stringtranslate.com

Сплайсосома

Сплайсосома — это большой рибонуклеопротеиновый (РНП) комплекс, обнаруженный преимущественно в ядре эукариотических клеток . Сплайсосома собирается из малых ядерных РНК ( мяРНК ) и многочисленных белков. Молекулы малых ядерных РНК (мяРНК) связываются со специфическими белками, образуя небольшой ядерный рибонуклеопротеиновый комплекс (мяРНП, произносится как «снурпс»), который, в свою очередь, объединяется с другими мяРНП, образуя большой рибонуклеопротеиновый комплекс, называемый сплайсосомой. Сплайсосома удаляет интроны из транскрибируемой пре-мРНК, типа первичного транскрипта . Этот процесс обычно называют сплайсингом . [1] Аналогией является монтажер фильма, который выборочно вырезает ненужный или неправильный материал (эквивалентный интронам ) из исходного фильма и отправляет очищенную версию режиссеру для окончательного монтажа.

Однако иногда РНК внутри интрона действует как рибозим, сплайсируя себя без использования сплайсосомы или белковых ферментов.

Сплайсосомный цикл сплайсинга

История

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

Состав

Каждая сплайсосома состоит из пяти малых ядерных РНК (мяРНК) и ряда связанных с ними белковых факторов. Когда эти малые РНК объединяются с белковыми факторами, они образуют комплексы РНК-белок, называемые мяРНП ( малые ядерные рибонуклеопротеины , произносится как « снурпы »). МпРНК, составляющие основную сплайсосому, называются U1 , U2 , U4 , U5 и U6 , названы так 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) на каждом соединении экзон:интрон. Интроны пре-мРНК содержат специфические элементы последовательности, которые распознаются и используются во время сборки сплайсосомы. К ним относятся 5'-концевой сайт сплайсинга, 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'-концевом сайте сплайсинга и AG на 3'-концевом сайте сплайсинга. 3'-сайт сплайсинга может дополнительно определяться полипиримидинами переменной длины, называемыми полипиримидиновым трактом (PPT), который выполняет двойную функцию: рекрутирования факторов в 3'-сайт сплайсинга и, возможно, рекрутирования факторов в последовательность точек ветвления (BPS). . BPS содержит консервативный аденозин, необходимый для первого этапа сплайсинга.

Многие белки обладают мотивом связывания цинка, что подчеркивает важность цинка в механизме сплайсинга. [4] [5] [6] О первой реконструкции комплекса тройного малого ядерного рибонуклеопротеина (три-мяРНП) U4/U6.U5 с молекулярным разрешением сообщалось 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. Внизу справа представлена ​​мультипликационная модель дрожжевого три-мяРНП с заштрихованными областями, соответствующими U5 (серый), U4/U6 (оранжевый) и линкерной области (желтый).

Крио-ЭМ широко применялся Ши и др. для выяснения около-/атомной структуры сплайсосомы как у дрожжей [9], так и у человека. [10] Молекулярная структура сплайсосомы с разрешением, близким к атомному, демонстрирует, что компонент Spp42 мяРНП U5 образует центральный каркас и закрепляет каталитический центр у дрожжей. Атомная структура сплайсосомы человека иллюстрирует, что компонент этапа II Slu7 принимает расширенную структуру, готовую к выбору 3'-сайта сплайсинга. Все пять металлов (обозначенные как Mg2+) дрожжевого комплекса сохраняются и в человеческом комплексе.

Альтернативный сплайсинг

Альтернативный сплайсинг (рекомбинация 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 сплайсируется в 38 000 различных мРНК , при условии, что все его экзоны могут сплайсироваться независимо друг от друга. [11]

Сборка

Модель формирования активного центра сплайсосомы предполагает упорядоченную ступенчатую сборку дискретных частиц мяРНП на субстрате пре-мРНК. Первое распознавание пре-мРНК включает связывание мяРНП U1 с 5'-концевым сайтом сплайсинга пре-мРНК и другими факторами, не связанными с мяРНП, с образованием коммитентного комплекса или раннего (Е) комплекса у млекопитающих. [12] [13] Коммитирующий комплекс представляет собой АТФ-независимый комплекс, который связывает пре-мРНК с путем сплайсинга. [14] U2 snRNP рекрутируется в область разветвления посредством взаимодействия с компонентом E-комплекса U2AF (вспомогательный фактор U2 snRNP) и, возможно, U1 snRNP. В АТФ-зависимой реакции мяРНП U2 становится тесно связанным с последовательностью точки ветвления (BPS) с образованием комплекса А. Дуплекс, образующийся между мяРНП U2 и областью разветвления пре-мРНК, выпячивает аденозиновую ветвь, определяя его как нуклеофил для первая переэтерификация. [15]

