Сплайсинг РНК и альтернативный сплайсинг

Сплайсинг — это процесс, который удаляет интроны из пре-мРНК и объединяет оставшиеся экзоны в непрерывную кодирующую последовательность. Когда одна и та же пре-мРНК может быть сплайсирована более чем одним способом (альтернативный сплайсинг), один ген может давать начало множеству различных мРНК и белков, значительно расширяя кодирующую способность генома и обеспечивая основной уровень регуляции генов.

Definition

Сплайсинг РНК — это удаление интронов и лигирование экзонов в пре-мРНК для формирования зрелой кодирующей последовательности; альтернативный сплайсинг — это регулируемое использование различных сайтов сплайсинга, так что один ген дает начало множеству изоформ мРНК и белков.

Scope

Эта тема охватывает химию и механизм сплайсинга пре-мРНК сплайсосомой, паттерны и регуляцию альтернативного сплайсинга, его вклад в разнообразие протеома, а также самосплайсирующиеся интроны как каталитические прецеденты. Она рассматривает сплайсинг как регуляторную и структурную тему в рамках молекулярной биологии и является справочно-образовательной, а не клиническим руководством.

Core questions

• Как сплайсосома распознает границы экзон-интрон и катализирует удаление интронов?
• Как альтернативный сплайсинг позволяет одному гену кодировать множество белков?
• Какие сигналы и регуляторные белки контролируют, какие сайты сплайсинга используются?
• Как ошибки сплайсинга и его дисрегуляция способствуют развитию заболеваний?

Key concepts

• Интроны и экзоны
• Сплайсосома (малые ядерные рибонуклеопротеины)
• 5'- и 3'-сайты сплайсинга и точка ветвления
• Пропуск экзонов и альтернативный выбор сайта сплайсинга
• Регуляторные белки сплайсинга (например, семейства SR и hnRNP)
• Разнообразие изоформ и расширение протеома
• Самосплайсирующиеся интроны

Key theories

Каталитическая РНК в сплайсинге

Открытие того, что интрон группы I может вырезать себя без белка, установило, что РНК может катализировать химию фосфорилтрансфера сплайсинга, предвосхищая РНК-центрированное каталитическое ядро сплайсосомы.

Mechanisms

Большая часть сплайсинга пре-мРНК осуществляется сплайсосомой — большим динамическим комплексом малых ядерных рибонуклеопротеинов и белков, который собирается на каждом интроне, распознает 5'-сайт сплайсинга, точку ветвления и 3'-сайт сплайсинга, и катализирует две реакции переэтерификации, которые вырезают интрон в виде лариата и соединяют фланкирующие экзоны. Выбор сайтов не является фиксированным: регуляторные белки, связывающиеся с энхансерными и сайленсерными последовательностями, смещают механизм в сторону включения или пропуска определенных экзонов, производя альтернативные изоформы специфичным для типа клеток и стадии развития образом. В геномах позвоночных альтернативный сплайсинг широко распространен и является основным источником разнообразия транскриптома и протеома. Химия сплайсинга имеет каталитический РНК-прецедент в самосплайсирующихся интронах, которые удаляют себя без участия сплайсосомы.

Clinical relevance

Мутации, нарушающие сайты сплайсинга или регуляторы сплайсинга, вызывают или модифицируют многие генетические заболевания и виды рака, а молекулы, модулирующие сплайсинг, стали терапевтической стратегией. Эта статья представляет биологию как образовательную основу и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Открытие в конце 1970-х годов того, что гены разделены на экзоны и интроны, подразумевало механизм удаления интронов, и впоследствии сплайсосома была охарактеризована как машина, ответственная за это. Признание того, что сплайсинг может происходить по альтернативным паттернам, превратило его из простого этапа созревания в центральный регуляторный механизм, а полногеномные исследования позже показали, насколько широко транскриптомы позвоночных используют его. Более раннее открытие самосплайсирующихся интронов показало, что лежащая в основе химия может быть катализирована РНК.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Thomas Cech
• Adrian Krainer
• Benjamin Blencowe

Seminal works

• kruger-1982
• nilsen-2010
• barbosa-morais-2012

Frequently asked questions

В чем разница между сплайсингом и альтернативным сплайсингом?

Сплайсинг удаляет интроны и соединяет экзоны для формирования зрелой мРНК; альтернативный сплайсинг — это когда одна и та же пре-мРНК сплайсируется более чем одним способом, так что один ген может производить несколько различных изоформ мРНК и белков.

Какая машина осуществляет большую часть сплайсинга пре-мРНК?

Сплайсосома — большой комплекс малых ядерных рибонуклеопротеинов и ассоциированных белков, который распознает сайты сплайсинга и катализирует удаление интронов.