СПЛАЙСИНГ

Сплайсинг – это этап формирования мРНК. Механизм и биологический смысл процесса

СПЛАЙСИНГ

Геном эукариотических клеток помимо информационных последовательностей (экзонов) содержит некодирующие вставки – интроны. Поэтому перед началом белкового синтеза образовавшиеся в результате транскрипции ДНК молекулы подвергаются сплайсингу.

Определение понятия

Сплайсинг – это процесс вырезания из транскрипционной РНК некодирующих участков (интронов) с последующим сшиванием экзонов, что приводит к формированию непрерывной смысловой последовательности, содержащей информацию о первичной структуре белка. Эти манипуляции осуществляются специализированными нуклеопротеидными комплексами – сплайсингосомами.

Сплайсинг – это один из этапов комплексной подготовки рибонуклеиновой кислоты к трансляции, где молекула мРНК служит матрицей, на основе которой в рибосомах по комплементарному принципу строится аминокислотная цепь.

Процессинг РНК

Процессингом называется совокупность пострнанскрипционных модификаций РНК, которые приводят ее к виду, пригодному для участия в белковом синтезе. Иными словами, это процесс превращения первичного транскрипта (пре-мРНК) в матричную РНК. Помимо сплайсинга процессинг включает в себя еще три этапа, к которым относят кэпирование, полиаденелирование и модификацию первичной структуры РНК.

Кэпирование представляет собой образование на 5´-конце РНК особой нуклеотидной последовательности, называемой кэпом (от англ. cap – кепка, шапка). Процесс начинается на этапе транскрипции и осуществляется за счет энергии GTP. Кэп защищает мРНК от нуклеаз, а также выполняет роль сигнального пептида при активации трансляции.

При полиаденелировании фермент поли(А)полимераза присоединяет к 3´-концу РНК остатки адениловой кислоты, в результате чего образуется олиго(А)фрагмент, содержащий от 100 до 250 мономеров (так называемый поли(А)-хвост). Такая конструкция обеспечивает стабильность мРНК в клетке.

Сплайсинг – это третий по очередности процесс, по завершении которого начинается редактирование РНК, включающее модификацию нуклеотидов (метилирование, дезаменирование и т. д.) и вставку внутрь цепи дополнительных азотистых оснований (чаще всего уридиловых). На этом этапе процессинг завершается, и зрелая мРНК выходит из клеточного ядра в цитоплазму.

Сплайсингосомы

В образовании сплайсингосом ключевую роль играют малые ядерные РНК (мяРНК). Из-за большого содержания уридиловых оснований они также называются uPHK (U1,U2, U3 и др.). В комплексе с ядерными белками мяРНК формируют малые рибонуклеопротеиновые частицы (мяРНП), из которых и собираются сплайсингосомы – элипсовидные частицы размером 25 × 5 мкм и коэффициентом седиментации 50-60S.

В состав сплайсингосомы млекопитающих входят 6 разновидностей мяРНК (U1–U6). Эти молекулы способны комплементарно взаимодействовать с особыми консервативными последовательностями на концах интронов: GU и AG, называемыми сайтами сплайсинга.

Это приводит к выпетливанию и удалению некодирующего участка из матричной последовательности РНК. Сборка нуклеопротеиновых частиц в единый функциональный комплекс происходит непосредственно во время сплайсинга.

Стоит отметить, что сама сплайсингосома не разрезает и не сшивает участки РНК, она лишь создает условия для определенного взаимодействия между химическими группами нуклеотидов на концах экзонов и интронов.

Возможность сплайсинга РНК во многом определяется особенностью структуры интрона: кроме консенсусных последовательностей (GU на 5´- и AG на 3´-концах) недалеко от 3´-сайта расположен адениловый нуклеотид, входящий в состав сильновырожденной пуриново-пиримидиновой последовательности (PyPyPuAPy…). А-нуклеотид принимает участие в образовании структуры типа “лассо” и называется точкой разветвления. На концах экзонов находятся гуаниновые нуклеотиды, которые в процессе сплайсинга образуют некомплементарную G-G связь.