Наличие остатка псевдоуридина в мяРНК U2, расположенного почти напротив места ветвления, приводит к изменению 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] Три-мяРНП U4/U5/U6 (см. рисунок 1) участвует в сборке сплайсосомы с образованием комплекса B, а после нескольких перегруппировок комплекс C активируется для катализа. [17] [18] Неясно, как три-мяРНП рекрутируется в комплекс А, но этот процесс может быть опосредован посредством белок-белковых взаимодействий и/или взаимодействий спаривания оснований между мяРНК U2 и мяРНК U6.

мяРНП U5 взаимодействует с последовательностями в 5'- и 3'-сайтах сплайсинга через инвариантную петлю мяРНК U5 [19] , а белковые компоненты U5 взаимодействуют с областью 3'-сайта сплайсинга. [20]

При рекрутировании три-мяРНП первому каталитическому этапу предшествует несколько перегруппировок РНК-РНК, а дальнейшие перестройки происходят в каталитически активной сплайсосоме. Некоторые взаимодействия РНК-РНК являются взаимоисключающими; однако неизвестно, что запускает эти взаимодействия и порядок этих перестроек. Первой перестройкой, вероятно, является смещение мяРНП U1 из 5'-сайта сплайсинга и образование взаимодействия мяРНК U6. Известно, что мяРНП U1 слабо ассоциирован с полностью сформировавшимися сплайсосомами [21] , а мяРНП U1 ингибирует образование взаимодействия сайта сплайсинга U6-5' на модели субстратного олигонуклеотида, содержащего короткий 5'-экзон и 5'-конец. место сращивания. [22] Связывание мяРНП U2 с последовательностью точки ветвления (BPS) является одним из примеров взаимодействия РНК-РНК, вытесняющего взаимодействие белок-РНК. При рекрутировании мяРНП U2 белок SF1, связывающий ветку в коммитентном комплексе, смещается, поскольку сайт связывания мяРНК U2 и SF1 являются взаимоисключающими событиями.

Внутри мяРНК U2 существуют и другие взаимоисключающие перестройки, которые происходят между конкурирующими конформациями. Например, в активной форме предпочтительнее стволовая петля IIa; в неактивной форме преобладает взаимоисключающее взаимодействие между петлей и последующей последовательностью. [18] Неясно, как U4 вытесняется из мяРНК U6, хотя РНК участвует в сборке сплайсосом и может функционировать, раскручивая U4/U6 и способствуя образованию взаимодействия мяРНК U2/U6. Взаимодействия стволовых петель I и II U4/U6 диссоциируют, и освобожденная область стволовой петли II U6 складывается сама по себе, образуя внутримолекулярную стволовую петлю, и U4 больше не требуется для дальнейшей сборки сплайсосомы. Освобожденная область стебельковой петли I U6 пары оснований с мяРНК U2 образует спираль I U2/U6. Однако структура спирали I является взаимоисключающей с 3'-половиной внутренней 5'-области стволовой петли мяРНК U2.

