Альтернативный сплайсинг

Биология » Молекулярные механизмы сплайсинга » Альтернативный сплайсинг

Альтернативный сплайсинг, во время которого происходит рекомбинация экзонов — главный источник генетического многообразия у эукариот. Переменному сращиванию обычно приписывалась роль причины относительно малого количества генов в геноме человека. Оценка их количества на протяжении многих лет менялась, максимальное же количество прогнозировалось на уровне 100 тысяч. Однако благодаря проекту Human Genome Project (англ. «Геном человека») стало известно, что их количество близко к 30 000. При этом, однако, считается, что почти каждый человеческий ген имеет не менее двух изоформ.

Сущность альтернативного сплайсинга заключается в том, что в результате посттранскрипционного процессинга предшественника мРНК, из которого в результате сплайсинга вырезаются некодирующие последовательности нуклеотидов, соответствующие интронам транскрибированного гена, образуются зрелые мРНК, различающиеся по своей первичной структуре. В результате в разных клетках из одного и того же предшественника получаются молекулы зрелых мРНК, которые объединяют в различных комбинациях последовательности экзонов транскрибированного гена.

Впервые неоднозначность сплайсинга была обнаружена у аденовирусов - крупных вирусов, инфицирующих клетки животных (Ziff E.B., 1980). Геном аденовирусов направляет синтез нескольких очень длинных РНК-транскриптов, каждый из которых содержит нуклеотидные последовательности, кодирующие целый ряд различных белков. Альтернативные пути сплайсинга приводят к тому, что из совершенно одинаковых первичных транскриптов образуются молекулы мРНК разных типов, имеющие одну и ту же 5'-концевую последовательность (5'-кэп), которая, таким образом, инициирует синтез нескольких разных белков. Правило последовательного смыкания донорных и акцепторных интронных контактов не соблюдается. Остается неясным, как осуществляется контроль альтернативного сплайсинга РНК-транскриптов. Альтернативный процессинг РНК, возможно, имеет определенные преимущества, а именно экономичность: повышение информационной емкости генома в этом случае не сопровождается увеличением его размеров.

На рис. 2 представлена схема экзонной структуры гена модулятора cAMP-респонсивного элемента человека (CREM) . Во время сперматогенеза происходит переключение с синтеза репрессоров транскрипции CREMальфа , CREMбета и CREMгамма на образование CREMтау , который содержит две дополнительные последовательности, обогащенные Gln (Q1 и Q2), необходимые для транс-активации транскрипции. Более короткий транскрипт, синтез которого инициируется на промоторе P2, процессируется с образованием зрелых мРНК, которые кодируют группу небольших молекул репрессоров (ICER). Инициация синтеза РНК на промоторе P2 активируется под действием ритмических гормональных сигналов эпифиза мозга.

В результате использования такого механизма одна и та же последовательность нуклеотидов гена может кодировать несколько разных белков. Комбинаторика объединения последовательностей нуклеотидов пре-мРНК в процессе альтернативного сплайсинга может быть очень сложной, поскольку в него вовлекаются интроны и экзоны, а их объединение происходит с использованием различных точек сплайсинга, локализованных в этих последовательностях. Распознавание участков ДНК, в которых находятся точки сплайсинга, участвующие в конкретном акте посттранскрипционного процессинга пре-мРНК, происходит с участием специфических белков в результате белково-нуклеинового взаимодействия.

Рис. 2. Схема формирования активаторов и репрессоров транскрипции, кодируемых геном CREM и образующихся в результате альтернативного сплайсинга.

В верхней части рисунка изображена схема гена CREM, включающая альтернативные промоторы Р1 и P2, кодоны альтернативной инициации и терминации трансляции, а также экзоны, кодирующие различные домены факторов. Внизу представлены комбинации последовательностей экзонов, объединяющихся в зрелые мРНК, которые кодируют разных представителей групп репрессоров и активаторов транскрипции, а также ICER-белков.


Другое по теме:

Биологическая роль марганца. Марганец - химический элемент
Марганец - d-элемент VII группы периодической системы, с конфигурацией валентных электронов 3d54s2. Некоторые сведения об этом элементе приведены ниже: Атомная масса 54,9380 Валентные электроны 3d54s2 Металлический атомный радиус, нм ...

Биопродуктивность биосферы
Продуктивность биосферы представляет собой биомассу, производимую различными экосистемами, составляющими биосферу. Продуктивность суши в сухом органическом веществе составляет: -171,54 млрд. т/год, морей и океанов - 60 млрд. т/год. На м ...

Генетика и физиология спорообразования различных видов рода Bacillus
Жизненный цикл спорообразующих бактерий состоит из прорастания споры, вегетативной стадии, перехода к споруляции и завершается образованием зрелой споры. Причем изменения структуры клетки при переходе в споруляционное состояние осуществля ...