6. Процессинг рнк у эукариот и прокариот. Альтернативный сплайсинг.

Процессинг – процесс созревания РНК, протекающий в период и после ее транскрипции, предшествующий процессу трансляции.

В процессинге эукариот выделяют этапы:

Кэпирование. Еще на этапе транскрипции к начальному (5') концу молекулы РНК через трифосфатный (три остатка фосфорной кислоты) мостик присоединяется молекула метилгуанозина, которая представляет собой метилированное азотистое основание гуанозин. Также у первых двух нуклеотидов мРНК метилируются остатки рибозы. Эти процессы называются кэпированием, образуется кэп (шапочка). Он защищает молекулу от ферментативного распада, участвует в других этапах процессинга, инициирует трансляцию.

Полиаденилирование. После завершения транскрипции к концу (3') РНК присоединяется множество адениновых нуклеотидов (от 100 до 250). Образуется полиадениловый конец — поли-А. Он также выполняет защитную функцию, предотвращая действие ферментов-разрушителей.

Сплайсинг - это процесс разрезания мРНК, удаление интронов и сшивание между собой оставшихся экзонов. Молекула-предшественник мРНК (пре-мРНК) представляет собой копию участка ДНК (гена), включающего нетранслируемые области (находящиеся на концах) и чередующиеся интроны и экзоны. Интроны не участвуют в трансляции и должны быть удалены перед ней.

В результате сплайсинга длина молекулы мРНК сокращается в разы. Процесс катализируется специальным комплексом — сплайсосомой, включающей малые ядерные РНК и белки-ферменты. Экзоны могут быть сшиты между собой разными способами (по-разному чередоваться, какие-то могут быть опущены). Данное явление называется альтернативным сплайсингом. В результате одна пре-мРНК может дать несколько разных мРНК, на которых будут синтезироваться разные белки.

Сплайсинг характерен для мРНК, полный. Процессинг = зрелая иРНК = отбор = 5% попадает в цитоплазму из ядра

У прокариот РНК сразу после синтеза готова к трансляции (биосинтезу белка). В прокариотических клетках происходит сопряжение транскрипции и трансляции, то есть рибосомы могут присоединиться к свободному 5'-концу РНК и начать её трансляцию ещё до завершения транскрипции.

Альтернативный сплайсинг - несколько экзонов, содержащихся в составе мРНК, могут сшиваться в разных комбинациях с образованием различных мРНК.

У эукариот альтернативный сплайсинг мРНК, содержащих большое количество интронов, является эффективным способом регуляции активности генов, создает возможность для возникновения изоформ белков, наборы которых могут существенно различаться в различных клетках, тканях и органах многоклеточных организмов. Альтернативный сплайсинг позволяет организму синтезировать разные по структуре и свойствам белки на базе одного гена. Такие гены кодируют семейства родственных белков, участвующих в мышечных сокращениях, формировании цитоскелета, нервных волокон, молекул иммуноглобулинов, пептидных гормонов.

В формировании альтернативных мРНК могут быть задействованы три основные механизма.

• Первый из них состоит в том, что для образования различных мРНК могут использоваться разные промоторы. В этом случае образуются транскрипты, имеющие разные 5׳-концы и разное число экзонов. Такой механизм выявлен для пре-мРНК легкой цепи миозина позвоночных животных.

• Второй тип альтернативного сплайсинга имеет место при изменении сайта полиаденилирования. В этом случае изменяются размеры и структура 3׳-концевого участка пре-мРНК. Таким способом образуются два вида мРНК тяжелой цепи иммуноглобулинов.

• Третий тип альтернативного сплайсинга включает выбор различных экзонов из одинаковых пре-мРНК. При этом часть интронов не включается в сплайсинг. Таким образом происходит сплайсинг пре-мРНК тропонина Т скелетных мышц млекопитающих, содержащий 18 экзонов. Выбор экзонов зависит от стадии развития организма: экзон 16 присутсвует в мРНК тропонина Т у взрослых, экзон 17 – у эмбрионов. Одной из причин возникновения альтернативных продуктов могут служить мутации, нарушающие последовательности сайтов сплайсинга и возникновение новых сайтов. Такой механизм выявлен у больных талассемией (у больных резко падает содержание гемоглобина). Таким образом подобные мутации могут стимулировать образование новых белков, а альтернативный сплайсинг может играть решающую роль в эволюции высших организмов.