Сплайсосома

редактировать
Молекулярная машина, удаляющая интронную РНК из первичного транскрипта

A сплайсосома - большая и сложная, обнаруженная в основном в ядро ​​ эукариотических клеток. Сплайсосома собирается из малых ядерных РНК (мяРНК ) и примерно 80 белков. Сплайсосома удаляет интроны из транскрибируемой пре-мРНК, типа первичного транскрипта. Этот процесс обычно называют соединением. Аналогия - редактор фильма, который выборочно вырезает нерелевантный или неправильный материал (эквивалент интронов ) из первоначального фильма и отправляет очищенную версию режиссеру для окончательного монтажа.

Цикл сплайсосомного сплайсинга

Содержание

  • 1 История
  • 2 Состав
  • 3 Альтернативный сплайсинг
  • 4 Сборка
  • 5 Незначительная сплайсосома
  • 6 Ссылки
  • 7 Дополнительная литература
  • 8 Внешние ссылки

История

В 1977 году работа лабораторий Шарпа и Робертса показала, что гены высших организмов «разделены» или присутствуют в нескольких отдельные сегменты вдоль молекулы ДНК. 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. Было обнаружено, что мРНК гибридов мРНК-ДНК содержат хвосты 5 ' и 3' областей, не связанных водородными связями. Когда использовались более крупные фрагменты вирусной ДНК, при гибридизации с вирусными мРНК наблюдались разветвленные структуры петлевой ДНК. Было обнаружено, что петлевые области, интроны, вырезаются из мРНК-предшественников в процессе, который Шарп назвал «сплайсинг». Впоследствии было обнаружено, что структура расщепленного гена является общей для большинства генов эукариот. Филип Шарп и Ричард Дж. Робертс были удостоены Нобелевской премии 1993 года по физиологии и медицине за открытие интронов и процесса сплайсинга.

Состав

Каждая сплайсосома состоит из пяти малых ядерных РНК (мяРНК) и ряда связанных белковых факторов. Когда эти малые РНК объединяются с белковыми факторами, они образуют комплексы РНК-белок, называемые snRNPs (small n uclear r ibo n ucleo p roteins, произносится как «snurps»). МяРНК, составляющие основную сплайсосому, названы U1, U2, U4, U5 и U6, так называемые, потому что они богаты уридином и участвуют в нескольких РНК-РНК и РНК-белках. взаимодействия.

Каноническая сборка сплайсосомы происходит заново на каждой пре-мРНК (также известной как гетерогенная ядерная РНК). Пре-мРНК содержит определенные элементы последовательности, которые распознаются и используются во время сборки сплайсосом. 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'-конце сайта сплайсинга и AG на 3'-концевом сайте сплайсинга. 3'-сайт сплайсинга может быть дополнительно определен переменной длиной полипиримидинов, называемой полипиримидиновым трактом (PPT), который выполняет двойную функцию: рекрутируя факторы в 3'-сайт сплайсинга и, возможно, рекрутируя факторы в (БПС). BPS содержит консервированный аденозин, необходимый для первого этапа сплайсинга.

Многие белки обладают мотивом связывания цинка, что подчеркивает важность цинка в механизме сплайсинга. О первой реконструкции с молекулярным разрешением тройного комплекса малых ядерных рибонуклеопротеидов U4 / U6.U5 (tri-snRNP) было сообщено в 2016 году.

Рисунок 1. Выше электронная микроскопия поля отрицательно окрашенных дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) три-мяРНП. Внизу слева схематично 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 сплайсосомы как у дрожжей, так и у людей. Молекулярный каркас сплайсосомы с разрешением, близким к атомному, демонстрирует, что компонент Spp42 U5 snRNP образует центральный каркас и заякоривает 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.

Альтернативный сплайсинг

Альтернативный сплайсинг (повторная комбинация различных экзонов ) является основным источником генетического разнообразия у эукариот. Варианты сплайсинга были использованы для учета относительно небольшого количества белков, кодирующих гены в геноме человека. В течение многих лет оценки широко варьировались, с максимальными оценками, достигающими 100 000 генов, кодирующих белок, но теперь, благодаря Проекту генома человека, эта цифра, как полагают, приблизилась к 20 000. Один конкретный ген дрозофилы (Dscam, гомолог дрозофилы молекулы адгезии клеток DSCAM человека с синдромом Дауна) может быть альтернативно сплайсирован в 38000 различных мРНК.

сборки

Модель образования 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. Коммитирующий комплекс представляет собой АТФ-независимый комплекс, который связывает пре-мРНК с путем сплайсинга. U2 snRNP рекрутируется в область ответвления посредством взаимодействий с компонентом E комплекса 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.

Наличие 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, вызванная псевдоуридином, помещает 2'-ОН выпуклого аденозина в благоприятное положение для первой стадии сплайсинга. U4 / U5 / U6 tri-snRNP (см. Рисунок 1) рекрутируется в собирающуюся сплайсосому с образованием комплекса B, и после нескольких перестроек комплекс C активируется для катализа. 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, а белковые компоненты U5 взаимодействуют с 3'-участками сайта сплайсинга.

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

Внутри мяРНК U2 существуют другие взаимоисключающие перестройки, которые происходят между конкурирующими конформациями. Например, в активной форме предпочтительна петля ствола IIa; в неактивной форме преобладает взаимоисключающее взаимодействие между петлей и последующей последовательностью. Неясно, как U4 вытесняется из U6 snRNA, хотя РНК участвует в сборке сплайсосом и может действовать, чтобы раскручивать U4 / U6 и способствовать 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. Освобожденная область петли стебля I пар оснований U6 с мяРНК U2, образующая спираль I U2 / U6. Однако структура спирали I является взаимоисключающей с 3'-половиной внутренней 5'-области петли стебля мяРНК U2.

Минорная сплайсосома

Некоторые эукариоты имеют вторую сплайсосому, так называемую минорную сплайсосому. Группа менее распространенных мяРНК, U11, U12, U4atac и U6atac вместе с U5 являются субъединицами минорной сплайсосомы. который сплайсирует редкий класс интронов пре-мРНК, обозначенный как U12-тип. Минорная сплайсосома расположена в ядре, как и ее основная копия, хотя есть исключения в некоторых специализированных клетках, включая безъядерные тромбоциты и дендроплазму (дендрит цитоплазма) нейрональных клеток.

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с сплайсосомами.
Последняя правка сделана 2021-06-09 03:12:41
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте