Транс-сплайсинг
Во время постоянного или альтернативного сплайсинга интроны удаляются из предшественников мРНК в результате нескольких реакций при участии крупного РНП-комплекса, называемого сплайсомой . Обычно 5'- и 3'-концевые сайты сплайсинга, участвующие в таком процессе, расположены на одной молекуле пре- мРНК, т.е. в цис-положении по отношению друг к другу. В процессе транс-сплайсинга сплайсома выбирает для объединения 5'-сайт и 3'- сайт сплайсинга, которые располагаются на разных молекулах РНК. Транс-сплайсинг обнаружен у простейших (трипаносом), евглен, нематод и плоских червей, а также в митохондриях, хлоропластах и безрибосомных пластидах высших растений. Наиболее хорошо изучен механизм транс-сплайсинга у нематоды Caenorhabditis elegans.
Только у этих групп организмов (за исключением трипаносом, гены которых не содержат интронов) механизмы цис- и транс- сплайсинга функционируют в клетках на одних и тех же молекулах РНК.
Особенностью транскрипции у нематод является то, что их РНК синтезируются в виде полицистронных предшественников, которые далее расщепляются до моноцистронных единиц, полиаденилируются и подвергаются транс-сплайсингу. В отличие от трипаносом, у которых транс-сплайсинг ограничивается присоединением к акцепторному 3'- концевому сайту сплайсинга одной и той же лидерной РНК SL1 (spliced leader 1), нематоды обладают еще одним донорным сайтом сплайсинга, ассоциированным с SL2-РНК, молекулы которой присоединяются к внутренним сайтам полицистронных транскриптов.
Таким образом, в клетках C. elegans сплайсинг осуществляется по трем механизмам ( рис. I.38 ). Это обычный цис- и транс-сплайсинг, в результате которых SL1-РНК присоединяется вблизи 5'-концов первичных транскриптов-предшественников зрелых мРНК, и транс- сплайсинг с участием молекул SL2-РНК, которые объединяются с внутренними последовательностями нуклеотидов полицистронных транскриптов. Все три типа сплайсинга проходят в основном с участием одних и тех же компонентов РНП-комплекса, представляющего собой сплайсому , которая использует одни и те же 3'- и 5'-концевые канонические последовательности сайтов сплайсинга. В состав сплайсомы нематод входят U1-U6-мяРНК, из которых U2-U6 участвуют в транс-сплайсинге. Молекулы SL-РНК, содержащие донорные сайты сплайсинга, также входят в состав РНП- комплекса.
Последовательности нуклеотидов сайтов транс- и цис- сплайсинга идентичны и взаимозаменяемы в генно-инженерных экспериментах.
Интроноподобные последовательности, расположенные на 5'- концах транскриптов, названные аутронами , подвергаются транс- сплайсингу, тогда как внутренние интроны вырезаются по механизму цис-сплайсинга. Единственным отличием гена, транскрипт которого подвергается транс-сплайсингу, является наличие на его 5'-конце последовательности аутрона, а не экзона. При перемещении интрона одного гена из внутреннего положения на 5'-конец другого или того же самого гена он начинает функционировать в качестве аутрона, т.е. подвергается транс-сплайсингу. Если размер такого аутрона превышает 50 п.о., то он нормально функционирует в транс- сплайсинге. При искусственном введении 5'-концевого сайта сплайсинга в аутрон на расстояние более 50 п.о. от его сайта транс-сплайсинга заключенная между этими сайтами последовательность нуклеотидов в РНК подвергается обычному цис- сплайсингу.
Таким образом, единственным сигналом, разрешающим транс- сплайсинг, является положение последовательности нуклеотидов вблизи 5'-конца пре-мРНК. Зрелые, полностью процессированные РНК C. elegans содержат SL1- и SL2-РНК на 5'-концах, причем соблюдаются пропорции в содержании маркированных таким способом РНК внутри клеток. Следовательно, процесс транс-сплайсинга, в результате которого происходит выбор лидерной SL-РНК, каким-то образом регулируется. Предполагается, что белки, взаимодействующие с сайтами полиаденилирования соответствующих РНК, специфически взаимодействуют с белками мяРНП, в состав которых входят SL-РНК.
Функциональная роль транс-сплайсинга в жизненном цикле нематод неизвестна. Экспериментами in vivo продемонстрирована взаимозаменяемость генов, продукты которых подвергаются цис- или транс-сплайсингу. Известно, что сайты транс-сплайсинга часто располагаются непосредственно перед инициирующими AUG-кодонами мРНК. Это позволяет предположить, что SL-последовательности играют определенную роль в инициации трансляции. С помощью транс- сплайсинга могут удаляться AUG-кодоны, находящиеся не в одной рамке считывания с основной кодирующей последовательностью нуклеотидов мРНК, или создаваться контексты нуклеотидов, которые обеспечивают эффективную инициацию синтеза белка рибосомами. Это может допускать определенную эволюционную гибкость в расположении соответствующих промоторов и создавать условия для возникновения новых сайтов инициации транскрипции на ДНК нематод.