Малая сплайсосома

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

Рекомендации

  1. ^ ab Уилл CL, Люрманн Р. (июль 2011 г.). «Структура и функции сплайсосомы». Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (7): а003707. doi : 10.1101/cshperspect.a003707. ПМК  3119917 . ПМИД  21441581.
  2. ^ ab Бергет С.М., Мур С., Шарп П.А. (август 1977 г.). «Сплайсированные сегменты на 5'-конце поздней мРНК аденовируса 2». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 74 (8): 3171–5. Бибкод : 1977PNAS...74.3171B. дои : 10.1073/pnas.74.8.3171 . ПМК 431482 . ПМИД  269380. 
  3. ^ Чоу Л.Т., Робертс Дж.М., Льюис Дж.Б., Брокер Т.Р. (август 1977 г.). «Карта транскриптов цитоплазматической РНК литического аденовируса типа 2, определенная с помощью электронной микроскопии гибридов РНК: ДНК». Клетка . 11 (4): 819–36. дои : 10.1016/0092-8674(77)90294-X. PMID  890740. S2CID  37967144.
  4. ^ Агафонов Д.Е., Декерт Дж., Вольф Э., Оденвальдер П., Бессонов С., Уилл С.Л., Урлауб Х., 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. дои : 10.1128/mcb.05266-11. ПМК 3133382 . ПМИД  21536652. 
  5. ^ Кун А.Н., ван Сантен М.А., Швинхорст А., Урлауб Х., Люрманн Р. (январь 2009 г.). «Остановка сборки сплайсосом на различных стадиях с помощью низкомолекулярных ингибиторов ацетилирования и деацетилирования белков». РНК . 15 (1): 153–75. дои : 10.1261/rna.1332609. ПМЦ 2612777 . ПМИД  19029308. 
  6. ^ Патил В., Канцонери Дж.К., Саматов Т.Р., Люрманн Р., Ойелере АК (сентябрь 2012 г.). «Молекулярная архитектура цинка, хелатирующего небольшие молекулы, которые ингибируют сборку сплайсосом на ранней стадии». РНК . 18 (9): 1605–11. дои : 10.1261/rna.034819.112. ПМК 3425776 . ПМИД  22832025. 
  7. ^ Кейт Дж. Х. (март 2016 г.). «СТРУКТУРА. Большой взрыв в структурной биологии сплайсосом». Наука . 351 (6280): 1390–2. doi : 10.1126/science.aaf4465. PMID  27013712. S2CID  206648185.
  8. ^ Хакер И., Сандер Б., Голас М.М., Вольф Э., Карагёз Э., Кастнер Б., Старк Х., Фабрицио П., Люрманн Р. (ноябрь 2008 г.). «Локализация белков Prp8, Brr2, Snu114 и U4/U6 в дрожжевом три-мяРНП методом электронной микроскопии». Структурная и молекулярная биология природы . 15 (11): 1206–12. дои : 10.1038/nsmb.1506. PMID  18953335. S2CID  22982227.
  9. ^ Ян С., Ханг Дж., Ван Р., Хуан М., Вонг CC, Ши Ю. (сентябрь 2015 г.). «Структура дрожжевой сплайсосомы с разрешением 3,6 ангстрем». Наука . 349 (6253): 1182–91. Бибкод : 2015Sci...349.1182Y. doi : 10.1126/science.aac7629. PMID  26292707. S2CID  22194712.
  10. ^ Чжан X, Ян С, Ханг Дж, Финчи Ли, Лэй Дж, Ши Ю (май 2017 г.). «Атомная структура сплайсосомы человека». Клетка . 169 (5): 918–929.e14. дои : 10.1016/j.cell.2017.04.033 . ПМИД  28502770.
  11. ^ Шмукер Д., Клеменс Дж.К., Шу Х., Уорби Калифорния, Сяо Дж., Муда М., Диксон Дж.Э., Зипурски С.Л. (июнь 2000 г.). «Drosophila Dscam — это рецептор направления аксонов, обладающий необычайным молекулярным разнообразием». Клетка . 101 (6): 671–84. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80878-8 . ПМИД  10892653.
  12. ^ Джеймисон С.Ф., Кроу А., Гарсиа-Бланко Массачусетс (октябрь 1992 г.). «Путь сборки сплайсосом в экстрактах млекопитающих». Молекулярная и клеточная биология . 12 (10): 4279–87. дои : 10.1128/MCB.12.10.4279. ПМК 360351 . ПМИД  1383687. 
  13. ^ Серафин Б., Росбаш М. (октябрь 1989 г.). «Идентификация функциональных комплексов U1 мяРНК-пре-мРНК, участвующих в сборке и сплайсинге сплайсосом». Клетка . 59 (2): 349–58. дои : 10.1016/0092-8674(89)90296-1. PMID  2529976. S2CID  18553973.
