Spliceosom

Spliceosom  je jaderná struktura sestávající z molekul RNA a proteinů , která odstraňuje nekódující sekvence ( introny ) z prekurzorů mRNA . Tento proces se nazývá splicing (z anglického  splicing  – spojování). Spliceosom se skládá z pěti malých jaderných RNA (snRNA) a každá z nich je spojena s nejméně sedmi proteinovými faktory, které tvoří malé jaderné ribonukleoproteiny (snRNP). SnRNP obsažené ve spliceosomu se nazývají U1 , U2 , U4 , U5 a U6 [1] .

Struktura a mechanismus spojování

Spliceosom funguje jako komplexní dynamický stroj: v systémech in vitro se několik komponent spliceosomu shromáždí na prekurzoru mRNA (pre-mRNA) a plní své úkoly, načež odejdou a uvolní místo následujícím komponentám [2] .

Během sestřihu je rozpoznání 5' hranice sestřihu, oblasti bodu větvení a 3' hranice z velké části určeno párováním bází v molekulách snRNA a konsenzuálními sekvencemi v pre-mRNA. Na samém začátku sestřihu se U1 váže komplementárně na 5'-vazebnou hranici a protein BBP ( branchpoint  binding protein ) a U2AF (auxiliary factor U2) rozpoznává budoucí bod větvení. Dále U2 snRNP vytěsňuje BBP a U2AF komplementární vazbou na konsenzuální sekvenci oblasti bodu větvení. Vazba U2 na bod větvení způsobí, že odpovídající nepárový adenin opustí spárovanou oblast, čímž se aktivuje, aby reagoval s 5' hranicí sestřihu. Právě tento adenin se stane bodem větvení. Přítomnost pseudouridinových zbytků v U2 téměř naproti oblasti větvení vede ke změně konfigurace vazeb RNA-RNA během vazby na U2. Tyto strukturní změny vyvolané pseudouridinem umisťují 2'-OH skupinu rozšířeného adenosinu do polohy umožňující první krok sestřihu [3] . Trojitý snRNP U4/U6•U5 pak vstupuje do reakce, ve které jsou U4 a U6 drženy pohromadě komplementární vazbou. Komplex U1, U2, U4, U5 a U6 se nazývá B-komplex. U5 interaguje se sekvencemi na 5'- a 3'-koncích oblasti sestřihu díky invariantní snRNA smyčce, která je její součástí [4] . Proteinové složky U5 interagují s 3' oblastí místa sestřihu [5] . Spliceosom prochází řadou přestaveb, které vytvářejí aktivní místo spliceosomu a umísťují pre-mRNA pro první fosforyltransferázovou reakci. Intron má charakteristický tvar lasa. Dojde k několika dalším přeskupením, v důsledku čehož se přeruší vazby mezi U4 a U6 a U4 odejde. Uvolněný U6 nahrazuje Ul na 5'-sestřihové hranici a tvoří aktivní místo pro druhou fosforyltransferázovou reakci, během níž jsou konce exonu spojeny a intron je vyříznut. Komplex U2, U5 a U6 se nazývá komplex B* a komplex, který existuje mezi existencí komplexu B* a excizí intronu, se nazývá komplex C. U5 [6] [7] je vyžadováno pro spojení exonů .

Ačkoli sestřihové reakce samy o sobě nevyžadují ATP , je nutný pro sestavení a přeuspořádání spliceosomu. Například ATP je používán některými spliceosomovými proteiny k přerušení vazeb RNA-RNA. Ve skutečnosti všechny fáze, s výjimkou přistání BBP na bod větvení a U1 na 5' sestřihovém místě, vyžadují hydrolýzu ATP a účast dalších proteinů (pro jeden sestřih je potřeba alespoň 200 proteinů, včetně proteinů snRNP ) [8] .

Po dokončení sestřihu spliceosom nasměruje sadu proteinů, které se vážou na mRNA v blízkosti polohy dříve obsazené intronem. Tyto proteiny se nazývají exon junction complex (EJC ) [  8 ] .

Malý spliceosom

Kromě U2-dependentního velkého spliceosomu existuje U12-dependentní malý spliceosom ( anglicky  minor spliceosom ). Malý spliceosom je přítomen ve většině eukaryot , ale spojuje pouze asi 0,5 % intronů. Takové introny se spojují poněkud méně účinně než velké introny spliceosomu a očekává se, že omezí expresi odpovídajících genů . Ve srovnání s normálními introny, které mají konce GT-AG a málo konzervované 5' sestřihové místo, mají malé sestřihové introny konzervovaná 5' sestřihová místa a AT-AC konce. Malé spliceosomové snRNP zahrnují čtyři specifické snRNA U11 , U12 , U4atac a U6atac a také U5 snRNA společné pro oba typy spliceosomů [9] . Obrázek vlevo ukazuje hlavní rozdíly ve fungování velkých a malých spliceosomů.

Klinický význam

Mutace různých složek spliceosomu a jim odpovídající poruchy často vedou k rozvoji myelodysplastických syndromů [10] [11] , ale i různých typů rakoviny a neuropatologií [12] . V tomto ohledu jsou kandidáty na protirakovinné léky malé molekuly , které mohou modulovat práci spliceosomu [13] . Taybi- Linderův syndrom je spojen s mutacemi v snRNA, která je součástí malého spliceosomu [ 14] . 

