Процессинг и сплайсинг РНК

Как первичный транскрипт кэпируется, сплайсируется и полиаденилируется, превращаясь в зрелую матричную РНК, и как альтернативный сплайсинг расширяет белковый выход генома.

Definition

Процессинг РНК — это совокупность модификаций, которые созревают первичный транскрипт, главным образом добавление 5'-кэпа, удаление интронов путем сплайсинга и 3'-расщепление и полиаденилирование; сплайсинг — это точное вырезание интронов и лигирование экзонов, осуществляемое сплайсосомой.

Scope

Эта тема охватывает ко- и посттранскрипционные модификации, которые превращают эукариотический первичный транскрипт в функциональную мРНК: кэпирование 5'-конца, удаление интронов и соединение экзонов сплайсосомой, а также 3'-расщепление и полиаденилирование. Она также охватывает альтернативный сплайсинг как источник разнообразия белков. Процессинг некодирующих РНК упоминается, но более подробно рассматривается в разделе «Биология РНК».

Core questions

• Почему эукариотические гены прерываются интронами и как они удаляются?
• Какие модификации защищают и определяют концы мРНК?
• Как сплайсосома точно распознает границы экзон-интрон?
• Как альтернативный сплайсинг позволяет одному гену кодировать несколько белков?

Key theories

Организация расщепленных генов

Эукариотические белок-кодирующие последовательности прерываются интронами, которые транскрибируются, но удаляются из зрелой мРНК, — открытие, установившее, что гены и их конечные транскрипты не являются колинеарными.

Альтернативный сплайсинг как генератор разнообразия

Соединяя различные комбинации экзонов из одного первичного транскрипта, альтернативный сплайсинг позволяет одному гену кодировать несколько различных белков, значительно расширяя сложность протеома.

Mechanisms

По мере транскрипции новорожденный транскрипт получает модифицированный 5'-кэп, который защищает его и способствует последующим этапам. Интроны удаляются сплайсосомой — комплексом малых ядерных рибонуклеопротеинов, который распознает последовательности сайтов сплайсинга, сближает концы интрона и катализирует две реакции переэтерификации, которые вырезают интрон в виде лариата и соединяют фланкирующие экзоны. 3'-конец образуется путем расщепления по сигналу полиаденилирования с последующим добавлением поли(А)-хвоста. Регулируемое использование альтернативных сайтов сплайсинга приводит к образованию различных зрелых мРНК из одного транскрипта.

Clinical relevance

Мутации, нарушающие сайты сплайсинга или факторы сплайсинга, вызывают многочисленные генетические заболевания, и для некоторых из них были разработаны сплайсинг-направленные методы терапии; представлено как значимость, а не как клиническое руководство.

History

Открытие расщепленных генов группами Шарпа и Робертса в 1977 году опровергло предположение о колинеарности генов и мРНК и положило начало изучению сплайсинга; впоследствии были охарактеризованы сплайсосома и альтернативный сплайсинг, работа, отмеченная Нобелевской премией по физиологии или медицине 1993 года.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts

Seminal works

• berget1977
• lodish2016

Frequently asked questions

В чем разница между интроном и экзоном?

Интроны — это промежуточные последовательности, удаляемые из первичного транскрипта во время сплайсинга; экзоны — это сегменты, сохраняемые и соединяемые вместе в зрелой мРНК.

Почему 5'-кэп важен?

Он защищает мРНК от деградации и распознается аппаратом, который экспортирует, а затем транслирует сообщение.