Механизм сплайсинга основан на изменении пространственной конфигурации молекулы РНК. Вначале различные мяРНК комплементарно связываются с GU и AG-сайтами интрона.

Параллельно под влиянием структурных белков нуклеопротеидные частицы соединяются в сплайсингосому, из-за чего некодирующий участок РНК дугообазно выгибается, а концы экзонов сближаются с формированием нетипичной водородной связи между гуаниновыми нуклеотидами.

В результате 3´-конец первого экзона оказывается рядом с адениловым нуклеотидом, и фосфодиэфирная связь на границе кодирующей и некодирующей последовательностей разрушается, заменяясь более сильным комплементарным A-G взаимодействием. Таким образом интрон образует петлю в виде лассо. Затем гидроксильная группа освободившегося конца первого экзона атакует 3´-сайт сплайсинга, отщепляя интрон и связываясь со вторым экзоном с образованием цельной РНК.

Альтернативный сплайсинг

Кодирующие участки транскрибированной РНК могут сшиваться в различных комбинациях, формируя альтернативные матричные последовательности. При этом возможно удаление некоторых экзонов или оставление интронов, которые затем участвуют в белковом синтезе.

Тип комбинации зависит от выбора сайтов сплайсинга, который регулируется различными белками. Механизм этого процесса в настоящий момент изучен недостаточно.

Таким образом, альтернативный сплайсинг представляет собой процесс формирования разных мРНК на основе одного первичного транскрипта.

У эукариот также существуют механизмы формирования альтернативных пре-РНК. К ним относят использование разных промоторов на этапе транскрипции и изменение сайтов полиаденелирования.

Ключевая роль альтернативного сплайсинга заключается в возможности синтеза нескольких изоформ белка на основе одной смысловой последовательности, что повышает информационную емкость ДНК. Так, у человека благодаря этому механизму 20·103 генов кодируют около 105 типов белков.

Источник: https://FB.ru/article/380539/splaysing-eto-etap-formirovaniya-mrnk-mehanizm-i-biologicheskiy-smyisl-protsessa

Альтернативный Сплайсинг – определение и примеры

СПЛАЙСИНГ

Альтернативный сплайсинг — это вариант сплайсинга матричных РНК (мРНК), при котором в ходе экспрессии гена на основе одного и того же первичного транскрипта (пре-мРНК) происходит образование нескольких зрелых мРНК. Структурные и функциональные различия образовавшихся транскриптов могут быть вызваны как выборочным включением в зрелую мРНК экзонов первичного транскрипта, так и сохранением в ней частей интронов.

Его также называют альтернативного сплайсинга РНК. В обычном ДНК перевод, специализированных белков создать РНК (мРНК) из ДНК шаблона. Эта мРНК затем находит свой путь к рибосоме, где РНК код перевода в структуру нового белка.

В альтернативном сращивании, взаимодействие между различными белками, клеткой и окружающей средой может привести к тому, что различные сегменты исходной ДНК будут опущены из мРНК.

Когда это происходит, альтернативная мРНК переводится в совершенно другой белок.

Белки различаются только основным расположением их аминокислот, что диктуется мРНК. Как только это будет изменено, функция протеина изменяет.

Используя метод альтернативного сплайсинга, организмы могут производить гораздо больше белков, чем может указывать их ДНК. Например, у людей есть около 20 000 генов, которые кодируют белок.

Однако, подуманы, что будут над 100 000 различными протеинами в человеческом теле. Альтернативные сплайсинга создает эти различные формы.

Альтернативный сплайсинг происходит после первичной мРНК создается из ДНК. Этот процесс называется транскрипцией, а на язык РНК и ДНК в основном такие же. Оба они полагаются на 4 нуклеотидных основания. Когда рибосома считывает этот язык, он переводит сообщение на язык белка, который состоит из 21 аминокислоты.

Поэтому, прежде чем первичная мРНК будет переведена в белок, она должна быть сначала изменена и отредактирована. В нормальное сращивание, специальное белка и РНК комплекс под названием spliceosome присоединяется к первичной мРНК. Первичная мРНК имеет различные регионы, называемые интроны и экзоны. Эти области смешиваются, и интроны должны быть удалены, чтобы создать функциональный белок.

