Сравнение полиаденилирования мРНК у эукариот и прокариот

Сплайсинг. Мозаичная интрон-экзонная структура генов эукариот предполагает функционирование механизма, который бы распознавал интроны в предшественниках РНК и с высокой точностью удалял их. Действительно, в 1977 г. такой процесс был обнаружен, он получил название сплайсинга (от англ. splice – соединять концами) и с тех пор интенсивно исследуется.

Удаление последовательностей интронов с помощью сплайсинга происходит в ядрах эукариот сразу после завершения синтеза пре-РНК. В сплайсинге, как правило, участвуют особые рибонуклеопротеиновые (РНП)-частицы – малые ядерные РНП (мяРНП), в состав которых входят мяРНК U1–U6 и многочисленные белки. Эти РНП-частицы на стыках интронов и экзонов образуют функциональный комплекс, получивший название сплайсомы. Однако не все интроны для своего удаления требуют функционирования такого сложного аппарата. В частности, интроны предшественников тРНК у эукариот удаляются с участием более простого набора ферментов, а для вырезания некоторых интронов не требуется никаких дополнительных компонентов, кроме самих предшественников РНК. Последний процесс получил название аутосплайсинга (self-splicing). Поскольку механизмы химических реакций, происходящих в ходе аутосплайсинга, реализуются и при функционировании сплайсомы, они будут рассмотрены более подробно в следующем разделе.

В заключение этого краткого введения определим с помощью приведенной ниже схемы термины, которые будут использоваться при обсуждении механизмов сплайсинга.

5’-Концевой сайт Точка 3’-Концевой сайт

сплайсинга разветвления сплайсинга

¯ ¯ ¯

5’– éэкзон 1ù GUAUGU__...__UACUA A C__...__(Py)_nAG éэкзон 2ù –3’

ï-----------------------Интрон---------------------®ê

На схеме изображен интрон, соединяющий два соседних экзона в предшественнике мРНК дрожжей. В общих чертах та же структура характерна и для пре-мРНК высших организмов. Места соединения интронов и экзонов, в которых происходит разрыв фосфодиэфирных связей пре-мРНК во время сплайсинга, в зависимости от их положения в интроне называют 5’- или 3’-концевыми сайтами сплайсинга. Полипиримидиновая последовательность (Py)_n перед 3'-концевым сайтом сплайсинга существенна для правильного вырезания интронов. Остаток аденозина в консервативной последовательности нуклеотидов интрона, расположенный ближе к его 3’-концу, получил название точки разветвления (branch point). Именно с этим аденозином ковалентно соединяется 5’-конец интрона, освобождающийся на первом этапе сплайсинга с образованием структуры типа "лассо" (lariat) (см. ниже). Первичная структура указанных сайтов мало консервативна в генах, кодирующих ядерные пре-мРНК, и может значительно варьировать даже у интронов одного и того же организма. В зависимости от механизма вырезания интронов и особенностей их пространственной структуры различают интроны групп I, II и III, интроны ядерных РНК, а также твинтроны – интроны, расположенные внутри интронов.

Аутосплайсинг интронов групп I, II и III. Открытие интронов, удаляющихся из пре-РНК в результате аутокаталитического процесса – аутосплайсинга, имело далеко идущие последствия для развития фундаментальных и прикладных исследований в молекулярной генетике и породило целое направление с использованием рибозимов (подробнее см. раздел 9.2). Такие интроны впервые были обнаружены в органеллах высших организмов, но вскоре было продемонстрировано их широкое распространение в природе. Исследование молекулярных механизмов аутосплайсинга показало, что хотя все вышеупомянутые интроны в сплайсинге используют одни и те же реакции трансэтерификации:

О^- О^-

½ ½

R–OH + R’–O–P–OR’’ ® R–O–P–OR’’ + R’–OH,

║ ║

О О

детали механизмов для интронов групп I, II и III различны.

На рис. I.15, а,б изображены структурные особенности интронов I–III групп. Интроны группы I образуют наиболее сложные вторичные и третичные структуры. Они обнаружены в предшественниках РНК простейшего Tetrahymena thermophila и удаляются из них с использованием приведенного в табл. I.10 механизма.

Таблица I.10