17.Сплайсинг.Альтернативный сплайсенг и его значение для эволюции.

Сплайсинг молекул пре-иРНК является древним процессом: сплайсинг протекает у эукариот, у Archaea, у бактериофагов кишечной палочки Escherichia coli, однако он не обнаружен у эубактерий Eubacteria. Идентичное расположение интронов в генах фермента триозофосфатизомеразы клеток человека и злаковых предполагает, что такая прерывистость генов возникла еще до эволюционного расхождения растений и животных, т.е. 800 млн. лет назад (по другим оценкам расхождение растений и животных произошло около 1,2 млрд. лет назад). Одни исследователи, изучающие процессы эволюции, полагают, что предковый организм, от которого произошли ныне живущие прокариоты и эукариоты, использовал интроны, которые были впоследствии утрачены в ходе эволюции нынешними эубактериями. Другие исследователи считают, что процесс сплайсинга появился в ходе эволюции позже. Весьма вероятно, что сложная, громоздкая машина сплайсинга только что описанная произошла от каталитических молекул РНК или специализированных РНК-энзимов (рибозимов), которые были способны к самосплайсингу (см. далее раздел «интроны II группы). Гораздо бóльшая структурная сложность сплайсисомы могла возникнуть для разработки механизма, который делает этот процесс применимым к сплайсингу широкого разнообразия транскриптов РНК, без необходимости кодировать каждым интроном собственный полный рибозим.

Какую же выгоду извлекает клетка из процесса сплайсинга? Сплайсинг безусловно усложняет процесс образования молекул иРНК. Однако, сплайсинг может служить интересам эволюции, благоприятствуя созданию новых генов с новыми функциями через процесс перетасовки экзонов. Поскольку геномы часто подвергаются рекомбинации, гены с новыми функциями могли бы наиболее удобным способом создаваться (возникать) из сегментов существующих функциональных единиц (экзонов) и огромных фланкирующих их интронов путем рекомбинации практически в любом месте интрона. В некоторых случаях, таких как гены иммуноглобулинов и ген пируваткиназы, экзоны кодируют аминокислотные последовательности, которые складываются в независимые структурные домены белков. Таким образом, на пути эволюции, присутствие крупных интронов могло облегчать рекомбинацию с целью создания новых генов кодирующих белки с новыми специфичностями.

Альтернативный сплайсинг- это образование разных мРНК из одной и той же пре-мРНК, синтезированной с одного гена. Это достигается благодаря комбинированию порядка и количества экзонов.

В среднем каждый ген человека способен обеспечивать синтез трех различных мРНК (т. е. кодировать 2—3 отличающихся друг от друга белка). Например, в результате альтернативного сплайсинга первичного продукта транскрипции гена кальцитонина образуются две разных мРНК, одна из которых накапливается в щитовидной железе и обеспечивает синтез кальцитонина, а другая — в гипоталамусе, где кодирует синтез пептида, родственного кальцитонину, но отличающегося от него по функции.

Сравнительные оценки показывают, что возникновение альтернативного сплайсинга в ходе эволюции предшествовало появлению многоклеточности.