Основы молекулярной биологии - В.И. Резяпкин 2009

РНК, Процессинг РНК
Процессинг РНК

Процессингу подвергаются различные виды РНК: иРНК, рРНК, тРНК и др. Наиболее ярко постранскрипционные модификации РНК выражены у эукариот. У прокариот процессинг РНК необходим при образовании зрелых молекул рРНК и тРНК.

Сплайсинг

Многие гены эукариот состоят из экзонов - кодирующих последовательностей и интронов - некодирующих последовательностей. При транскрипции таких генов считывается РНК, содержащая в своем составе как экзоны, так и интроны. Образовавшийся первичный транскрипт, подвергается процессингу, в результате которого интроны вырезаются, а экзоны, сшиваясь, образуют зрелую РНК (рис.5.12). Данный процесс получил название сплайсинг.

Рис. 5.12. Сплайсинг.

Сплайсингу подвергаются предшественники различных эукариотических РНК: иРНК, тРНК, рРНК.

У эукариот в предшественниках иРНК (пре-РНК) интроны вырезаются в сплайсосомах - комплексах, состоящих из мяРНК и белков. Интроны на границах с экзонами имеют канонические последовательности на 5’-конце - ГУ, на 3’-конце - АГ. Они также содержат последовательности, необходимые для удаления: акцепторный сайт, донорный сайт и бранч-сайт (рис.5.13). мяРНК в соответствии с правилом комплементарности и белки, взаимодействуя с этими сайтами, обеспечивают удаление ин- тронов.

Рис. 5.13. Структура интрона

Процесс удаления интронов включает (рис. 5.14):

a) разрыв молекулы РНК на границе интрон-экзон со стороны 5’-конца интрона;

b) образование сложнофирных связей между фосфатной группой первого нуклеотида интрона (Г) и гидроксильной группой рибозы (у 2’ атома углерода) аденозина, входящего в состав бранч-сайта. Сформировавшаяся структура напоминает лассо;

c) удаление и последующее разрушение интрона;

d) воссоединение экзонов посредством образования фосфодиэфирных связей.

Рис. 5.14. Механизм удаления интронов

Следует также отметить, что у первичных транскриптов в митохондриях и хлоропластах, а также у предшественников дрожжевых тРНК канонические последовательности ГУ- АГ на границе интрон-экзон отсутствуют.

Альтернативный сплайсинг

Определенные полинуклеотидные последовательности РНК в одних случаях могут выступать в качестве интрона, в других - в качестве экзона. В связи с этим сплайсинг РНК может осуществляться альтернативными путями (рис. 5.15). Образовавшиеся в результате альтернативного сплайсинга зрелые РНК будут отличаться друг от друга первичной структурой. Такие РНК будут иметь как идентичные, так и свои собственные фрагменты полинуклеотидных последовательностей.

Рис. 5.15. Альтернативный сплайсинг

Альтернативный сплайсинг обеспечивает образования разнообразных белков с одного и того же первичного транскрипта. Например, в клетках щитовидной железы в результате транскрипции определенного гена и последующего сплайсинга образуется иРНК, служащая матрицей для синтеза гормона кальцитонина, ответственного за регуляцию обмена кальция. В мозге же из первичного транскрипта, считанного с этого же гена, вследствие альтернативного варианта сплайсинга образуется иРНК, кодирующая белок, отвечающий за восприятие вкуса.

В случае альтернативного сплайсинга экзоны обычно выстраиваются в той же ориентации, в какой они располагались в гене.

Транс-сплайсинг - форма сплайсинга, при которой соединяются экзоны разных РНК (рис. 5.16).

Рис. 5.16. Транссплайсинг

Аутосплайсинг (самосплайсинг) - сплайсинг первичного транскрипта РНК, происходящий без участия каких-либо ферментов, т.е. РНК сама является катализатором этого процесса. Так у инфузории Tetrachymena thermophyla образуется 35S предшественник рРНК (пре-рРНК) длиной 6400 нуклеотидов. Без участия белков из этой пре-рРНК вырезается интрон длиной 414 нуклеотидов. При этом два экзона сшиваются с образованием 26S рРНК. Для протекания сплайсинга необходимо присутствие нуклеотида содержащего гуанин (ГТФ, или ГДФ, или ГМФ, или гуанозин). На 3’-гидроксильную группу этого гуанинового нуклеотида переносится фосфатная группа 5’-конца интрона. Затем образовавшаяся на конце первого экзона 3’-гидроксильная группа используется для присоединения к 5’-концу второго экзона посредством фосфодиэфрной связи. Вырезание интрона сопровождается его циклизацией и удалением из его состава небольшого фрагмента, содержащего тот гуаниновый нуклеотид, который использовался для инициации сплайсинга (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Аутосплайсинг рРНК у Tetrachymena thermophyla

Интроны, аналогичные нитронам Tetrachymena thermophyla, встречаются в пре-рРНК митохондрий, хлоропластов, грибов.