Сплайсинг белков: общие сведения
Сплайсинг белков обнаружен в 1990 г. группой Т.Стивенса. Во время сплайсинга белков удаление избыточной генетической информации из макромолекул происходит не на уровне пре-мРНК, как во время обычного сплайсинга , а на уровне синтезированного полипептида путем вырезания из его внутренней части короткой аминокислотной последовательности. Данный механизм отличает сплайсинг белков от повсеместно распространенного процессинга предшественников полипептидов, который сопровождается только протеолитическим расщеплением полипептида-предшественника с образованием более коротких белков без изменения их внутренней первичной структуры.
Открытие сплайсинга белков было сделано при исследовании экспрессии гена VMA1 дрожжей S. cerevisiae , известного также под названием TFP1 , который кодирует субъединицу ATPазы вакуолей с молекулярной массой 119 кДа ( рис. I.43,а ). При исследовании гомологии данного гена с генами других ATPаз микроорганизмов было установлено, что все они кодируют более короткие полипептиды с молекулярными массами около 70 кДа, и их гомология с геном дрожжей распространяется только на концевые последовательности нуклеотидов, нарушаясь в центральной части гена. Использование инсерционного мутагенеза (генного нокаута) для инактивации этого гена приводило к прекращению синтеза в клетках дрожжей полипептида с молекулярной массой 69, а не 119 кДа. Механизм такого явления прояснился после постановки двух контрольных экспериментов. В первом из них введение мутаций со сдвигом рамки считывания в сегмент гена VMA1, который кодировал центральную часть полипептида, отсутствующую в зрелом белке, приводило к прекращению синтеза всего белка рибосомами из-за возникновения новых терминирующих кодонов в этой рамке считывания мРНК. Подобное бы не происходило, если бы центральная часть пре-мРНК гена VMA1 удалялась в результате сплайсинга. Во втором эксперименте исследование экстрактов клеток дрожжей с помощью антител к центральной части полипептида, отсутствующего в зрелой субъединице, обнаружило белковый продукт с предсказанной молекулярной массой 50 кДа. Он присутствовал в соотношении 1:1 к функционально активному полипептиду с молекулярной массой 69 кДа. Это указывало на то, что последовательности РНК центральной части гена транслируются рибосомами и соответствующая часть полипептида-предшественника удаляется посттрансляционно. Дальнейшие исследования данного явления полностью подтвердили предположение о том, что внутренняя аминокислотная последовательность из предшественника с молекулярной массой 119 кДа отщепляется в результате сплайсинга на уровне его полипептидной цепи ( рис. I.43,а ). Внутренняя часть полипептида, удаляемая в результате белкового сплайсинга, получила название интеина , а наружные N- и C-концевые части - экстеинов . Позднее белки, изменяемые посттрансляционно в результате белкового сплайсинга, были обнаружены у многих микроорганизмов ( рис. I.43,б ). Во всех случаях аминокислотные последовательности интеинов фланкированы короткими консервативными последовательностями.
На основании особенностей первичной структуры интеинов и экстеинов разработаны алгоритмы поиска белков, подвергаемых сплайсингу посттрансляционно, в соответствующих базах данных. С использованием этого алгоритма обнаружена последовательность интеина в продукте гена dnaB хлоропластов красной водоросли Porphira porphira .
