что две протеинкиназы играют роль в локализации белков SR в ядре. Протеинкиназа SR 1 (SRPK1) связывается и фосфорилирует 10-12 остатков серина на N-концевой части домена RS белков SR, расположенных в цитозоле. Белки SR могут транслоцироваться в ядро ​​после фосфорилирования серинов. Фосфорилированный белок SR перемещается в ядро ​​и перемещается в ядерный спекл. Вторая протеинкиназа, CLK1, затем фосфорилирует оставшиеся серины на домене RS белка SR, заставляя его транслоцироваться из ядерного спекла и связываться с РНК-полимеразой II для ко-транскрипционного сплайсинга РНК. [3] [7]

Движение белков SR из ядра контролируется другим механизмом. Белки SR, которые не покидают ядро, называются нечелночными белками SR, а те, которые покидают ядро, называются челночными белками SR. SRp20 ( SFRS3 ) и 9G8 ( SFRS7 ) являются двумя примерами челночных белков SR млекопитающих. Оба распознают и связывают поли-A РНК для транспортировки РНК. Большинство белков SR, которые не покидают ядро ​​с помощью транскрипта РНК, имеют сигналы ядерного удержания. Челночные белки SR ассоциируются с ядерным экспортным фактором TAP для экспорта из ядра. Метилирование остатков аргинина в RRM также может способствовать экспорту белков SR из ядра. [9] [11]

Функция

Было показано, что белки SR играют роль в альтернативном и конститутивном сплайсинге, что приводит к дифференциальной экспрессии генов, а также играют роль в экспорте мРНК, стабилизации генома, бессмысленном опосредованном распаде и трансляции . [1] [2]

Сращивание

Первым шагом для белков SR для начала альтернативного сплайсинга транскрипта РНК является связывание белков SR с доменом карбоксильного конца (CTD) самой большой субъединицы РНК-полимеразы II. CTD состоит из консервативной повторяющейся гептапептидной последовательности YSPTSPS. Различные этапы транскрипции имеют разные уровни фосфорилирования CTD РНК-полимеразы II. Перед инициацией транскрипции CTD имеет низкие уровни фосфорилирования, но впоследствии он гиперфосфорилируется во время инициации и элонгации. Домен RS белков SR взаимодействует с гиперфосфорилированным CTD во время элонгации транскрипции. [2] [12]

РНК-полимераза II переходит от инициации к удлинению, как только киназа P-TEFb фосфорилирует Ser5 и Ser2 на РНК-полимеразе II . Белки SR взаимодействуют с CDK9 , киназным компонентом P-TEFb, что приводит к фосфорилированию Ser2. Белки SR связываются с фосфорилированным Ser2 на CTD. Расположение белков SR на РНК-полимеразе II позволяет белкам SR сначала «увидеть» новый транскрипт РНК. Затем белки SR перемещаются от РНК-полимеразы II к транскрипту пре-мРНК. [1] [2]

Оказавшись на новом транскрипте РНК, белки SR могут затем стимулировать образование сплайсосомы . Белки SR способствуют связыванию U1 snRNP и U2AF snRNP с новым транскриптом РНК, чтобы начать формирование сплайсосомы. Белки SR также помогают U2 распознавать и связываться с местом разветвления интрона , который должен быть вырезан. Позже, при формировании сплайсосомы, белки SR помогают рекрутировать U4 / U6 и U5 snRNP. [8] [12]

Белки SR важны для выбора участков сплайсинга для альтернативного сплайсинга. Белки SR распознают интронные и экзонные усилители и сайленсеры. Белки SR объединяются с SR-подобными белками для выбора экзонных усилителей сплайсинга на транскриптах РНК, заставляя U2 snRNP связываться с вышестоящим, соседним участком ответвления, вызывая сборку сплайсосомы на определенном 3'-участке, выбранном белками SR. [12] [13]

