СПЛАЙСИНГ

Сплайсинг

Введение
• 1 Введение
• 2 Варианты сплайсинга
• 3 Сплайсосомные интроны
• 4 Альтернативный сплайсинг

Примечания

‎Схема расположения кодирующих белок (экзоны, синий цвет) и некодирующих белок (интроны (серый) цвет 3' и 5' нетранслируемые области (зелёный) в гене человека CDK4

Сплайсинг (от англ. splice — сращивать или склеивать концы чего-либо) — процесс вырезания определенных нуклеотидных последовательностей из молекул РНК и соединения последовательностей, сохраняющихся в «зрелой» молекуле, в ходе процессинга РНК.

Наиболее часто этот процесс встречается при созревании информационной РНК (мРНК) у эукариот, при этом путём биохимических реакций с участием РНК и белков из мРНК удаляются участки, не кодирующие белок (интроны) и соединяются друг с другом кодирующие аминокислотную последовательность участки — экзоны.

Таким образом незрелая пре-мРНК превращается в зрелую мРНК, с которой считываются (транслируются) белки клетки. Большинство генов прокариот, кодирующих белки, не имеют интронов, поэтому у них сплайсинг пре-мРНК встречается редко.

У представителей эукариот, бактерий и архей встречается также сплайсинг транспортных РНК (тРНК)[1] и других некодирующих РНК.

1. Введение

Работа Шарпа и Робертса, опубликованная в 1977 году, показала, что гены высших организмов имеют «прерывистую» структуру: кодирующие отрезки гена перемежаются с некодирующей ДНК, которая не используется при экспрессии генов.

«Прерывистая» структура гена была обнаружена, когда аденовирусная мРНК была гибридизована с фрагментами одиночной цепи ДНК. В результате выяснилось, что мРНК-участки этих гибридных двухцепочечных молекул мРНК-ДНК содержат 5'- и 3'-концы участков, не обладающие водородными связями.

Более длинные отрезки ДНК при гибридизации закольцовывались и образовывали ответвления. Стало ясно, что эти закольцованные участки, содержащие «ненужные» последовательности, извлекаются из пре-мРНК в результате процесса, который и был назван «сплайсингом».

Впоследствии было также выяснено, что прерывистая структура крайне широко распространена у эукариотических генов.

2. Варианты сплайсинга

В природе обнаружены несколько вариантов сплайсинга. Какой из них будет проходить в каждом случае, зависит от структуры интрона и катализатора, необходимого для реакции.

3. Сплайсосомные интроны

Сплайсосомные интроны часто находятся в генах, кодирующих белки. Для сплайсинга необходимо наличие специальных 3'- и 5' — последовательностей. Важная роль в защите 5'-конца мРНК от деградации экзонуклеазами принадлежит 5'-кэпу.

Сплайсинг катализируется сплайсосомой — большим комплексом, состоящим из РНК и белков и включающим пять малых ядерных рибонуклеопротеидов (мяРНП). РНК-составляющая мяРНП взаимодействует с интроном и, возможно, участвует в катализе.

сплайсосома принимает участие в сплайсинге интронов, содержащих гуанин и урацил (GU) в 5' сайте, и аденин и гуанин (AG) в 3' сплайсинг-сайте. Она состоит из мяРНП: U1, U2, U4, U5 и U6.

4. Альтернативный сплайсинг

Пре-мРНК некоторых генов эукариот могут подвергаться альтернативному сплайсингу. При этом интроны в составе пре-мРНК вырезаются в разных альтернативных комбинациях, при которых вырезаются и некоторые экзоны.

Разные варианты альтернативного сплайсинга одной пре-мРНК могут осуществляться в разные периоды развития организма или в разных тканях, а также у разных особей одного вида [2].

