Альтернативный Сплайсинг – определение и примеры

Альтернативный сплайсинг

Альтернативный сплайсинг — процесс, позволяющий одному гену производить несколько мРНК и, соответственно, белков. Большинство генов в эукариотических геномах содержат экзоны и интроны. После транскрипции в процессе сплайсинга интроны удаляются из пре-мРНК. А вот экзон может включаться (или нет) в состав конечного транскрипта. Таким образом, с помощью альтернативного сплайсинга можно получить множество транскриптов, а, следовательно, и белков. Объединение различных сайтов сплайсинга позволяет индивидуальным генам экспрессировать множество мРНК, которые кодируют белки, порой, с антагонистическими функциями. Экзон одного варианта сплайсинга может оказаться интроном в альтернативном пути. Разные варианты сплайсинга могут приводить к образованию разных изоформ одного и того же белка. Например, ген тропонина состоит из 18 экзонов и кодирует многочисленные изоформы этого мышечного белка. Разные изоформы тропонина образуются в разных тканях и на определенных стадиях их развития.

Предположено, что у эукариот альтернативный сплайсинг может быть важным эволюционным достижением: повысилась эффективность хранения информации. [1] Недавно было показано, что у примерно 95 % мультиэкзонных генов человека наблюдается альтернативный сплайсинг. [2] Геном круглого червя Caenorhabditis elegans по количеству генов практически не отличается от генома человека, однако альтернативному сплайсингу подвергаются пре-мРНК только 15 % генов. Таким образом, альтернативный сплайсинг позволяет увеличить разнообразие белковых продуктов генов, сохраняя при этом относительно небольшое количество различных генов в геноме и не создавая избыточных копий генов.

Разные варианты альтернативного сплайсинга одной пре-мРНК могут осуществляться в разные периоды развития организма и/или в разных тканях, а также у разных особей одного вида. [3]

Один из наиболее впечатляющих примеров альтернативного сплайсинга — ген dscam в Drosophila melanogaster, содержащий 116 экзонов, из которых 17 всегда попадают в конечную мРНК. Теоретически, данная система может продуцировать 38016 различных белков. В действительности, обнаружено более 18000 в Drosophila melanogaster. Белки Dscam отвечают за правильное местонахождение нейронов и также, вероятно, участвуют в распознавании и фагоцитозе чужеродных бактерий. [4]

Содержание

Классификация [ править ]

Существует несколько механизмов альтернативного сплайсинга:

  1. Пропуск экзона или экзонной кассеты: в этом случае экзон может вырезаться из первичного транскрипта или сохраняться в нём. Это наиболее часто используемый механизм у млекопитающих.
  2. Взаимоисключающие экзоны: из двух экзонов в конечном транскрипте сохраняется только один.
  3. Использование альтернативного донорного сайта: есть несколько альтернативных 5′-участков сплайсинга (донорных сайтов), что изменяет 3′-границу вышележащего (upstream) экзона.
  4. Использование альтернативного акцепторного сайта: используются разные 3′-участки сплайсинга (акцепторные сайты), что меняет 5′-границы нижележащего (downstream) экзона.
  5. Удержание интрона: интрон сохраняется в последовательности транскрипта. Если интрон находится в кодирующей последовательности, то он может кодировать стоп-кодон или же сдвигать рамку считывания. А это может привести к потере функциональности белка, поэтому данный механизм альтернативного сплайсинга используется крайне редко у млекопитающих.

Помимо описанных основных механизмов альтернативного сплайсинга существует ещё 2 других механизма, благодаря которым разные мРНК могут получаться из одного гена: множественные промоторы и множественные сайты полиаденилирования. Транскрипция может начинаться с разных точек. В результате получаются транскрипты с разными экзонами на 5’-конце (множественные промоторы). Множественные сайты полиаденилирования обеспечивают разные 3’-концы для транскрипта. Оба механизма найдены в комбинации с альтернативным сплайсингом и добавляют разнообразия в типы мРНК, полученных от одного гена. [2] [5]

Механизм [ править ]

Сплайсинг осуществляется сплайсосомой — массивной структурой, в состав которой входит 5 малых ядерных нуклеопротеидных частиц (snRNP) — U1, U2, U4, U5 и U6 (U3 не участвует в сплайсинге) — и большого количества вспомогательных белков. Вместе они способны точно распознать сайты сплайсинга и катализировать 2 шага реакции сплайсинга.