Spliceosome специально оборудовано для того чтобы извлечь introns. Spliceosomes состоят из четырех различных субъединиц, называемых малыми ядерными ribonucleoproteins (snRNP или “snurp”). Каждый “snurp” имеет два маленьких ядерных РНК (snRNAs).

Эти специальные пряди РНК содержат последовательности нуклеотидов, которые соответствуют определенным местоположениям в экзонах и связываются с ними. Часть протеина spliceosome после этого действует как энзим, извлекая introns и связывая exons совместно.

Эта сплайсированная мРНК теперь готова быть переведенным в протеин.

Однако, другой соединять может также осуществить. Пока весь механизм хорошо не понят, знано что некоторые химические факторы могут простимулировать spliceosome для того чтобы работать в другой способ. Может быть дан сигнал об исключении экзона или даже нескольких экзонов из окончательной мРНК.

Другие сигналы и пути могут заставить spliceosome оставить интроны нетронутыми или пропустить большие участки белка. Наши тела имеют много различных польз для протеинов, и могут часто использовать такой же светокопии дна для того чтобы сделать много из этих протеинов. Конкретные примеры см. в разделе примеры.

 Ниже приведена обобщающая Диаграмма, показывающая различные способы, которыми spliceosome может альтернативно соединить первичную РНК.

Есть еще одна форма альтернативного сплайсинга, известный как транс-сплайсинга, в котором экзоны двух разных генов собираются вместе spliceosome.

Этот генетический процесс наблюдалась только в нескольких одноклеточных организмов, но может помочь объяснить их генетического разнообразия без полового размножения.

В то время как половые размножающиеся организмы должны размножаться, чтобы смешивать их генетику и производить новые сорта, эти организмы могут делать это намного быстрее. Эта форма альтернативного сплайсинга может легко создать совершенно новые функции в этих организмах, которые могут оказаться полезными.

Гены Neurexin

У людей есть 3 гены, кодирующие семейство белков, известных как neurexins. Эти белки встраиваются в плазматическую мембрану. Они простираются из плазменной мембраны и в пространство между нервами.

Здесь они связываются с белком из другой нервной клетки. Этот белковый комплекс удерживает клетки на месте. Пока только 3 различных Гена которые кодируют для neurexins, над 3.

000 различными протеинами в семье neurexin.

Это возможно через альтернативный соединять. По мере того как spliceosome обрабатывает основные молекулы mRNA от этих генов, он повлиян на несколькими генов промотора, молекулами в клетке, и другими сигналами. Это влияние, которое экзоны включаются в окончательную мРНК.

Альтернативный соединять может сделать протеины более большим или более малым, или с отсытствиями зон, но он вообще все еще производит работая протеин.

В этом путе, каждое изменение клетчатой окружающей среды или внеклеточный сигнал создают по-разному протеин с немножко по-разному функцией.

В то время как все neurexin белков будет функционировать в холдинг вместе синапс между двумя нервами, изменения, произведенные предположил, чтобы сделать несколько вещей. Во-первых, это может изменить сигнал, перемещающийся между двумя нейронами.

Это может создать необходимый эффект для обработки сигнала мозгом. Различные белки могут использоваться в разное время, в разных клетках, в одном и том же животном.

Это может быть необходимо, чтобы приспособить много различных сред внутри организма, и убедиться, что нейроны работают должным образом.

Когда ученый наблюдал те же гены у рыб, они находили что-то интересное. В то время как рыбы также имеют эти гены, они не могут соединить гены в почти столько же альтернатив.

Это приводит ученых к гипотезе о том, что альтернативное сращивание может быть использовано для изменения этих генов таким образом, чтобы они были специфичными для определенных частей мозга. Таким образом, альтернативное сращивание может быть своего рода “системой индексации” для мозга.

Это может быть причиной того, что люди могут хранить так много дополнительной информации и имеют такую эффективную долгосрочную память.

Изготовление Антител

В подобном процессе, человеческое тело делает антитела для того чтобы воевать бактерии, вирусы, и чужеродные тела которые заражают ткани. Для этого тело должно сделать антителоили белок, который специально разработан, чтобы придерживаться захватчика. Эти белки производятся в-лимфоцитов, которые содержат ДНК и оборудование для создания этих сложных белков. Однако есть проблема.

