Механізм сплайсингу

Один з ключових моментів даного механізму (див.мал.) - забезпечення точності розрізання ланцюга про-РНК: помилка навіть на один нуклеотид призведе до "зрушення рамки", що змінить вміст усіх кодонів мРНК або антикодону тРНК.

Точність досягається завдяки двом обставинам. По-перше, на початку і у кінці кожного інтрону є певні послідовності нуклеотидів: так, інтрони завжди починаються з Г-У, а кінчаються дуплетом А-Г. По-друге, для впізнавання цих послідовностей використовуються спеціальні РНК - т. з. малі ядерні РНК (мяРНК). Останні пов'язані з ферментами, що каталізують сплайсинг. Такі рибонуклеопротеїдні комплекси називаються сплайосомами.

Сплайсинг починається з взаємодії двох мяРНК з початком і кінцем інтрону. Це дає "орієнтацію" для ендонуклеази: остання діє на межі двох- і одноланцюгових ділянок.

Перший розрив про- РНК відбувається в області 5' кінця інтрону - на мал. це місце знаходження лівого краю лівої мяРНК. При цьому 5' кінець інтрону зв'язується з одним з нуклеотидів в середній частині того ж інтрону, що призводить до утворення кільцевої (чи, точніше, ласоподобной) структури.

Тому перша (на малюнку - ліва) мяРНК, мабуть, дисоціює, а ферментний комплекс переміщується до іншої (на малюнку - правої) мяРНК, що маркує 3 '- кінець інтрону. Тут відбувається другий розрив про-РНК - по місцю знаходження "правого" кінця "правої" мяРНК. Точніше, зв'язок екзона 2 з інтроном замінюється на зв'язок з екзоном 1.

Отже, обидва розриви здійснюються одним і тим же способом - шляхом заміщення одного межнуклеотидного зв'язку на інший такий же зв'язок.

З порушенням механізму сплайсингу пов'язаний один з видів β-талассемії - генетичного захворювання, при якому порушене утворення β-ланцюгів гемоглобіну. У хворих з т. з. β-талассемією в гені β-глобина заміщена всього одна нуклеотидная пара, причому навіть не в кодуючій частині, а в інтроні. Але в результаті в інтроні β-глобинової про- мРНК з 5 '- кінця виявляється не Г, а А. Тому не відбувається впізнавання цього кінця з боку мяРНК, інтрон не вирізується і зріла мРНК не утворюється.

Приєднання і модифікація нуклеотидів

Отже, в процесі дозрівання про-РНК остання втрачає значну частину нуклеотидів. Але відбувається також і нетраскрипційне приєднання окремих нуклеотидів.

У разі про-мРНК з боку 5'-кінця приєднується (за допомогою нетипового для полінуклеотидів пирофосфатного зв'язку) 7-метилгуаніловий нуклеотид - компонент "ковпачка". А з боку 3 '- кінця понуклеотидно нарощується пів(А) -фрагмент приблизно з 200 нуклеотидів. Для цього використуються спеціальні ферменти; зокрема, для утворення пів(А) -фрагмента - поліаденілатполімераза.

У разі ж про-тРНК з 3 '- кінця по черзі приєднуються три нуклеотиди - Ц, Ц і А, що утворюють акцепторну гілку.

Нарешті, важливий момент дозрівання про-РНК - цтворення в їх складі модифікованих нуклеотидів. Як і у випадку метилування ДНК, мінорні нуклеотиди з’являються в полинуклеотидному ланцюзі не на стадії полімеризації, а після закінчення її - шляхом модифікації звичайних нуклеотидів, що містяться в ланцюзі.

Так, в про-мРНК відбувається метилування рибозних залишків нуклеотидів "ковпачка", а в про-рРНК - теж метилування рибозних залишків, але нуклеотиди, що утворюють їх, розташовані по усій довжині ланцюга - з частотою приблизно 1 %.

Набагато різноманітніші процеси модифікації в випадку про-тРНК. Наприклад, певні залишки уридину піддаються відновленню (з утворенням дигідроуридина), інші - ізомеризації (що дає псевдоуридин), треті, - метилюванню (метилуридин). Деякі залишки аденозина дезамінуються (перетворюючись на інозин), причому частина з продуктів потім ще метилюється (утворюючи метилінозин). І так далі: список модифікацій, що відбуваються, в про-тРНК можна продовжити.

Усі вищеперелічені події і приводять у кінці кінців до утворення в ядрі зрілих молекул РНК:

а) 4 видів рРНК : 28S-, 18S-, 5,8S - і 5S - PHK;

б) декількох десятків видів тРНК - по 1-3 (або навіть більше) для кожної з 20 амінокислот;

в) тисяч різних мРНК - копій генів, функціонучих в цих клітинах.

рРНК і мРНК тут же, в ядрі, зв'язуються з білками. При цьому рРНК формують з рибосомними білками великі і малі субодиниці рибосом, які потім виходять в цитоплазму. А мРНК зв'язуються з іншими білками (які виконують, мабуть, захисну і транспортну функції) і в комуплексі з ними теж переміщуються в цитоплазму.

В процесі усіх цих перетворень істотно змінюються седиментаційні властивості. Для ілюстрації приведемо стадії дозрівання однієї з мРНК.

таблиця. Дозрівання мРНК

Послідовні форми	40S – про-мPHK →	15S – про-мPHK →	16,5S – пів(А)-мPHK →	27S – пів(А)-мPHП
Кількість нуклеотидів в РНК	≈9200	≈1200	≈1430	≈1430
Кількість зв’язаних молекул білка	-----	----	-----	3 (з масою по 50000)

Як видно, в результаті видалення "зайвих" нуклеотидів ланцюг про-мРНК коротшає приблизно на 87 % (тобто залишається лише 13 % від початкової довжини).

Потім приєднуються приблизно 230 аденілових нуклеотидів, тому коефіцієнт седиментації дещо збільшується.

І, нарешті, на останній стаії він зростає набагато сильніше - в результаті зв'язування з мРНК трьох білкових молекул. У результаті утворюється мРНП - м-рибонуклепротеїд, тобто комплекс мРНК з білками.