Геном еукаріотичних клітин крім інформаційних послідовностей (екзонів) містить некодуючі вставки - інтрони. Тому перед початком білкового синтезу молекули, що утворилися в результаті транскрипції ДНК, піддаються сплайсингу.
Визначення поняття
Сплайсинг - це процес вирізання з транскрипційної РНК некодуючих ділянок (інтронів) з подальшим зшиванням екзонів, що призводить до формування безперервної смислової послідовності, що містить інформацію про первинну структуру білка. Ці маніпуляції здійснюються спеціалізованими нуклеопротеїдними комплексами - сплайсінгосомами.
Сплайсинг - це один з етапів комплексної підготовки рібонуклеїнової кислоти до трансляції, де молекула мРНК служить матрицею, на основі якої в рибосомах за комплементарним принципом будується амінокислотний ланцюг.
Процесинг РНК
Процесингом називається сукупність пострнанскрипційних модифікацій РНК, які призводять її до вигляду, придатного для участі в білковому синтезі. Іншими словами, це процес перетворення первинного транскрипту (пре-мРНК) на матричну РНК. Крім сплайсингу процесинг включає в себе ще три етапи, до яких відносять кепування, поліаденелювання і модифікацію первинної структури РНК.
Кепування представляє собою утворення на 5 '-конці РНК особливої нуклеотидної послідовності, званої кепом (від англ. ￨uk. ￨uk - кепка, шапка). Процес починається на етапі транскрипції і здійснюється за рахунок енергії GTP. Кеп захищає мРНК від нуклеаз, а також виконує роль сигнального пептида при активації трансляції.
При поліаденелюванні фермент полі (А) полімераза приєднує до 3 '-конця РНК залишки аденілової кислоти, в результаті чого утворюється оліго (А) фрагмент, що містить від 100 до 250 мономерів (так званий полі (А) -хвіст). Така конструкція забезпечує стабільність мРНК у клітці.
Сплайсинг - це третій за черговістю процес, після завершення якого починається редагування РНК, що включає модифікацію нуклеотидів (метилювання, дезаменування тощо) і вставлення всередину ланцюга додаткових азотистих підстав (найчастіше уридилових). На цьому етапі процесинг завершується, і зріла мРНК виходить з клітинного ядра в цитоплазму.
Сплайсингосоми
В утворенні сплайсінгосом ключову роль відіграють малі ядерні РНК (м 'яРНК). Через великий зміст уридилових підстав вони також називаються uPHK (U1,U2, U3 та ін.). У комплексі з ядерними білками м 'яРНК формують малі рібонуклеопротеїнові частинки (м' яРНП), з яких і збираються сплайсінгосоми - еліпсовидні частинки розміром 25 ￨uk 5 мкм і коефіцієнтом седиментації 50-60S.
До складу сплайсінгосоми ссавців входять 6 різновидів м 'яРНК (U1-U6). Ці молекули здатні комплементарно взаємодіяти з особливими консервативними послідовностями на кінцях інтронів: GU і AG, званими сайтами сплайсингу. Це призводить до випіткання і видалення некодуючої ділянки з матричної послідовності РНК. Збірка нуклеопротеїнових частинок в єдиний функціональний комплекс відбувається безпосередньо під час сплайсингу. Варто зазначити, що сама сплайсінгосома не розрізає і не зшиває ділянки РНК, вона лише створює умови для певної взаємодії між хімічними групами нуклеотидів на кінцях екзонів та інтронів.
Механізм видалення інтронів
Можливість сплайсингу РНК багато в чому визначається особливістю структури інтрона: крім консенсусних послідовностей (GU на 5 '- і AG на 3' -концях) недалеко від 3 '-сайту розташований аденіловий нуклеотид, що входить до складу сильновиродженої пуриново-піримідинової послідовності (PyPyPuAPy...). А-нуклеотид бере участь в утворенні структури типу "" лассо "" і називається точкою розгалуження. На кінцях екзонів знаходяться гуанінові нуклеотиди, які в процесі сплайсингу утворюють некомплементарний G-G зв 'язок.
Механізм сплайсингу заснований на зміні просторової конфігурації молекули РНК. Спочатку різні м 'яРНК комплементарно зв' язуються з GU і AG-сайтами інтрона. Паралельно під впливом структурних білків нуклеопротеїдні частинки з 'єднуються в сплайсінгосому, через що некодуюча ділянка РНК дугообазно вигинається, а кінці екзонів зближуються з формуванням нетипового водневого зв' язку між гуаниновими нуклеотидами.
В результаті 3 '-конець першого екзона виявляється поруч з аденіловим нуклеотидом, і фосфодіефірний зв' язок на кордоні кодуючої і некодуючої послідовностей руйнується, замінюючись більш сильною комплементарною A-G взаємодією. Таким чином інтрон утворює петлю у вигляді ласо. Потім гідроксильна група звільненого кінця першого екзона атакує 3 '-сайт сплайсингу, відщеплюючи інтрон і зв' язуючись з другим екзоном з утворенням цільної РНК.
Альтернативний сплайсинг
Кодуючі ділянки транскрибованої РНК можуть зшиватися в різних комбінаціях, формуючи альтернативні матричні послідовності. При цьому можливе видалення деяких екзонів або залишення інтронів, які потім беруть участь у білковому синтезі. Тип комбінації залежить від вибору сайтів сплайсингу, який регулюється різними білками. Механізм цього процесу зараз вивчений недостатньо. Таким чином, альтернативний сплайсинг являє собою процес формування різних мРНК на основі одного первинного транскрипту.
У еукаріот також існують механізми формування альтернативних пре-РНК. До них відносять використання різних промоторів на етапі транскрипції і зміна сайтів поліаденелювання.
Ключова роль альтернативного сплайсингу полягає в можливості синтезу декількох ізоформ білка на основі однієї смислової послідовності, що підвищує інформаційну ємність ДНК. Так, у людини завдяки цьому механізму 20 · 103 генів кодують близько 105 типів білків.