Альтернативная активность SR-белков, способствующая сплайсингу, отличается от активности hnRNP . hnRNP связываются с сайленсерами сплайсинга экзонов , ESS, и ингибируют включение экзонов, таким образом, hnRNP являются репрессорами сплайсинга. SR-белки и hnRNP конкурируют за связывание с последовательностями ESE и ESS в экзонах. Связывание основано на концентрациях SR-белков и hnRNP в клетках. Если в клетке высокая концентрация SR-белков, то SR-белки с большей вероятностью будут связываться с ESE по сравнению со связыванием hnRNP с ESS. Если в клетке высокая концентрация hnRNP, то hnRNP могут вытеснять SR-белки за ESS по сравнению с ESE. [14] [15]

Белки SR могут работать антагонистически, конкурируя друг с другом за связывание с экзонными усилителями сплайсинга . Некоторые данные свидетельствуют о том, что выбор варианта сплайсинга мРНК зависит от относительных соотношений белков SR. Белки SR кажутся избыточными. Эксперименты показали, что подавление белков SR с помощью РНК-интерференции не показывает обнаружимого фенотипа у C. elegans . После подавления одного конкретного белка SR другой другой белок SR может восполнить утраченную функцию белка SR, который был подавлен. Определенные активности белков SR важны для определенных тканей и стадий развития. [13] [16]

Экзонзависимые роли

Белки SR выбирают альтернативные сайты сплайсинга 3' вверх по течению, привлекая U2AF 35 и U2AF 65 к определенным пиримидиновым последовательностям ESE в экзоне транскрипта пре-мРНК. [8] [17]

Белки SR также могут альтернативно выбирать различные нижестоящие 5'-сайты сплайсинга, связываясь с ESE выше сайта сплайсинга. Предполагаемый механизм заключается в том, что альтернативные 5'-сайты сплайсинга выбираются, когда белки SR связываются с вышестоящим ESE и взаимодействуют с U1-70K и вместе рекрутируют U1 в 5'-сайт сплайсинга. [8] [17]

При конститутивном сплайсинге белки SR связываются с U2AF и U1-70K, чтобы заполнить пробел между двумя компонентами сплайсосомы и обозначить 3' и 5' сайты сплайсинга. Конститутивно сплайсированные экзоны имеют много различных последовательностей связывания белков SR, которые действуют как конститутивные усилители сплайсинга. Разница между альтернативным и конститутивным сплайсингом заключается в том, что во время альтернативного сплайсинга регулируется выбор сайта сплайсинга. [8] [17]

Независимые роли экзона

Экзоннезависимые роли белков SR называются экзоннезависимыми, поскольку неизвестно, должны ли белки SR связываться с экзонами для того, чтобы они могли выполнять экзоннезависимые действия. Белки SR могут связываться с U1 и U2AF, будучи связанными с 3' и 5' сайтами сплайсинга в то же время, не связываясь с транскриптом пре-мРНК. Таким образом, белок SR создает мост через интрон в так называемом перекрестном интронном взаимодействии. Белки SR также привлекают молекулу tri-snRNP U4/U6·U5 к созревающей сплайсосоме, взаимодействуя с доменами RS в tri-snRNP. Белки SR могут связываться напрямую с 5' сайтом сплайсинга и привлекать комплекс U1 сплайсосомы. [8] [17]

экспорт мРНК

Белки SR могут быть либо перемещающимися белками SR, либо неперемещающимися белками SR. Некоторые белки SR связываются с фактором экспорта РНК TAP, ядерным экспортным фактором, для перемещения РНК из ядра. Перемещающее свойство белка SR определяется статусом фосфорилирования домена RS. При гиперфосфорилировании белки SR связываются с транскриптами пре-мРНК, но белки SR частично дефосфорилируются во время транскрипции, что позволяет им взаимодействовать с NXF1 . Таким образом, фосфорилирование домена RS определяет, останутся ли белки SR с транскриптом РНК после котранскрипционного сплайсинга и во время созревания мРНП. Если домен RS остается фосфорилированным, то белок SR не будет перемещаться из ядра в цитозоль. Фосфорилированный белок SR будет отсортирован от транскрипта мРНК, что еще больше предотвратит перемещение фосфорилированных белков SR. Если домен RS становится частично дефосфорилированным, то белок SR будет перемещаться из ядра в цитозоль. Метилирование и заряд остатков аргинина в домене RRM также способствуют экспорту белков SR, связанных с мРНК. [9] [10] [11]

Геномная стабилизация

Белки SR могут повышать стабильность генома, предотвращая образование петель R в цепи ДНК , которая активно транскрибируется во время транскрипции. Белок SR SC35 обладает способностью связываться с самой большой субъединицей РНК-полимеразы II в фосфорилированном С-концевом домене . Как только РНК-полимераза II начинает создавать новую цепь РНК, белки SR перемещаются из С-концевого домена РНК-полимеразы II в новую цепь РНК. Перемещение белков SR от РНК-полимеразы II к новой цепи РНК предотвращает связывание новой цепи РНК, которая комплементарна цепи ДНК-матрицы, с цепью ДНК-матрицы, тем самым предотвращая образование петель R. [2] [11]

Белки SR также могут стабилизировать ДНК во время транскрипции посредством взаимодействия с топоизомеразой I. Когда топоизомераза I, Topo I, уменьшает суперспирализацию, вызванную транскрипцией, когда она связана с ДНК. Когда Topo I не связана с ДНК, она может фосфорилировать белок SR SF2/ASF. Topo I и SF2/ASF взаимодействуют, когда SF2/ASF гипофосфорилируется во время элонгации транскрипции. Белки SR могут стать гипофосфорилированными во время элонгации, что снижает их сродство к РНК-полимеразе II, заставляя белки SR перемещаться к Topo I. Когда Topo I образует комплекс с SF2/ASF, он больше не может отменить суперспирализацию ДНК, заставляя элонгацию приостанавливаться. Topo I фосфорилирует S2F/ASF, увеличивая сродство белков SR к РНК поли II, перемещая S2F/ASF из Topo I обратно в РНК поли II, позволяя элонгации продолжаться. [2]

Распад, вызванный бессмысленностью

Белки SR могут альтернативно сплайсировать транскрипты пре-мРНК для включения кодонов нонсенс-опосредованного распада (NMD) в мРНК. Наиболее распространенным методом ответа NMD в клетках является альтернативный сплайсинг. Если транскрипт пре-мРНК имеет дублированный 5'-сайт сплайсинга и белки SR сверхэкспрессируются, то NMD может быть повышена. Вариант сплайсинга с кодоном NMD выбирается чаще во время сплайсинга, и клетка более чувствительна к NMD далее по течению во время трансляции. По оценкам, около 30% альтернативно сплайсированной мРНК разрушаются NMD. Концентрации белков SR в клетках могут автоматически регулироваться кодонами NMD в белках SR пре-мРНК. Например, белок SR SC35 может альтернативно сплайсировать пре-мРНК SC35 для включения кодона NMD в мРНК. Местоположение связывания белка SR на цепи пре-мРНК и то, какие белки SR связываются, определяют активность NMD клетки. [9] [18]

Перевод

Белки SR могут косвенно и напрямую влиять на трансляцию. Белки SR SF2/ASF альтернативно сплайсируют транскрипт MNK2. MNK2 — это киназа, которая инициирует трансляцию. Высокие уровни SF2/ASF производят изоформу MNK2, которая увеличивает кэп-зависимую трансляцию, способствуя фосфорилированию MAPK -независимого eIF4E . SF2/ASF рекрутирует компоненты пути mTOR , в частности S6K1 . SF2/ASF создает онкогенную форму S6K1 для увеличения распространенности кэп-зависимой трансляции. SF2/ASF также может взаимодействовать с полирибосомами, чтобы напрямую влиять на трансляцию мРНК в белок, рекрутируя компонент пути mTOR . SF2/ASF увеличивает фосфорилирование rpS6 и eIF4B с помощью S6K1. 9G8 увеличивает трансляцию несплайсированной мРНК с конститутивной транспортной последовательностью. [1] [3]

Заболевания

Генетическое разнообразие увеличивается за счет альтернативной активности сплайсинга белков SR, но сплайсинг также может приводить к мутациям в цепях мРНК. Мутации в пре-мРНК могут влиять на правильный выбор сайта сплайсинга для белков SR. [1] Мутации в мРНК из-за бессмысленно-ассоциированного измененного сплайсинга белками SR были связаны с атаксией-телеангиэктазией , нейрофиброматозом типа 1 , несколькими видами рака , ВИЧ -1 и спинальной мышечной атрофией .

Рак

Несколько белков SR были вовлечены в рак. Повышенные уровни SF2/ASF, SC35 и SRp20 были связаны с развитием рака груди и яичников. [1] SF2/ASF также активируется в опухолях легких, почек и печени. SFRS1, ген, который кодирует SF2/ASF, является известным протоонкогеном . Мутации в последовательности ESE BRCA1 были связаны с нерегулярным пропуском экзона, поскольку SF2/ASF не может распознать ESE. [8]

ВИЧ

Три белка SR были вовлечены в ВИЧ-1 : SRp75, SF2/ASF и SRp40. [1] Все три белка SR важны для альтернативного сплайсинга вирусной пре-мРНК. ВИЧ также может изменять концентрацию определенных белков SR в клетке. Новые лекарственные методы лечения ВИЧ-инфекций нацелены на определенные белки SR, чтобы предотвратить репликацию вируса в клетках. Один из методов лечения работает путем блокирования белков SR от выбора 3'-сайтов сплайсинга для важного регуляторного белка ВИЧ-1.