  14. ^ Легрен П., Серафин Б., Росбаш М. (сентябрь 1988 г.). «Раннее участие пре-мРНК дрожжей в пути сплайсосомы». Молекулярная и клеточная биология . 8 (9): 3755–60. дои : 10.1128/MCB.8.9.3755. ПМЦ 365433 . ПМИД  3065622. 
  15. ^ Query CC, Мур MJ, Sharp PA (март 1994 г.). «Отбор нуклеофилов ветвей при сплайсинге пре-мРНК: доказательства модели выпуклого дуплекса». Гены и развитие . 8 (5): 587–97. дои : 10.1101/gad.8.5.587 . ПМИД  7926752.
  16. ^ Ньюби М.И., Гринбаум Н.Л. (декабрь 2002 г.). «Создание мотива распознавания сайта сплайсосомного разветвления с помощью консервативного псевдоуридина». Структурная биология природы . 9 (12): 958–65. дои : 10.1038/nsb873. PMID  12426583. S2CID  39628664.
  17. ^ Бердж CB и др. (1999). «Сплайсинг предшественников мРНК с помощью сплайсосом». В Гестеланде РФ, Чех Т.Р., Аткинс Дж.Ф. (ред.). Мир РНК . Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. Нажимать. стр. 525–60. ISBN 978-0-87969-380-0.
  18. ^ ab Staley JP, Гатри C (февраль 1998 г.). «Механические устройства сплайсосомы: моторы, часы, пружины и тому подобное». Клетка . 92 (3): 315–26. дои : 10.1016/S0092-8674(00)80925-3 . ПМИД  9476892.
  19. ^ Ньюман А.Дж., Тейгелькамп С., Беггс Дж.Д. (ноябрь 1995 г.). «Взаимодействия мяРНК в 5'- и 3'-сайтах сплайсинга, контролируемые фотоактивируемым сшиванием в сплайсосомах дрожжей». РНК . 1 (9): 968–80. ПМЦ 1369345 . ПМИД  8548661. 
  20. ^ Кьяра, доктор медицинских наук, Паланджян Л., Фельд Крамер Р., Рид Р. (август 1997 г.). «Доказательства того, что U5 snRNP распознает 3'-сайт сплайсинга для каталитического этапа II у млекопитающих». Журнал ЭМБО . 16 (15): 4746–59. дои : 10.1093/emboj/16.15.4746. ПМК 1170101 . ПМИД  9303319. 
  21. ^ Мур MJ, Sharp PA (сентябрь 1993 г.). «Доказательства наличия двух активных сайтов в сплайсосоме, полученные с помощью стереохимии сплайсинга пре-мРНК». Природа . 365 (6444): 364–8. Бибкод : 1993Natur.365..364M. дои : 10.1038/365364a0. PMID  8397340. S2CID  4361512.
  22. ^ Конфорти Б.Б., Козиолкевич М.Ю., Конарска М.М. (декабрь 1993 г.). «Для сборки сплайсосомы необходимо нарушение спаривания оснований между 5'-сайтом сплайсинга и 5'-концом мяРНК U1». Клетка . 75 (5): 863–73. дои : 10.1016/0092-8674(93)90531-T. ПМИД  8252623.
  23. ^ Патель А.А., Стейц Дж.А. (декабрь 2003 г.). «Двойной сплайсинг: выводы из второй сплайсосомы». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 4 (12): 960–70. дои : 10.1038/nrm1259. PMID  14685174. S2CID  21816910.
  24. ^ Песса Х.К., Уилл С.Л., Мэн Х, Шнайдер С., Уоткинс Н.Дж., Перяля Н., Наймарк М., Турунен Дж.Дж., Люрманн Р., Фриландер М.Дж. (июнь 2008 г.). «Минорные компоненты сплайсосом преимущественно локализованы в ядре». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (25): 8655–60. дои : 10.1073/pnas.0803646105 . ПМЦ 2438382 . ПМИД  18559850. 
  25. ^ Денис ММ, Толли Н.Д., Бантинг М., Шверц Х., Цзян Х., Линдеманн С., Йост CC, Рубнер Ф.Дж., Альбертина К.Х., Свобода К.Дж., Фратто СМ, Толли Э., Крайсс Л.В., Макинтайр Т.М., Циммерман Г.А., Вейрих А.С. (август 2005). «Выход за пределы ядра: сигнально-зависимый сплайсинг пре-мРНК в безъядерных тромбоцитах». Клетка . 122 (3): 379–91. дои : 10.1016/j.cell.2005.06.015. ПМК 4401993 . ПМИД  16096058. 
  26. ^ Гланцер Дж., Мияширо К.Ю., Сул Дж.Ю., Барретт Л., Белт Б., Хейдон П., Эбервин Дж. (ноябрь 2005 г.). «Способность сплайсинга РНК живых нейрональных дендритов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (46): 16859–64. Бибкод : 2005PNAS..10216859G. дои : 10.1073/pnas.0503783102 . ПМЦ 1277967 . ПМИД  16275927. 

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме сплайсосом .