Лимфоцитам B нужно прикрепить протеин к себе, и им нужно выпустить антитело в bloodstream. Антитело в кровотоке будет связываться с захватчиками, позволяя иммунным клеткам нацеливаться на них.

Путем прикреплять антитела сразу к лимфоцитам Б, эти клетки могут легко заглотать вверх оккупантов по мере того как они сталкиваются они.

Для этого с минимальной энергией и путем использование такой же ДНК, эти иммунные клетки используют альтернативный соединять.

Последние два экзона в генетическом коде для антител особенные. Этих двух экзонов кодируют в области белка, который является гидрофобным, или сопротивляется воде.

Эти регионы примазывается внутри гидрофобного ядра фосфолипидный бислой. Это эффективно блокирует их в клеточной мембране. Альтернативный сплайсинг просто удаляет эти два экзона.

Теперь белка, будет служить той же цели, но он водорастворимый и могут путешествовать через кровь и жидкости.

По получать сигнал создать антитела, лимфоцит B должен создать много сразу для обоих и быть отпуском в тело. Для этого он активно расшифровывает ген для антитела быстро, чтобы создать как можно больше первичных транскриптов.

Некоторые из этих будут обработаны для того чтобы сохранить гидродобную область, и некоторые сплисиосомес отрежут это вне. Таким образом, протеины для обеих польз созданы от такого же сигнала создать антитела.

Альтернативное сращивание позволяет инициировать множество различных процессов из одного и того же сигнала транскрипции ДНК.

1. Какова основная цель альтернативного сплайсинга?
А. Для создания вариантов белков
Б. , Чтобы помочь с метаболизмом
С. Чтобы ускорить процесс создания белков

Ответ на вопрос № 1

Также является правильным. Альтернативный сплайсинг позволяет организмам хранить информацию для целого семейства генов в одном и том же месте. Поскольку гены можно редактировать, соединять по-разному и изменять, они могут создавать гораздо больше реальных белков, чем количество генов, которые у них есть.

[свернуть]

2. Почему организмам нужно так много версий одного и того же белка?
А. Нет, это просто дополнительные генетические вариации
В. Для тысячи различных функций клетки в комплекте
С. Ученые не знают ответа

Ответ на вопрос № 2

С. является правильным. Ученым еще предстоит полностью определить функцию альтернативного сплайсинга. Все вышеперечисленное может быть правильным, или ни одно из них. Это, кажется, связано с повышенной сложностью. Однако обычная плодовая муха – это один из организмов с наиболее сложными альтернативными схемами сплайсинга, которые мы изучили.

[свернуть]

3. Как альтернативный сплайсинг может помочь создать интеллект?
А. При производстве различных белков, это может создать дополнительные нейронные связи
Б. Чем больше белка, тем умнее вы не
С. вряд ли альтернативного сплайсинга создает интеллект

Ответ на вопрос № 3

Также является правильным. Альтернативное сращивание может существенно позволить мозгу отображать связи между различными нервами и назначать конкретные нервы для определенных задач. Это основа интеллекта и памяти. Чем больше специализированных связей имеет мозг, тем больше организм может запомнить и обработать.

[свернуть]
  • GeneCardsSuite. (2018, 28 февраля). NRXN1 гена (белка кодирования). Извлечено из Genecards.org: http://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=NRXN1
  • Hartwell, L. Час., Hood, L., Goldberg, M. L., Reynolds, A. E., & Silver, L. M. (2011). Генетика: от Гены в геномах. Бостон: McGraw-Хилл.
  • Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2008). Принципы биохимии. Нью-Йорк: W. H. Freeman и компании.

Данная статья размещена исключительно в общих познавательных целях посетителей и не является научным материалом, универсальной инструкцией или профессиональным медицинским советом, и не заменяет приём доктора. За диагностикой и лечением обращайтесь только к квалифицированным врачам.