Некоторые из продуктов альтернативного сплайсинга пре-мРНК нефункциональны (такой вариант альтернативного сплайсинга осуществляется у дрозофилы при определении пола), но нередко в результате альтернативного сплайсинга пре-мРНК одного гена образуются многочисленные мРНК и их белковые продукты.[3]

Показано, что у человека 94 % генов подвержено альтернативному сплайсингу (у остальных 6 % генов нет интронов). Геном круглого червя Caenorhabditis elegans по количеству генов практически не отличается от генома человека, однако альтернативному сплайсингу подвергаются пре-мРНК только 15 % генов.

Таким образом, альтернативный сплайсинг позволяет увеличить разнообразие белковых продуктов генов, не увеличивая пропорционально этому размер генома, в том числе не создавая дополнительных копий генов.

Биологический смысл альтернативного сплайсинга для многоклеточных эукариот состоит в том, что он, по-видимому, является ключевым механизмом увеличения разнообразия белков, а также позволяет осуществлять сложную систему регуляции экспрессии генов, в том числе тканеспецифической [4]

Примечания

1. tRNA Splicing — JBC — www.jbc.org/cgi/content/full/273/21/12685
2. Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes : Article : Nature — www.nature.com/nature/journal/v456/n7221/full/nature07509.

   html

3. http://elementy.ru/news/430905 — elementy.ru/news/430905 Почти все человеческие гены кодируют более одного белка
4. Function of alternative splicing. [Gene. 2005] — PubMed result — www.ncbi.nlm.nih.

   gov/pubmed/15656968

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии. Синхронизация выполнена 12.07.11 04:40:52
Похожие рефераты: Сплайсинг белков, Альтернативный сплайсинг, Сплайсинг (значения), Сплайсинг (информатика).

Категории: Цитология, Молекулярно-генетические процессы, РНК, Биокатализ, Экспрессия генов.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareA.

Cell Biology.ru

Схема сплайсинга

Многие гены состоят из экзонов — кодирующие участки и интронов – некодирующие участки. При транскрипции с гена считывается РНК несущая как экзоны, так и интроны. В процессе сплайсинга интроны вырезаются, а экзоны сшиваясь образуют зрелую РНК.
Характеристика экзонов и интронов некоторых генов.

Сплайсосомы

У эукариот в большинстве кодирующих белки РНК интроны вырезаются в сплайсосомах — комплексах, состоящих из пяти малых ядерных нуклеопротеинов (snRNP, или SNURPs — снурпс).

Интроны содержат последовательности, необходимые для вырезания — 3'-сайт (акцепторный), 5'-сайт (донорный) и бранч-сайт (см. рис.2).

РНК в snRNA взаимодействует с этими сайтами, способствуя вырезанию интронов.

рис.2 Консервативные последовательности в экзонах и интронах необходимые для сплайсинга.

Обнаружено два типа сплайсосом — большие и малые, состоящие из разных snRNP.

Большие сплайсосомы состоят из U1, U2, U4, U5 и U6 snRNP; транскрипция U1-U5 РНК осуществляется РНК-полимеразой II, а U6 — РНК полимеразой III.

Вырезают интроны имеющие GU на 5'-сайте и AG на 3'-сайте. U1 связываются с 5'-сайтом, U2 связываются с бранч-сайтом и U6. U4 ингибирует U6, инактивируя сплайсосому. U5 связывает U1 и U2 при образовании 'лассо'. При активации U6, U1 перемещается и связывает U2.

U2-U6 формируют активный католитический комплекс (см. рис.3).

рис.3 Сплайсосома и взаимодействие ее компонентов с экзонами и интронами РНК.

Малые сплайсосомы. Сплайсируют РНК, содержащие AU 3'- и AC 5'-концы интронов. Cостоят из U11, U12, U4atac, U6atac и U5 — одинакового для больших и малых сплайсосом.

рис.4 Механизм удаления интронов.

Малые РНК. sРНК 103-105 копий на клетку, обогащены урацилом U1, U2… 100-300н, кодируются в ядре, но работают как в ядре (small nuclear — SN), так и в цитоплазме (small cytoplasmic — SC)

SNURPS — РНП (рибонуклеопротеидные комплексы) в ядре.

