Транс-сплайсинг

Транс-спла́йсинг — особая форма процессинга РНК у эукариот, в ходе которого экзоны из двух разных первичных транскриптов РНК соединяются конец к концу. В то время как при «нормальном» цис-сплайсинге процессингу подвергается одна молекула, в транс-сплайсинге происходит образование одной молекулы РНК из разных, не соединённых между собой предшественников мРНК. У некоторых организмов транс-сплайсингу подвергаются лишь некоторые мРНК, а у некоторых он происходит при созревании большинства мРНК[1].

Механизм

Схема транс-сплайсинга у Trypanosoma brucei

Рассмотрим механизм транс-сплайсинга на примере трипаносомы Trypanosoma brucei[англ.]. На 5'-концах незрелых мРНК у этого организма есть последовательность, отсутствующая у зрелых транскриптов. По сути, эта последовательность представляет собой интрон, находящийся на конце молекулы мРНК (такие интроны называют аутронами). В составе аутрона имеется аденозин, который обозначает точку ветвления у обычных интронов, а правее него находится последовательность, похожая на правую экзон-интронную границу. Вместо 5'-концевых аутронов в зрелых мРНК находится 5'-концевой фрагмент длиной 39 нуклеотидов, который называется мини-экзоном или SL-последовательностью (от англ. splicing leader). Этот фрагмент считывается с около 200 участков, разбросанных по всему геному. На границе мини-экзонов и остальной части транскрипта, содержащего мини-экзон, находится последовательность, по нуклеотидному составу соответствующая левой экзон-интронной границе[2].

При созревании транскрипта аденозин, находящийся в точке ветвления аутрона, осуществляет своей 3'-гидроксильной группой нуклеофильную атаку по границе мини-экзона с остальной частью содержащего его транскрипта. 3'-OH мини-экзон, появившийся после первой нуклеофильной атаки, атакует фосфодиэфирную связь[англ.] между экзоном и лассо. Благодаря этому мини-экзон соединяется с остальными экзонами исходной мРНК, а интрон удаляется в виде Y-образной структуры[3].

Транс-сплайсинг у трипаносом опосредован малыми ядерными РНК (мяРНК), структурно и функционально похожими на U2[англ.], U4[англ.] и U6[англ.]. Роль других мяРНК, необходимых для сплайсинга, выполняет сама интронная последовательность: в её вторичной структуре есть характерные стебли и петли, похожие на консервативные домены U1 и U5[3].

У нематоды Caenorhabditis elegans в ходе транс-сплайсинга к 5'-концу транскрипта пришивается экзогенная лидерная последовательность длиной 22 нуклеотида[3].

Транс-сплайсинг транскриптов cox3 у динофлагелляты Karlodinium micrum

У динофлагелляты Karlodinium micrum процессинг транскриптов митохондриального гена субъединицы III цитохромоксидазы[англ.] (cox3) включает транс-сплайсинг. Полноразмерная мРНК cox3 образуется из двух транскриптов-предшественников: cox3H1—6 и cox37. Транс-сплайсинг cox3 был описан и у других динофлагеллят[4].

Распространение

Транс-сплайсинг обнаружен у ряда протист, например у представителей класса кинетопластид (в частности, у трипаносом), которые используют его для создания многообразных поверхностных антигенов и для переключения между разными морфологическими формами в ходе своего жизненного цикла. Ещё одна большая группа протистов, у которых есть транс-сплайсинг, — динофлагелляты. Они используют этот процесс для добавления лидерной последовательности из 22 нуклеотидов к 5′-концу матричных РНК. Интенсивное использование транс-сплайсинга динофлагеллятами и трипаносомами является, по-видимому, результатом конвергентной эволюции[5]. Транс-сплайсинг есть и у родственных кинетопластидам эвгленовых, хотя в этой группе многие таксоны утратили эту способность[6]. Из многоклеточных организмов транс-сплайсинг есть у плодовой мушки Drosophila melanogaster[7], круглых червей, включая C. elegans, плоских червей, бделлоидных коловраток, стрекающих, некоторых бокоплавов, веслоногих, гребнивиков и оболочников. Транс-сплайсинг не был найден в большинстве хорошо изученных групп живых организмов, таких как грибы, позвоночные и большинство членистоногих[6]. Транс-сплайсинг также обнаружен в хлоропластах водорослей и высших растений[1][8].

Функции

Функциональное значение транс-сплайсинга в настоящее время неизвестно. Высказываются предположения, что лидерная последовательность, добавляемая к транскриптам, обеспечивает транспорт мРНК из ядра в цитоплазму или необходима для трансляции этих мРНК[3]. Возможно, по механизму транс-сплайсинга могут образовываться некоторые онкогенные гибридные транскрипты[9][10].

Возможно, транс-сплайсинг можно использовать для генной терапии, чтобы исправлять мРНК мутировавших генов[11][12].