Источник: https://simptom-lechenie.ru/alternativnyj-splajsing.html

Cell Biology.ru

СПЛАЙСИНГ
Схема сплайсинга

Многие гены состоят из экзонов – кодирующие участки и интронов – некодирующие участки. При транскрипции с гена считывается РНК несущая как экзоны, так и интроны. В процессе сплайсинга интроны вырезаются, а экзоны сшиваясь образуют зрелую РНК.
Характеристика экзонов и интронов некоторых генов.

продукт генаорганизмдлина экзонов, пн

интроны

числообщая длина, пн
аденозиндезаминазачеловек15001130000
аполипротеин Bчеловек140002829000
β-глобинмышь4322762
цитохром bмитохондрии дрожжей220065100
дигидрофолатредуктазамышь568531500
эритропоэтинчеловек58241562
фактор V[1]человек900025177000
фиброин шелкашелкопряд180001970
гипоксантин-фосфорибозилтрансферазамышь1307832000
α-интерферончеловек60000

Сплайсосомы

У эукариот в большинстве кодирующих белки РНК интроны вырезаются в сплайсосомах – комплексах, состоящих из пяти малых ядерных нуклеопротеинов (snRNP, или SNURPs – снурпс).

Интроны содержат последовательности, необходимые для вырезания – 3'-сайт (акцепторный), 5'-сайт (донорный) и бранч-сайт (см. рис.2).

РНК в snRNA взаимодействует с этими сайтами, способствуя вырезанию интронов.

рис.2 Консервативные последовательности в экзонах и интронах необходимые для сплайсинга.

Обнаружено два типа сплайсосом – большие и малые, состоящие из разных snRNP.

Большие сплайсосомы состоят из U1, U2, U4, U5 и U6 snRNP; транскрипция U1-U5 РНК осуществляется РНК-полимеразой II, а U6 – РНК полимеразой III.

Вырезают интроны имеющие GU на 5'-сайте и AG на 3'-сайте. U1 связываются с 5'-сайтом, U2 связываются с бранч-сайтом и U6. U4 ингибирует U6, инактивируя сплайсосому. U5 связывает U1 и U2 при образовании 'лассо'. При активации U6, U1 перемещается и связывает U2.

U2-U6 формируют активный католитический комплекс (см. рис.3).

рис.3 Сплайсосома и взаимодействие ее компонентов с экзонами и интронами РНК.

Малые сплайсосомы. Сплайсируют РНК, содержащие AU 3'- и AC 5'-концы интронов. Cостоят из U11, U12, U4atac, U6atac и U5 – одинакового для больших и малых сплайсосом.

рис.4 Механизм удаления интронов.

Малые РНК. sРНК 103-105 копий на клетку, обогащены урацилом U1, U2… 100-300н, кодируются в ядре, но работают как в ядре (small nuclear – SN), так и в цитоплазме (small cytoplasmic – SC)

SNURPS – РНП (рибонуклеопротеидные комплексы) в ядре.

snРНК входят в состав РНП, участвующих в полиаденилированиии и сплайсинге | SCURPS – РНП в цитоплазме, входят в состав информосом | U4 в комплексах, участвующих в полиаденилировании (при красной волчанке (аутоимунном заболевании) вырабатываются антитела к белкам комплекса с U4 нет полиаденилирования и сплайсинга) | Гистоновая mРНК не полиаденилируется т.к sРНКU7, комплементарная 3'-концу гистоновой mРНК, защищает ее от полиаденилирования.

Сплайсинг может иметь позитивную и негативную регуляцию. При позитивной регуляции из первичного транскрипта вырезается интрон при действии белка активатора. При негативной первичный транскрипт не подвергается сплайсингу при действии
белка репрессора.

Транс-сплайсинг

Транс-сплайсинг – форма
сплайсинга, при которой соединяются РНК разных транскриптов.

Альтернативный сплайсинг

mРНК кальцитонинового гена у млекопитающих (крыса) Во всех клетках есть кальцитониновый ген, но в клетках щитовидной железы он экспрессируется в виде гормона кальцитонина, а в клетках гипофиза – нейропептида CGRP (пептида, имеющего отношение к гену кальцитонина).

Ген один, а белки получаются разные в результате сплайсинга mРНК и процессинга полипептидов. В клетках других тканей этот ген не экспрессируется.

