Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

вательностей, контролирующих действие РНК-полимеразы III, были использованы эксперименты по мутагенезу in vitro, аналогичные рассмотренным для РНК-полимеразы И. В этом случае также было найдено, что для эффективной транскрипции необходимо наличие определенных 5'-фланкирующих последовательностей, расположенных вблизи точки инициации транскрипции. В то же время определенные участки последовательности, необходимые для инициации транскрипции при участии РНК-полимеразы III, были обнаружены также внутри транскрибируемой последовательности. Эти внутренние участки ДНК узнаются специализированными белками, которые специфически изменяют структуру ДНК и (или) участвуют в фиксации РНК-полимеразы в положении, подходящем для правильной инициации транскрипции.

В состав сигналов терминации транскрипции для РНК-полимеразы III входит несколько нуклеотидов из кодирующей области гена. Собственно терминация происходит на АТ-богатом участке, который заканчивается двумя или тремя уридиновыми остатками на З'-конце соответствующего транскрипта.

Сплайсинг гяРНК - транскриптов

Типичная организация транскрипционной единицы РНК-полимеразы II показана на рис. 16.8. О существовании интронов, разделяющих смысловые участки многих генов, кодирующих белки эукариот, уже говорилось в гл. 11. Созревание первичных РНК-транскриптов, включающее удаление интронов (сплайсинг) с образованием цитоплазматических мРНК, может служить в качестве еще одного уровня контроля экспрессии генов. Было обнаружено также, что возможность альтернативного сплайсинга позволяет расширить кодирующий потенциал данной транскрипционной единицы.

Сравнение последовательностей на границах 5'-экзон-3'-интрон и 5'-интрон - З'-экзон для ряда гяРНК различных типов эукариотических клеток позволило выявить общие для всех случаев пары нуклеотидов (рис. 16.8). На 5'-конце интрона всегда находится пара GU, а на З'-конце-почти всегда пара AG. Эти характерные особенности дают основания предположить существование некоторого общего механизма точного вырезания интронов и соединения экзонов в ходе созревания гяРНК.

Сплайсинг обычно начинается после полиаденилирования транскрипта и, вероятно, достаточно жестко контролируется. В транскриптах, содержащих ряд интронов, ошибочный сплайсинг, например между 5'-концом одного интрона и З'-концом второго с удалением соответ5'-Конец

Инициация транскрипции, кэширование

Дистальные

регуляторные ТАТАцентры последовательность

]—С

Сайт полиаденилирования

Терми нация транскрипции

У- Конец

S -Фланкирующая последовательность

неко15:Кон-jцевая I

рирующая последовательность

Экзон 1 Интрон . Экзон 2

У- Коицевая некодирующан последователь Н иость

У- Фланкирующая последовательность

Обобщенная последовательность

A G ' G Т R А С

Y - Y Y Y

С A G

А 8 9Ю13 24 4 0 0 20 27 3 8 15 9

Т 10 11 11 3 5 5 0 38 3 5 3 20 5 6

С 10 15 10 18 4 1 0 0 2 2 0 6 8 11

G 10 3 7 4 5 28 38 0 13 4 32 4 10 12

Рис. 16.8. Структурная организация типичной транскрипционной единицы, считываемой РНК-полимеразой II (без соблюдения масштаба). Число экзонов и интронов для различных транскрипционных единиц варьирует в весьма широких пределах. Показана только некодирующая цепь ДНК.

1 7 4 1 2 15 3 37 0 - 9 4 8 5 12 11

17 12 22 19 22 11 5 0 0 4 15 6 7 10 6

16 13 12 17 12 4 28 1 0 5 4 12 15 12 10

3 6 0 1 2 8 2 0 38'20 15 12 11 4 11

Приведена обобщенная последовательность участков сплайсинга. Эта последовательность выведена на основании сравнительного анализа 38 различных последовательностей на границах между экзонами и нитронами (данные приведены внизу рисунка).

ствующего эк зон а,-явление чрезвычайно редкое. В каждом случае происходит удаление всех интронов по отдельности. В то же время порядок удаления интронов может быть различным. Этот процесс в данном транскрипте не обязательно начинается с 3'- или 5'-концевого интрона. Следовательно, может существовать несколько различных интермедиа-тов на пути к одной и той же мРНК.

В то же время альтернативный сплайсинг действительно имеет место и так же жестко контролируется в соответствии, например, с типом клеток, со стадией развития, а также со стадией инфекции вирусами типа SV40 или аденовирусами. По мере детального изучения различных транскрипционных единиц становится известно все большее и большее число примеров альтернативного контролируемого сплайсинга, приводящего к образованию различных зрелых мРНК из одного первичного транскрипта. Альтернативный сплайсинг, вероятно, очень характерен для основных регуляторных генов, например для комплекса bithorax у Drosophila (см. гл. 17), в системе иммунного ответа у млекопитающих и в организации экспрессии генов нейроэндокринной системы.

Кальцитонин-это полипептидный гормон, продуцируемый клетками щитовидной железы и играющий регуляторную роль в метаболизме кальция. Исследования продукции кальцитониновой мРНК в культуре клеток опухоли щитовидной железы крысы выявили спонтанные изменения типов мРНК, образующиеся в ходе созревания первичного транскрипта кальцитонинового гена. С использованием рекомбинантных ДНК-зондов для калыдитониновой мРНК исследователям удалось обнаружить, что различные клеточные линии, производные исходной опухолевой линии, продуцируют различные мРНК, родственные кальцитониновой или CGR-мРНК (от англ. calcitonin gene-related). Один из видов CGP-мРНК В больших количествах присутствует в клетках гипоталамуса, которые в норме продуцируют очень мало собственно кальцитониновой мРНК. С другой стороны, в обычных клетках щитовидной железы производится значительное количество именно кальцитониновой мРНК. Специфический для каждой из желез уровень продукции этих двух родственных мРНК определяется альтернативным сплайсингом, проиллюстрированным на рис. 16.9. Очевидно, клетки различного типа, входящие в состав сложного многоклеточного организма, способны осуществлять специфический контроль сплайсинга и тем самым обеспечивать синтез сходных, но не идентичных полипептидов, проявляющих различные (но, вероятно, родственные) функции.

Механизм сплайсинга и факторы, определяющие его специфичность, пока почти неизвестны. Известно, что молекулы гяРНК исходно связаны с набором так называемых малых ядерных рибонуклеопротеидов (мяРНП). Судя по всему, каждая молекула мяРНП состоит из специализированных белков, связанных с одним из видов малой ядерной РНК (мяРНК), обозначенных Ul, U2, U4, U5 и U6, содержащихся в ядре в значительных количествах. Изучению мяРНП в немалой степени способствовало обнаружение у больных красной волчанкой (аутоиммунное ревматическое заболевание) антител, специфически взаимодействующих с некоторыми видами мяРНП из различных организмов. Это свидетельствует о высокой консервативности определенных видов мяРНП.

Удобной модельной системой для изучения сплайсинга оказались ядра клеток, инфицированных аденовирусом, в которых происходит процесс созревания аденовирусных мРНК. Можно полагать, что ранний этап экспрессии вирусных генов основан на использовании обычного клеточного аппарата сплайсинга. Участие в этом процессе мяРНП было выявлено благодаря тому, что антитела к мяРНП, полученные от больных волчанкой, специфически ингибируют ранние этапы сплайсинга при созревании аденовирусной мРНК. Вероятно, наиболее существенную роль в раннем вирус-специфическом сплайсинге играют мяРНП, содержащие мяРНК типа U1.

На ранних этапах сплайсинга аденовирусной гяРНК происходит процессинг по участкам соединения интрон-экзон и экзон-интрон, которые соответствуют структуре обобщенной последовательности, показанной на рис. 16.8. Характерно, что 5'-концевая последовательность мяРНК U1 комплементарна обобщенным 5'- и З'-концевым последовательностям интронов. Это означает, что за счет комплементарного связывания соответствующих участков интронов и мяРНК U1 может достигаться сближение концевых последовательностей данного интрона, обеспечивающее их взаимную ориентацию, необходимую для правильного сплайсинга (рис. 16.10, Л). Более того, оказалось, что мяРНК U2 содержит участок, комплементарный концевым последовательностям некоторых экзонов, соединение которых в ряде мРНК происходит после удаления соответствующих интронов (рис. 16.10, Б). Это свидетельствует о том, что мяРНП представляет собой по крайней мере часть молекулярного аппарата сплайсинга.

гяРНК-транскрипт

5-Некоди-- рующий экзон А 5'-Декодирующий экзон В Обший копирующий экзон С Общий ко-— дарующий экзоиD Калышто-нин/ССР CGRP

1

А В ?с Н ° Кальцито-юш/ССР CGRP

к'

Сайт/ы/ полиаде -нилирования

Зрелая мРНК 5'— А или В

CGRP ~ 3'

Первичный

продукт

трансляции

Общий Кальци ССГ

участок + бак токин

Общий 2 участок + 4 ак

CGR > 4 - СООН

ак

Белок 17,4 кД | Белок 15,9 кД

Протеолитический процессинг

Зрелые полипептиды

и ССР СООН<ХХХЭОССК

+ N - концевой пептид(83 аминокислотных остатка)

+ ]Ч-концевой пептид (81 аминокислотный остаток)

Рис. 16.9. Модель альтернативного сплайсинга гяРНК, обеспечивающего продукцию кальци-тонина и кальцитониноподобного пептида (CGRP) в тироидных клетках и клетках гипоталамуса соответственно. (По Amara S.G. et al, 1982. Nature, 298, 240.)

5'-КонецгяРНК A-G-G U-Y-U-Y-Y-Y-U X C-A-G G-U-A-A-G-U

II 'II II III III III || HI III N II || 111 l|З'-Конец гяРНК

З'-КонециьРНК... A-G-A-G-G-G-A-C-G-G-U-C-C-A-U-U-C-Am-Um-A

Интрон

Кэп

146 126

U2-PHK 3' C-C-U-G-C-C-U-C-G-U-U-C-G-A-G-G-A-U-A-A-G

III III Ml III III II III Ш II III II II

гяРНК 5' G-C-C-C-U-G-G-G-C-A-G G-C-U-G-C-U-G-G-U-U

C-C-U-U-U-U-U-A-G G-U-U-G-G-U-A-U ИнтроиРис. 16.10. Возможные варианты участия мяРНК U1 и U2 в удалении интронов из гяРНК. А. Молекула U1 образует систему водородных связей с 5'- и З'-концевыми участками нитрона, сближая концы соседних экзонов. (По LernerM.R. et al, 1980. Nature, 283, 220.) Б. Молекула U2 образует водородные связи с 5'- и З'-концами соседних экзонов, что сопровождается «выпетливанием» с

страница 46
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(20.02.2020)