Сплайсинг РНК: механизм и значение¶

Сплайсинг РНК — это процесс удаления из первичного транскрипта (пре-мРНК) некодирующих участков — интронов — и соединения кодирующих последовательностей — экзонов — в единую зрелую матричную РНК. Реакция происходит в клеточном ядре эукариот и катализируется крупным рибонуклеопротеиновым комплексом — сплайсосомой. Сплайсинг относится к ключевым этапам созревания (процессинга) РНК наряду с кэпированием и полиаденилированием и обеспечивает формирование непрерывной белок-кодирующей рамки.

¶История открытия

Существование интронов было предсказано в 1977 году независимо группами Филипа Шарпа и Ричарда Робертса при изучении аденовируса: выяснилось, что мРНК короче соответствующего участка ДНК. За это открытие оба учёные получили Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 1993 году. Позднее были описаны механизм реакции и роль малых ядерных РНК.

¶Механизм

Сплайсинг протекает в две последовательные транcэстерификационные реакции.

1. Первая реакция. Аденозин в точке ветвления интрона атакует 5′-сайт сплайсинга; разрывается связь между экзоном 1 и интроном, а сам интрон образует петлю (ларсообразную структуру).
2. Вторая реакция. Освобождённый 3′-гидроксил экзона 1 атакует 3′-сайт сплайсинга, экзоны соединяются, а интрон вырезается в виде лассо.

Границы интронов распознаются по консервативным последовательностям: GU на 5′-конце и AG на 3′-конце (правило GU—AG), а также по точке ветвления и пиримидиновому тракту. Реакцию катализирует сплайсосома — комплекс из малых ядерных рибонуклеопротеинов (snRNP: U1, U2, U4, U5, U6) и вспомогательных белков. Сборка сплайсосомы идёт через ряд промежуточных комплексов (E, A, B, C).

¶Основные типы

Отдельно выделяют альтернативный сплайсинг — образование из одного пре-мРНК нескольких разных мРНК за счёт выбора разных комбинаций экзонов. Он лежит в основе белкового разнообразия: у человека более 90 % генов подвержены альтернативному сплайсингу.

¶Значение

• Белковое разнообразие. Число белков превышает число генов; альтернативный сплайсинг позволяет кодировать разные изоформы.
• Регуляция экспрессии. Через выбор сайтов сплайсинга клетка управляет набором синтезируемых белков в разных тканях и на разных стадиях развития.
• Эволюция. Интроны и экзонная перетасовка способствуют появлению новых генов.
• Медицина. Мутации сайтов сплайсинга вызывают наследственные болезни (например, бета-талассемию, спинальную мышечную атрофию). Нарушения сплайсинга связаны с онкологическими заболеваниями, что делает компоненты сплайсосомы мишенями для лекарств.

¶Регуляция и связь с болезнями

Точность сплайсинга обеспечивают регуляторные белки: SR-белки (активаторы) и hnRNP (репрессоры), связывающиеся с энхансерами и сайленсерами сплайсинга. Сбои в их работе или в структуре snRNP приводят к накоплению дефектных РНК. Пример заболевания — спинальная мышечная атрофия, при которой дефект гена SMN1 частично компенсируется за счёт модификации сплайсинга гена-паралога SMN2; на этом основан ряд терапевтических подходов.