Сплайсинг осуществляется белковыми комплексами – сплайсосомами-ферменты, вырезающие и сшивающие участки про-mРНК, белки, придающие про-mРНК нужную конформацию, sPНК.

Сплайсосома связана с ферментами полиаденилирования.

рис. Схема образования различных мРНК из одного тропомиозинового гена в различных клетках.

Автосплайсинг

Автосплайсинг – вид сплайсинга, когда интроны кодируют рибозимы – РНК с каталитической активностью, выполняющие роль сплайсосомы. Имеются три группы интронов кодирующих рибозимы Group I, II и III.

Group II и III выполняют роль сплайсосомы без привлечения других белков. Автосплайсинг открыт Томасом Чеком (США) в 1982 году. Он работал с инфузорией

Tetrаchymenа thermophyla. У этой инфузории образуется 35S про-rРНК длиной 6400 нуклеотидов.

Без участия дополнительных соединений белковой природы из этой про-rРНК вырезается внутренний участок длиной в 414 нуклеотида. Два экзона сшиваются с образованием 26S rРНК. Единственное требование – определенная концентрация ионов магния.

Про-rРНК имеет третичную структуру и обладает каталитичекой активностью. Впервые было показано, что каталитической активностью

обладают не только белки.

Small nuclear RNAs (snRNAs), ranging in size from about 80 to 350 nucleotides, are ubiquitous components of eukaryotic cells. The U (uridine-rich) family of snRNAs are thought to be important for RNA splicing and have been highly conserved in evolution.

They are associated with specific polypeptides, forming small nuclear ribonucleoprotein complexes (snRNPs). These are often targets of the autoimmune disorder systemic lupus erythematosus. The polypeptide associated with U1 snRNA appears to be unique (Wooley et al., 1983).

Multigene families for human U1, U2, U3, U4 and U6 snRNAs have been demonstrated. Transcription of U1-U5 RNAs is accomplished by RNA polymerase II, whereas U6 snRNA is thought to be transcribed by RNA polymerase III.

Kunkel and Pederson (1988) studied the upstream regulatory elements for the human U6 RNA gene and found a marked similarity to the proximal control elements of U1 and U2 snRNA genes, despite the transcription by different polymerases. Most of the human genes complementary to these snRNAs are pseudogenes, which are dispersed in the genome.

Although most of the U1 genes are on chromosome 1, they probably are separated by intergenic spacer regions larger than 15 kb, because none of the recombinant phages isolated to date contains more than one U1 gene.

By way of contrast, U2 snRNA genes are organized as a nearly perfect tandem array of 10 to 20 copies per haploid genome (Van Arsdell and Weiner, 1984). Bostock et al. (1984) concluded that the genes for human U1 snRNA are clustered on the short arm of chromosome 1. By somatic cell hybrid studies, Naylor et al.

(1984) found that RNU1 segregated with PEPC (170000) and AK2 (103020), chromosome 1 markers. By in situ hybridization, they showed that most of the grains were concentrated in band 1p36.3. By in situ hybridization, Lindgren et al.

(1985) found that the U1 snRNA pseudogenes (called class I) are coded in a cluster in 1q12-q22, separate from the true genes (in about 30 copies) in 1p36. Bernstein et al. (1985) presented evidence in support of the idea that the true U1 genes were derived by gene amplification and transposition from a more ancient family of U1 genes (represented now by class I U1 pseudogenes). The clustering of both U1 true genes and pseudogenes and the conservation of at least 44 kb of DNA flanking the U1 coding region in a large fraction of the 30 true U1 genes
are explained by gene amplification.

Pseudogenes for U1 snRNA outnumber the true genes by 15- to 30-fold. Some of the pseudogenes have no flanking homology to the true genes, but others, the class I pseudogenes, share several kilobases of flanking homology. Lindgren et al.

(1985) noted that the site of the U1 pseudogenes corresponds to a site of chromosomal modification by adenovirus-12. They postulated that class I U2 pseudogenes may be affected by the virus because they retain flanking regulatory sequences.

Источник: http://cellbiol.ru/book/molekulyarnaya_biologiya/processing_rnk/splajsing

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: