ГЕНЕТИКА - Підручник - А.В. Сиволоб - 2008

РОЗДІЛ 2. Експресія генів

ЕКСПРЕСІЯ ГЕНІВ В ЕУКАРІОТІВ

Елонгація транскрипції, процесинг і термінація синтезу мРНК

Після синтезу перших 20-30 нуклеотидів до С-кінцевого домену РНК-полімерази (який узагалі служить платформою для збирання всієї машинерії процесингу) рекрутуються ферменти, які здійснюють певну хімічну модифікацію 5'-кінцевого нуклеотиду мРНК з утворенням кепу (cap). Функціональне значення кепу є багатоплановим: незвичайна будова 5'-кінця захищає його від нуклеазної деградації, він приймає участь у транспорті мРНК до цитоплазми та в ініціації трансляції, а також стимулює інші реакції процесингу.

Далі під час елонгації транскрипції, негайно після синтезу чергового інтрона, на С-кінцевому домені відбувається збирання мультимолекулярної структури, яка називається сплайсосомою (рис. 2.13). Компонентами сплайсосоми є сам інтрон, білки та п'ять типів маленьких ядерних РНК. Призначення сплайсосоми полягає у здійсненні сплайсингу - вирізання інтронів і зшивання екзонів, у результаті чого мРНК стає копією лише кодуючої частини гена або її фрагментів: сплайсинг часто може здійснюватися кількома альтернативними шляхами (альтернативний сплайсинг, див. рис. 1.9).

Ключову роль у визначенні просторової структури, формуванні та функціонуванні сплайсосоми, яка утворюється окремо на кожному черговому інтроні, відіграють маленькі ядерні РНК: саме вони впізнають межі інтронів та екзонів, а також забезпечують каталіз реакцій сплайсингу (як і в рибосомі, каталіз у даному випадку здійснюється

молекулами РНК). Роль сплайсосомних білків зводиться до стабілізації структури сплайсосоми, сприяння перебудовам цієї структури під час здійснення операцій сплайсингу, а також регуляції сплайсингу - блокування чи підсилення ефективності збирання сплайсосоми на даному інтроні білками-регуляторами сплайсингу. Наявність певного набору таких регуляторів і визначає, головним чином, вибір того чи іншого шляху альтернативного сплайсингу.

Рис. 2.13. Синхронізація транскрипції та процесингу мРНК.

Швидкість збирання сплайсосом визначається швидкістю транскрипції. З іншого боку, зі сплайсосомою взаємодіють фактори елонгації транскрипції - наявність сплайс-сайта (межі між інтроном і екзоном) сприяє прискоренню руху полімерази. Такий процес синтезу РНК та її сплайсингу продовжується до моменту, поки в складі премРНК не з'являється специфічна послідовність - сигнал термінації.

Останньою подією процесингу, тісно узгодженою з термінацією транскрипції, є поліаденілування 3'-кінця мРНК - приєднання до З'-кінцевого нуклеотиду polyA-послідовності. Сигнал термінації транскрипції та поліаденілування (polyA-сигнал) складається з двох елементів послідовності, які розпізнаються певним набором білкових факторів. Після впізнання polyA-сигналу, поки РНК-полімераза продовжує синтез РНК за сигналом (до 1 тис. нуклеотидів), до мультибілкового комплексу, який збирається на polyA-сигналі, долучаються polyA-полімераза та фактори розрізання мРНК. Збирання комплексу стимулюється зв'язаними з кепом білками, а також сплайсосомою на останньому інтроні - сплайсинг останнього інтрона й розрізання / поліаденілування РНК здійснюються одночасно та стимулюють одне одного (рис. 2.13).

У межах другого елемента послідовності polyA-сигналу міститься консервативний динуклеотид, у якому відбувається розрізання. До 3'-кінця, що виник унаслідок розрізу, polyA-полімераза приєднує один за одним 100-200 аденінових нуклеотидів. Розрізання / поліаденілу- вання РНК є тригером термінації транскрипції. Упізнання polyA-сигналу індукує конформаційні зміни в полімеразному комплексі, які приводять до зниження спорідненості полімерази до ДНК і транскрипту (рис. 2.13).