Сплайсинг может иметь позитивную и негативную регуляцию. При позитивной регуляции из первичного транскрипта вырезается интрон при действии белка активатора. При негативной первичный транскрипт не подвергается сплайсингу при действии
белка репрессора.

Транс-сплайсинг

Транс-сплайсинг — форма
сплайсинга, при которой соединяются РНК разных транскриптов.

Альтернативный сплайсинг

mРНК кальцитонинового гена у млекопитающих (крыса) Во всех клетках есть кальцитониновый ген, но в клетках щитовидной железы он экспрессируется в виде гормона кальцитонина, а в клетках гипофиза — нейропептида CGRP (пептида, имеющего отношение к гену кальцитонина).

Ген один, а белки получаются разные в результате сплайсинга mРНК и процессинга полипептидов. В клетках других тканей этот ген не экспрессируется.

Сплайсинг осуществляется белковыми комплексами – сплайсосомами-ферменты, вырезающие и сшивающие участки про-mРНК, белки, придающие про-mРНК нужную конформацию, sPНК.

Сплайсосома связана с ферментами полиаденилирования.

рис. Схема образования различных мРНК из одного тропомиозинового гена в различных клетках.

Автосплайсинг

Автосплайсинг — вид сплайсинга, когда интроны кодируют рибозимы — РНК с каталитической активностью, выполняющие роль сплайсосомы. Имеются три группы интронов кодирующих рибозимы Group I, II и III.

Group II и III выполняют роль сплайсосомы без привлечения других белков. Автосплайсинг открыт Томасом Чеком (США) в 1982 году. Он работал с инфузорией

Tetrаchymenа thermophyla. У этой инфузории образуется 35S про-rРНК длиной 6400 нуклеотидов.

Без участия дополнительных соединений белковой природы из этой про-rРНК вырезается внутренний участок длиной в 414 нуклеотида. Два экзона сшиваются с образованием 26S rРНК. Единственное требование — определенная концентрация ионов магния.

Про-rРНК имеет третичную структуру и обладает каталитичекой активностью. Впервые было показано, что каталитической активностью

обладают не только белки.

Введение[ | ]

Работа Шарпа и Робертса, опубликованная в 1977 году, показала, что гены высших организмов имеют «прерывистую» структуру: кодирующие отрезки гена перемежаются с некодирующей ДНК, которая не используется при экспрессии генов.

«Прерывистая» структура гена была обнаружена, когда аденовирусная мРНК была гибридизована с фрагментами одиночной цепи ДНК.В результате выяснилось, что мРНК-участки этих гибридных двухцепочечных молекул мРНК-ДНК содержат 5'- и 3'-концы участков, не обладающие водородными связями.

Более длинные отрезки ДНК при гибридизации закольцовывались и образовывали ответвления. Стало ясно, что эти закольцованные участки, содержащие «ненужные» последовательности, извлекаются из пре-мРНК в результате процесса, который и был назван «сплайсингом».

Впоследствии было также выяснено, что прерывистая структура крайне широко распространена у эукариотических генов.

Варианты сплайсинга[ | ]

В природе обнаружены несколько вариантов сплайсинга. Какой из них будет проходить в каждом случае, зависит от структуры интрона и катализатора, необходимого для реакции.

Сплайсосомные интроны[ | ]

Схема сплайсинга — некодирующий белок участок РНК, интрон вырезается с образованием лариата, экзоны сшиваются

Сплайсосомные интроны часто находятся в генах, кодирующих белки. Для сплайсинга необходимо наличие специальных 3'- и 5'-последовательностей.

Важная роль в защите 5'-конца мРНК от деградации экзонуклеазами принадлежит 5'-кэпу. Сплайсинг катализируется сплайсосомой — большим комплексом, состоящим из РНК и белков и включающим пять малых ядерных рибонуклеопротеидов (мяРНП). РНК-составляющая мяРНП взаимодействует с интроном и, возможно, участвует в катализе.

сплайсосома принимает участие в сплайсинге интронов, содержащих гуанин и урацил (GU) в 5'-сайте, и аденин и гуанин (AG) в 3'-сплайсинг-сайте. Она состоит из мяРНП: U1, U2, U4, U5 и U6.

Альтернативный сплайсинг[ | ]

Основная статья: Альтернативный сплайсинг

Пре-мРНК некоторых генов эукариот могут подвергаться альтернативному сплайсингу. При этом интроны в составе пре-мРНК вырезаются в разных альтернативных комбинациях, при которых вырезаются и некоторые экзоны.

Разные варианты альтернативного сплайсинга одной пре-мРНК могут осуществляться в разные периоды развития организма или в разных тканях, а также у разных особей одного вида[2].

Некоторые из продуктов альтернативного сплайсинга пре-мРНК нефункциональны (такой вариант альтернативного сплайсинга осуществляется у дрозофилы при определении пола), но нередко в результате альтернативного сплайсинга пре-мРНК одного гена образуются многочисленные мРНК и их белковые продукты.[3]

Показано, что у человека 94 % генов подвержено альтернативному сплайсингу (у остальных 6 % генов нет интронов). Геном круглого червя Caenorhabditis elegans по количеству генов практически не отличается от генома человека, однако альтернативному сплайсингу подвергаются пре-мРНК только 15 % генов.

Таким образом, альтернативный сплайсинг позволяет увеличить разнообразие белковых продуктов генов, не увеличивая пропорционально этому размер генома, в том числе не создавая дополнительных копий генов.

Биологический смысл альтернативного сплайсинга для многоклеточных эукариот состоит в том, что он, по-видимому, является ключевым механизмом увеличения разнообразия белков, а также позволяет осуществлять сложную систему регуляции экспрессии генов, в том числе тканеспецифической[4].

Автосплайсинг[ | ]

РНК тетрахимены обладает рибозимной активностью и может сплайсировать сама себя, замыкаясь в кольцо и одним своим концом вырезая интроны из другого.

Транс-сплайсинг[ | ]

Особая форма сплайсинга у эукариот, при которой концом к концу соединяются и лигируются экзоны двух разных РНК-транскриптов.

Примечания[ | ]

Сплайсинг – это этап формирования мРНК. Механизм и биологический смысл процесса

Геном эукариотических клеток помимо информационных последовательностей (экзонов) содержит некодирующие вставки – интроны. Поэтому перед началом белкового синтеза образовавшиеся в результате транскрипции ДНК молекулы подвергаются сплайсингу.

Определение понятия

Сплайсинг – это процесс вырезания из транскрипционной РНК некодирующих участков (интронов) с последующим сшиванием экзонов, что приводит к формированию непрерывной смысловой последовательности, содержащей информацию о первичной структуре белка. Эти манипуляции осуществляются специализированными нуклеопротеидными комплексами – сплайсингосомами.

Сплайсинг – это один из этапов комплексной подготовки рибонуклеиновой кислоты к трансляции, где молекула мРНК служит матрицей, на основе которой в рибосомах по комплементарному принципу строится аминокислотная цепь.

Процессинг РНК

Процессингом называется совокупность пострнанскрипционных модификаций РНК, которые приводят ее к виду, пригодному для участия в белковом синтезе. Иными словами, это процесс превращения первичного транскрипта (пре-мРНК) в матричную РНК. Помимо сплайсинга процессинг включает в себя еще три этапа, к которым относят кэпирование, полиаденелирование и модификацию первичной структуры РНК.

Кэпирование представляет собой образование на 5´-конце РНК особой нуклеотидной последовательности, называемой кэпом (от англ. cap – кепка, шапка). Процесс начинается на этапе транскрипции и осуществляется за счет энергии GTP. Кэп защищает мРНК от нуклеаз, а также выполняет роль сигнального пептида при активации трансляции.

При полиаденелировании фермент поли(А)полимераза присоединяет к 3´-концу РНК остатки адениловой кислоты, в результате чего образуется олиго(А)фрагмент, содержащий от 100 до 250 мономеров (так называемый поли(А)-хвост). Такая конструкция обеспечивает стабильность мРНК в клетке.

Сплайсинг – это третий по очередности процесс, по завершении которого начинается редактирование РНК, включающее модификацию нуклеотидов (метилирование, дезаменирование и т. д.) и вставку внутрь цепи дополнительных азотистых оснований (чаще всего уридиловых). На этом этапе процессинг завершается, и зрелая мРНК выходит из клеточного ядра в цитоплазму.

Сплайсингосомы

В образовании сплайсингосом ключевую роль играют малые ядерные РНК (мяРНК). Из-за большого содержания уридиловых оснований они также называются uPHK (U1,U2, U3 и др.). В комплексе с ядерными белками мяРНК формируют малые рибонуклеопротеиновые частицы (мяРНП), из которых и собираются сплайсингосомы – элипсовидные частицы размером 25 × 5 мкм и коэффициентом седиментации 50-60S.

В состав сплайсингосомы млекопитающих входят 6 разновидностей мяРНК (U1–U6). Эти молекулы способны комплементарно взаимодействовать с особыми консервативными последовательностями на концах интронов: GU и AG, называемыми сайтами сплайсинга.

Это приводит к выпетливанию и удалению некодирующего участка из матричной последовательности РНК. Сборка нуклеопротеиновых частиц в единый функциональный комплекс происходит непосредственно во время сплайсинга.

Стоит отметить, что сама сплайсингосома не разрезает и не сшивает участки РНК, она лишь создает условия для определенного взаимодействия между химическими группами нуклеотидов на концах экзонов и интронов.

Возможность сплайсинга РНК во многом определяется особенностью структуры интрона: кроме консенсусных последовательностей (GU на 5´- и AG на 3´-концах) недалеко от 3´-сайта расположен адениловый нуклеотид, входящий в состав сильновырожденной пуриново-пиримидиновой последовательности (PyPyPuAPy…). А-нуклеотид принимает участие в образовании структуры типа «лассо» и называется точкой разветвления. На концах экзонов находятся гуаниновые нуклеотиды, которые в процессе сплайсинга образуют некомплементарную G-G связь.

Механизм сплайсинга основан на изменении пространственной конфигурации молекулы РНК. Вначале различные мяРНК комплементарно связываются с GU и AG-сайтами интрона.

В результате 3´-конец первого экзона оказывается рядом с адениловым нуклеотидом, и фосфодиэфирная связь на границе кодирующей и некодирующей последовательностей разрушается, заменяясь более сильным комплементарным A-G взаимодействием. Таким образом интрон образует петлю в виде лассо. Затем гидроксильная группа освободившегося конца первого экзона атакует 3´-сайт сплайсинга, отщепляя интрон и связываясь со вторым экзоном с образованием цельной РНК.

Альтернативный сплайсинг

Кодирующие участки транскрибированной РНК могут сшиваться в различных комбинациях, формируя альтернативные матричные последовательности. При этом возможно удаление некоторых экзонов или оставление интронов, которые затем участвуют в белковом синтезе.

Тип комбинации зависит от выбора сайтов сплайсинга, который регулируется различными белками. Механизм этого процесса в настоящий момент изучен недостаточно.

Таким образом, альтернативный сплайсинг представляет собой процесс формирования разных мРНК на основе одного первичного транскрипта.

У эукариот также существуют механизмы формирования альтернативных пре-РНК. К ним относят использование разных промоторов на этапе транскрипции и изменение сайтов полиаденелирования.

