Учёные выяснили, как ключевой фермент сплайсосома контролирует свою функцию

Исследователи из Института биофизической химии Макса Планка в Гёттингене и Свободного университета Берлина обнаружили ранее неизвестный механизм регуляции сплайсинга РНК — одного из важнейших процессов при экспрессии генов у высших организмов. Ошибки в этом механизме у человека могут приводить к слепоте. Работа опубликована в журнале Science.

Контекст: сплайсинг и альтернативный сплайсинг

  • У высших организмов гены имеют мозаичную структуру: кодирующие участки (экзоны) чередуются с некодирующими (интронами).
  • Для синтеза белка сначала создаётся копия гена — пре-мРНК. Затем сплайсосома вырезает интроны и соединяет экзоны, формируя зрелую мРНК.
  • Альтернативный сплайсинг — это разное вырезание и соединение участков одной пре-мРНК, что позволяет получать разные мРНК (и, следовательно, белки) из одного гена.

Роль фермента Brr2

  • Сплайсосома человека состоит из ~170 белков и пяти малых ядерных РНК (snRNA). Последние — это «молекулярные ножи» для разрезания РНК.
  • Фермент Brr2 (РНК-хеликаза) активирует эти «ножи», разделяя спаренные молекулы РНК и высвобождая snRNA для работы.

Новое открытие: механизм регуляции Brr2

  • Биохимические исследования показали, что активность Brr2 ингибируется определённой частью другого белка сплайсосомы — Prp8.
  • «Brr2, образно говоря, удерживается Prp8 на коротком поводке, что не позволяет ему запустить режущие инструменты сплайсосомы», — объясняет Рейнхард Люрманн.
  • Методом рентгеновской кристаллографии на синхротроне BESSY II была определена атомная структура комплекса Brr2 с регуляторной частью Prp8.
  • Структура показала, что удлинённый участок Prp8 действует как пробка, блокируя центральный канал хеликазы Brr2 и не давая РНК связаться с ферментом.

Медицинское значение

  • Мутации именно в этой «пробкообразной» области белка Prp8 у человека связаны с заболеванием сетчатки, которое может приводить к слепоте.
  • Атомная структура показала, что эти мутации, вероятно, нарушают регуляторную функцию Prp8, что и было подтверждено экспериментально.

Двойной контроль

  • Это не единственный механизм регуляции Brr2. Ранее те же группы обнаружили, что другой участок Prp8 связывает молекулы РНК, «отбирая» их у Brr2.
  • «Существование двух или более разных механизмов регуляции одного и того же клеточного процесса подчёркивает важность точного тайминга для всего процесса сплайсинга РНК», — отмечает Люрманн.

Будущие исследования

Учётым предстоит выяснить, как различные ингибирующие механизмы работают вместе и как они одновременно снимаются в нужный момент для активации Brr2. Также планируется исследовать роль регуляции Brr2 в процессе альтернативного сплайсинга.

2013-05-27