Спинальная мышечная атрофия

Атрофия мышечной спины вызывается переходом от цитозина к тимину . Мутация перехода приводит к пропуску экзона 7 во время сплайсинга. Экзон может быть пропущен по двум причинам. Первая заключается в том, что мутация не позволяет SF2/ASF распознавать правильный ESE. Вторая заключается в том, что мутация создает ESS для hnRNP, чтобы связывать и блокировать сплайсинг экзона. [1]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghijk Long JC, Caceres JF (январь 2009). «Семейство белков SR факторов сплайсинга: главные регуляторы экспрессии генов». The Biochemical Journal . 417 (1): 15–27. doi :10.1042/BJ20081501. PMID  19061484.
  2. ^ abcdef Zhong XY, Wang P, Han J, Rosenfeld MG, Fu XD (июль 2009 г.). «SR-белки в вертикальной интеграции экспрессии генов от транскрипции до обработки РНК и трансляции». Molecular Cell . 35 (1): 1–10. doi :10.1016/j.molcel.2009.06.016. PMC 2744344 . PMID  19595711. 
  3. ^ abcd Shepard PJ, Hertel KJ (2009). "Семейство белков SR". Genome Biology . 10 (10): 242. doi : 10.1186/gb-2009-10-10-242 . PMC 2784316. PMID  19857271 . 
  4. ^ Roth MB, Murphy C, Gall JG (декабрь 1990 г.). «Моноклональное антитело, распознающее фосфорилированный эпитоп, окрашивает петли хромосом типа ламповых щеток и небольшие гранулы в зародышевых пузырьках амфибий». The Journal of Cell Biology . 111 (6 Pt 1): 2217–23. doi :10.1083/jcb.111.6.2217. PMC 2116404 . PMID  1703534. 
  5. ^ Zahler AM, Lane WS, Stolk JA, Roth MB (май 1992). «SR-белки: консервативное семейство факторов сплайсинга пре-мРНК». Genes & Development . 6 (5): 837–47. doi : 10.1101/gad.6.5.837 . PMID  1577277.
  6. ^ Manley JL, Krainer AR (июнь 2010 г.). «Рациональная номенклатура белковых факторов сплайсинга, богатых серином/аргинином (SR-белки)». Genes & Development . 24 (11): 1073–4. doi :10.1101/gad.1934910. PMC 2878644 . PMID  20516191. 
  7. ^ abc Ghosh G, Adams JA (февраль 2011). "Механизм фосфорилирования и структура серин-аргининовых протеинкиназ". Журнал FEBS . 278 (4): 587–97. doi :10.1111/j.1742-4658.2010.07992.x. PMC 3079193. PMID  21205204 . 
  8. ^ abcdefg Hastings ML, Krainer AR (июнь 2001 г.). «Сплайсинг пре-мРНК в новом тысячелетии». Current Opinion in Cell Biology . 13 (3): 302–9. doi :10.1016/s0955-0674(00)00212-x. PMID  11343900.
  9. ^ abcd Huang Y, Steitz JA (март 2005). «SRprises along a messenger's journey». Molecular Cell . 17 (5): 613–5. doi : 10.1016/j.molcel.2005.02.020 . PMID  15749011.
  10. ^ ab Tenenbaum SA, Aguirre-Ghiso J (ноябрь 2005 г.). «Дефосфорилирование показывает белкам SR выход». Molecular Cell . 20 (4): 499–501. doi :10.1016/j.molcel.2005.11.005. PMC 2517054 . PMID  16307914. 
  11. ^ abcd Twyffels L, Gueydan C, Kruys V (сентябрь 2011 г.). «Shuttling SR proteins: more than splicing factors». Журнал FEBS . 278 (18): 3246–55. doi : 10.1111/j.1742-4658.2011.08274.x . PMID  21794093.
  12. ^ abcde Blencowe BJ, Bowman JA, McCracken S, Rosonina E (1999). «SR-связанные белки и обработка предшественников матричных РНК». Биохимия и клеточная биология . 77 (4): 277–91. doi :10.1139/o99-048. PMID  10546891.
  13. ^ ab Sanford JR, Gray NK, Beckmann K, Cáceres JF (апрель 2004 г.). «Новая роль челночных белков SR в трансляции мРНК». Genes & Development . 18 (7): 755–68. doi :10.1101/gad.286404. PMC 387416 . PMID  15082528. 
  14. ^ Талукдар И, Сен С, Урбано Р, Томпсон Дж, Йейтс ДжР, Вебстер Н.Дж. (2011). "hnRNP A1 и hnRNP F модулируют альтернативный сплайсинг экзона 11 гена рецептора инсулина". PLOS ONE . ​​6 (11): e27869. Bibcode :2011PLoSO...627869T. doi : 10.1371/journal.pone.0027869 . PMC 3223206 . PMID  22132154. 
  15. ^ Wang Z, Burge CB (май 2008). «Регулирование сплайсинга: от списка частей регуляторных элементов до интегрированного кода сплайсинга». РНК . 14 (5): 802–13. doi :10.1261/rna.876308. PMC 2327353. PMID  18369186 . 
  16. ^ Tacke R, Manley JL (июнь 1999). «Детерминанты специфичности белка SR». Current Opinion in Cell Biology . 11 (3): 358–62. doi : 10.1016/s0955-0674(99)80050-7 . PMID  10395560.
  17. ^ abcd Graveley BR (сентябрь 2000 г.). «Сортировка сложности функций белков SR». РНК . 6 (9): 1197–211. doi :10.1017/S1355838200000960. PMC 1369994 . PMID  10999598. 
  18. ^ Lejeune F, Maquat LE (июнь 2005 г.). «Механистические связи между бессмысленно-опосредованным распадом мРНК и сплайсингом пре-мРНК в клетках млекопитающих». Current Opinion in Cell Biology . 17 (3): 309–15. doi :10.1016/j.ceb.2005.03.002. PMID  15901502.