Ключевая роль альтернативного сплайсинга заключается в возможности синтеза нескольких изоформ белка на основе одной смысловой последовательности, что повышает информационную емкость ДНК. Так, у человека благодаря этому механизму 20·103 генов кодируют около 105 типов белков.

1. Введення

Робота Шарпа і Робертса, опублікована в 1977, показала, що гени вищих організмів мають «переривчасту» структуру: кодують відрізки гена перемежовуються з некодирующей ДНК, яка не використовується при експресії генів.

«Переривчаста» структура гена була виявлена, коли аденовірусна мРНК була гібрідізована з фрагментами одиночній ланцюга ДНК.

У результаті з'ясувалося, що мРНК-ділянки цих гібридних дволанцюжкових молекул мРНК-ДНК містять 5'-і 3'-кінці ділянок, що не володіють водневими зв'язками. Більш довгі відрізки ДНК при гібридизації закільцьовує і утворювали відгалуження.

Стало ясно, що ці закільцьовані ділянки, що містять «непотрібні» послідовності, витягуються з пре-мРНК в результаті процесу, який і був названий «сплайсингу». Згодом було також з'ясовано, що переривчаста структура вкрай широко поширена у еукаріотичних генів.

2. Варіанти сплайсингу

У природі виявлено кілька варіантів сплайсингу. Який з них буде проходити в кожному випадку, залежить від структури інтрони і каталізатора, необхідного для реакції.

3. Сплайсосомние інтрони

Сплайсосомние інтрони часто знаходяться в генах, що кодують білки. Для сплайсингу необхідна наявність спеціальних 3'-і 5 '- послідовностей. Важлива роль у захисті 5'-кінця мРНК від деградації екзонуклеазамі належить 5'-Кепу.

Сплайсинг каталізується сплайсосомой — великим комплексом, що складається з РНК і білків і включає п'ять малих ядерних рібонуклеопротеідов (мяРНП). РНК-складова мяРНП взаємодіє з інтрони і, можливо, бере участь у каталізі.

Виявлені два типи сплайсосом (головна і додаткова), що відрізняються по вхідних в їх склад мяРНП.

Головна сплайсосома бере участь у сплайсинге інтронів, що містять гуанін і урацил (GU) в 5 'сайті, і аденін і гуанін (AG) в 3' сплайсинг-сайті. Вона складається з мяРНП: U1, U2, U4, U5 і U6.

4. Альтернативний сплайсинг

Пре-мРНК деяких генів еукаріотів можуть піддаватися альтернативному сплайсингу. При цьому інтрони в складі пре-мРНК вирізаються в різних альтернативних комбінаціях, при яких вирізуються і деякі екзонів.

Різні варіанти альтернативного сплайсингу однієї пре-мРНК можуть здійснюватися в різні періоди розвитку організму або в різних тканинах, а також у різних особин одного виду [2].

Деякі з продуктів альтернативного сплайсингу пре-мРНК нефункціональні (такий варіант альтернативного сплайсингу здійснюється у дрозофіли при визначенні статі), але нерідко в результаті альтернативного сплайсингу пре-мРНК одного гена утворюються численні мРНК і їх білкові продукти. [3] Показано, що у людини 94% генів схильне альтернативному сплайсингу (у решти 6% генів немає інтронів). Геном круглого хробака Caenorhabditis elegans за кількістю генів практично не відрізняється від генома людини, однак альтернативному сплайсингу піддаються пре-мРНК тільки 15% генів.

Таким чином, альтернативний сплайсинг дозволяє збільшити різноманітність білкових продуктів генів, не збільшуючи пропорційно цьому розмір генома, у тому числі не створюючи додаткових копій генів.

Біологічний сенс альтернативного сплайсингу для багатоклітинних еукаріотів полягає в тому, що він, мабуть, є ключовим механізмом збільшення різноманітності білків, а також дозволяє здійснювати складну систему регуляції експресії генів, в тому числі тканеспеціфіческой [4]

Примітки