Процессы модификации РНК. 
Сплайсинг

Более 25 лет назад было обнаружено, что матричные РНК эукариотических организмов сразу после транскрипции могут содержать в своей последовательности не кодирующие белок фрагменты. Сейчас подобные транскринты называют пре-мРНК. Некодирующие фрагменты получили название интронов, а значимые участки — экзонов. Молекулы пре-мРНК, перед тем как принять участие в трансляции, должны пройти процесс вырезания интронов с последующим объединением экзонов в полноценную мРНК — сплайсинг.

Процесс сплайсинга состоит из серии событий, повторяющихся для каждого интрона отдельно (рис. 1.31). Химически процесс вырезания интрона представлен двумя последовательными реакциями трансэтерификации. На первом этапе происходит нуклеофильная атака кислородом 2'-ОН-группы специализированного аденина из внутренней части интрона по 5'-экзон-интронной границе транскрипта (донорному сайту). Атаку всегда производит конкретный аденин, который определен окружающим его контекстом нуклеотидов. В результате первой реакции трансэтерификации формируются свободный З'-ОН-конец первого экзона и петлевая интрон-экзонная часть транскрипта. В ходе второй реакции трансэтерификации свободный З'-ОН-конец первого экзона также осуществляет нуклеофильную атаку, но уже по З'-интрон-экзонной границе (акцепторному сайту). Вторая реакция приводит к объединению экзонов с одновременным вырезанием интрона.

Рис. 131. Последовательность химических реакций, происходящих в ходе сплайсинга.

Сплайсинг пре-мРНК осуществляется с помощью специализированных рибонуклеопротеиновых комплексов — сплайсосом. В состав сплайсосомы обязательно входят пять малых ядерных РНК (мяРНК; обозначаются U1, U2, U4, U5 и U6) и может входить до 80 различных белков. Сплайсосома является очень динамичным комплексом, и для каждого интрона ее сборка производится заново, а сам процесс сборки подчинен множеству РНКРНК, РНК-белок и белок-белковых взаимодействий (рис. 1.32).

Рис. 132. Взаимодействие пре-мРНК с некоторыми из мяРНК, участвующими в опознавании внутриинтронных регуляторных последовательностей, и формируемая ими пространственная структура перед первой реакцией трансэтерефикации (а); участие мяРНК в составе рибонуклеопротеиновых комплексов в процессе сплайсинга (б); полная серия событий организации сплайсосомного комплекса, сплайсинга и последующей диссоциации комплекса (в) Поскольку в одной пре-мРНК могут содержаться несколько нитронов одновременно, то возможно определенное варьирование при формировании полноценной мРЫК, в частности в созревшем транскрипте могут содержаться не все экзоны из присутствующих в исходной последовательности ДНК. Подобное варьирование в результате сплайсинга принято называть альтернативным сплайсингом (рис. 1.33). Альтернативный сплайсинг позволяет получать из одного транскрипта различные варианты белкового продукта в зависимости от текущих потребностей эукариотической клетки.

Рис. 133. Схематичное изображение альтернативного сплайсинга

Хотя на данный момент организация альтернативного сплайсинга не совсем понятна, нет никаких сомнений в важности роли данного процесса. Есть оценки, согласно которым около 45—75% из примерно 25 000 генов человека проходят процедуру альтернативного сплайсинга, что дает увеличение кодирующей емкости генома более чем на порядок.