Poznámky

1. ↑ Alberts et al., 2013 , str. 537.
2. ↑ Alberts et al., 2013 , str. 538.
3. ↑ Newby MI , Greenbaum NL Modelování rozpoznávacího motivu místa sestřihové větve konzervovaným pseudouridinem.  (anglicky)  // Strukturální biologie přírody. - 2002. - Sv. 9, č. 12 . - S. 958-965. doi : 10.1038 / nsb873 . — PMID 12426583 .
4. ↑ Newman AJ , Teigelkamp S. , Beggs JD interakce snRNA na 5' a 3' sestřihových místech monitorované fotoaktivovaným síťováním v kvasinkových spliceosomech.  (anglicky)  // RNA (New York, NY). - 1995. - Sv. 1, č. 9 . - S. 968-980. — PMID 8548661 .
5. ↑ Chiara MD , Palandjian L. , Feld Kramer R. , Reed R. Důkaz, že U5 snRNP rozpoznává 3' sestřihové místo pro katalytický krok II u savců.  (anglicky)  // The EMBO journal. - 1997. - Sv. 16, č. 15 . - S. 4746-4759. - doi : 10.1093/emboj/16.15.4746 . — PMID 9303319 .
6. ↑ Alberts et al., 2013 , str. 538-540.
7. ↑ Nguyen TH , Galej WP , Fica SM , Lin PC , Newman AJ , Nagai K. CryoEM struktury dvou spliceosomálních komplexů: předkrm a dezert na spliceosomové hostině.  (anglicky)  // Současný názor ve strukturální biologii. - 2016. - Sv. 36. - S. 48-57. - doi : 10.1016/j.sbi.2015.12.005 . — PMID 26803803 .
8. ↑ 1 2 Alberts a kol., 2013 , s. 540.
9. ↑ Turunen JJ , Niemelä EH , Verma B. , Frilander MJ Další významná věc: sestřih vedlejším spliceosomem.  (anglicky)  // Mezioborové recenze Wiley. RNA. - 2013. - Sv. 4, č. 1 . - S. 61-76. - doi : 10.1002/wrna.1141 . — PMID 23074130 .
10. ↑ Sun C. , Wang J. , Zhou X. Pokrok ve výzkumu spliceosomových mutací u hematopoetické malignity  (čínština)  // Zhongguo shi yan xue ye xue za zhi. - 2016. - Sv. 24, 3 数. - S. 925-929. — PMID 27342535 .
11. ↑ Brierley CK , Steensma DP Targeting Splicing v léčbě myelodysplastických syndromů a jiných myeloidních novotvarů.  (anglicky)  // Aktuální zprávy o hematologických malignitách. - 2016. - doi : 10.1007/s11899-016-0344-z . — PMID 27492253 .
12. ↑ Chabot B. , Shkreta L. Defektní kontrola sestřihu pre-messenger RNA u lidských onemocnění.  (anglicky)  // The Journal of cell biology. - 2016. - Sv. 212, č.p. 1 . - S. 13-27. - doi : 10.1083/jcb.201510032 . — PMID 26728853 .
13. ↑ Effenberger KA , Urabe VK , Jurica MS Modulační sestřih s malomolekulárními inhibitory spliceosomu.  (anglicky)  // Mezioborové recenze Wiley. RNA. - 2016. - doi : 10.1002/wrna.1381 . — PMID 27440103 .
14. ↑ Putoux A. , Alqahtani A. , Pinson L. , Paulussen AD , Michel J. , Besson A. , Mazoyer S. , Borg I. , Nampoothiri S. , Vasiljevic A. , Uwineza A. , Boggio D. , Champion F , de Die-Smulders CE , Gardeitchik T. , van Putten WK , Perez MJ , Musizzano Y. , Razavi F. , Drunat S. , Verloes A. , Hennekam R. , Guibaud L. , Alix E. , Sanlaville D. , Lesca G. , Edery P. Zpřesnění fenotypového a mutačního spektra Taybi-Linderova syndromu.  (anglicky)  // Klinická genetika. - 2016. - Sv. 90, č. 6 . - S. 550-555. - doi : 10.1111/cge.12781 . — PMID 27040866 .

Literatura

• B. Alberts, A. Johnson, D. Lewis et al. Molekulární biologie buňky: ve 3 svazcích. - M. - Iževsk: Výzkumné centrum "Regulární a chaotická dynamika", Ústav počítačového výzkumu, 2013. - V. 1. - 808 s. - ISBN 978-5-4344-0112-8 .
• Papasaikas P. , Valcárcel J. The Spliceosom: The Ultimate RNA Chaperone and Sculptor.  (anglicky)  // Trendy v biochemických vědách. - 2016. - Sv. 41, č. 1 . - S. 33-45. - doi : 10.1016/j.tibs.2015.11.003 . — PMID 26682498 .
• Galej, W. P. (2018). Strukturální studie spliceosomu: minulé, současné a budoucí perspektivy . Biochemical Society Transactions, BST20170240. doi : 10.1042/BST20170240