Примечания

  1. ↑ 1 2 Миронова, Падкина, Самбук, 2017, с. 139.
  2. ↑ Миронова, Падкина, Самбук, 2017, с. 139—140.
  3. ↑ 1 2 3 4 Миронова, Падкина, Самбук, 2017, с. 140.
  4. ↑ Jackson C. J., Gornik S. G., Waller R. F.  The mitochondrial genome and transcriptome of the basal dinoflagellate Hematodinium sp.: character evolution within the highly derived mitochondrial genomes of dinoflagellates // Genome biology and evolution. — 2012. — Vol. 4, № 1. — P. 59—72. — doi:10.1093/gbe/evr122. — PMID 22113794. [исправить]
  5. ↑ Wisecaver J. H., Hackett J. D.  Dinoflagellate genome evolution // Annual review of microbiology. — 2011. — Vol. 65. — P. 369—387. — doi:10.1146/annurev-micro-090110-102841. — PMID 21682644. [исправить]
  6. ↑ 1 2 Douris V., Telford M. J., Averof M. Evidence for Multiple Independent Origins of trans-Splicing in Metazoa (англ.) // Molecular Biology and Evolution. — 2009. — 25 November (vol. 27, no. 3). — P. 684—693. — ISSN 0737-4038. — doi:10.1093/molbev/msp286. [исправить]
  7. ↑ Gao J. L., Fan Y. J., Wang X. Y., Zhang Y., Pu J., Li L., Shao W., Zhan S., Hao J., Xu Y. Z. A conserved intronic U1 snRNP-binding sequence promotes trans-splicing in Drosophila. (англ.) // Genes & Development. — 2015. — 1 April (vol. 29, no. 7). — P. 760—771. — doi:10.1101/gad.258863.115. — PMID 25838544. [исправить]
  8. ↑ Tadini L., Ferrari R., Lehniger M. K., Mizzotti C., Moratti F., Resentini F., Colombo M., Costa A., Masiero S., Pesaresi P. Trans-splicing of plastid rps12 transcripts, mediated by AtPPR4, is essential for embryo patterning in Arabidopsis thaliana. (англ.) // Planta. — 2018. — July (vol. 248, no. 1). — P. 257—265. — doi:10.1007/s00425-018-2896-8. — PMID 29687222. [исправить]
  9. ↑ Li H., Wang J., Mor G., Sklar J. A neoplastic gene fusion mimics trans-splicing of RNAs in normal human cells. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2008. — Vol. 321, no. 5894. — P. 1357—1361. — doi:10.1126/science.1156725. — PMID 18772439. [исправить]
  10. ↑ Rickman D. S., Pflueger D., Moss B., VanDoren V. E., Chen C. X., de la Taille A., Kuefer R., Tewari A. K., Setlur S. R., Demichelis F., Rubin M. A. SLC45A3-ELK4 is a novel and frequent erythroblast transformation-specific fusion transcript in prostate cancer. (англ.) // Cancer research. — 2009. — Vol. 69, no. 7. — P. 2734—2738. — doi:10.1158/0008-5472.CAN-08-4926. — PMID 19293179. [исправить]
  11. ↑ Iwasaki R., Kiuchi H., Ihara M., Mori T., Kawakami M., Ueda H. Trans-splicing as a novel method to rapidly produce antibody fusion proteins. (англ.) // Biochemical and biophysical research communications. — 2009. — Vol. 384, no. 3. — P. 316—321. — doi:10.1016/j.bbrc.2009.04.122. — PMID 19409879. [исправить]
  12. ↑ Liemberger B., Piñón Hofbauer J., Wally V., Arzt C., Hainzl S., Kocher T., Murauer E. M., Bauer J. W., Reichelt J., Koller U. RNA Trans-Splicing Modulation via Antisense Molecule Interference. (англ.) // International Journal Of Molecular Sciences. — 2018. — 7 March (vol. 19, no. 3). — doi:10.3390/ijms19030762. — PMID 29518954. [исправить]

Литература

  • Миронова Л. Н., Падкина М. В., Самбук Е. В. РНК: синтез и функции. — СПб.: Эко-вектор, 2017. — 287 с. — ISBN 978-5-906648-29-7.
  • Yang Y., Walsh C. E. Spliceosome-mediated RNA trans-splicing. (англ.) // Molecular therapy : the journal of the American Society of Gene Therapy. — 2005. — Vol. 12, no. 6. — P. 1006—1012. — doi:10.1016/j.ymthe.2005.09.006. — PMID 16226059. [исправить]
  • Wally V., Murauer E. M., Bauer J. W. Spliceosome-mediated trans-splicing: the therapeutic cut and paste. (англ.) // The Journal of investigative dermatology. — 2012. — Vol. 132, no. 8. — P. 1959—1966. — doi:10.1038/jid.2012.101. — PMID 22495179. [исправить]