Сборка сплайсосомы начинается с распознавания U1 5’-сайта сплайсинга. После этого фактор сплайсинга 1 (SF1) связывается в точке разветвления (branch point, обычно это аденозин). Такой комплекс носит название E’. Затем большая субъединица (65 kDa) гетеродимерного вспомогательного фактора U2 (U2AF) образует комплекс с полипиримидиновым участком (polypyrimidine tract), а малая субъединица (35 kDa) U2AF связывается с 3’-терминальным AG на стыке интрона и экзона. Весь этот образовавшийся комплекс является АТФ-независимым и уже называется комплексом E. Позже, после замены SF1 на U2 в точке разветвления, комплекс Е становится АТФ-зависимым комплексом А.

Дальнейшее образование тройного U4/U6-U5 комплекса приводит к формированию комплекса В, который после экстенсивных конформационных изменений и перестроек превращается в каталитически активный комплекс С. [6] U6 занимает позицию U1, а U1 и U4 уходят. Оставшийся комплекс претерпевает 2 реакции переэтерификации. В ходе первой реакции, 5’-конец интрона отщепляется от экзона, что перед ним, и присоединяется к сайту разветвления А через 2’,5’-фосфодиэфирную связь. Во второй реакции переэтерификации, 3’-конец интрона отщепляется от экзона, что расположен далее по последовательности, и два экзона объединяются. Образовавшийся интрон высвобождается в форме лассо и позднее деградирует. [7]

Регуляция [ править ]

Существуют различные способы регуляции альтернативного сплайсинга: РНК-белковые взаимодействия, РНК-РНК взаимодействия (при взаимоисключающих экзонах), взаимодействие пре-мРНК с некодирующими РНК, в том числе малыми ядрышковыми РНК и др. Несмотря на столь потенциальное разнообразие регуляторных механизмов, РНК-белковые взаимодействия считаются основными способами регуляции сплайсинга. [8]

Регуляторные элементы [ править ]

Участки последовательности РНК и регуляторы белков определяют, какой экзон удалить, а какой оставить. Существует 4 категории регуляторов:

  • энхансеры сплайсинга экзонов (exonic splicing enhancers, ESEs)
  • сайленсеры сплайсинга экзонов (exonic splicing silencers, ESSs)
  • энхансеры сплайсинга интронов (intronic splicing enhancers, ISEs)
  • сайленсеры сплайсинга интронов (intronic splicing silencers, ISSs)

Регуляторы, помогающие распознать сайт сплайсинга [ править ]

Белки SR (серин(S)/аргинин(R)-богатые белки) играют важную роль в распознавании сайта сплайсинга. Например, когда они взаимодействуют с энхансерами экзонов (ESE), они помогают связываться U1 с 5’-сайтом сплайсинга, а также U2AF и U2 с 3’-сайтом сплайсинга. Эти взаимодействия (SR c энхансерами) происходят благодаря их RS доменам (содержат Arg-Ser повторы). Белки SR могут работать вместе с другими положительными регуляторами. [6]

SR белок SRp38 (также известный как TASR, NSSR, FUSIP1 и SRrp40) в дефосфорилированном действует как репрессор сплайсинга. [9] Однако, недавние исследования показали, что в фосфорилированном состоянии он также функционирует в качестве активатора, зависящего от сплайсируемой последовательности. [10]

Ингибирование распознавания сайта сплайсинга [ править ]

Ингибировать распознавание сайта сплайсинга можно разными способами. Первый, когда сайленсеры сплайсинга располагаются близко к сайту сплайсинга или к энхансерам сплайсинга, и, соответственно, может происходить стерическое ингибирование, при котором блокируется доступ к snRNP или положительным регуляторным факторам. Например, полипиримидин-связывающий белок (PTB; также известный как PTB1 и hnRNP I), связывается с полипиримидиновым участком и, тем самым, блокирует связывание U2AF с экзонами. Тканеспецифичные факторы сплайсинга FOX1 и FOX2, связываясь с интронной последовательностью, могут ингибировать формирование комплекса E’, предотвращая связывание SF1 с точкой разветвления. [6]

Ингибиторы сплайсинга могут стерически мешать связыванию активаторов с энхансерами. Семейство белков Hu/ELAV ингибирует связывание U1, конкурируя с белком TIA1, который взаимодействует с AU-богатой областью, расположенной далее по последовательности в 5’-сайте сплайсинга экзона 23а нейрофиброматозного типа 1. [11] FOX1 и FOX2 также ингибируют формирование комплекса Е, связываясь с экзонной последовательностью, близко расположенной от ESE, где связываются TRA2 и SRp55. Из-за этого U2AF не может закрепиться. [12]

Регуляция сплайсинга в зависимости от позиции экзона [ править ]

Действие цис-регуляторных элементов иногда зависит от позиции регулируемого экзона. Несколько белков, например такие как NOVA1, NOVA2, FOX1, FOX2, hnRNP l, hnRNP l-подобный, hnRNP F и hnRNP H, могут действовать либо как репрессоры, либо как активаторы в зависимости от места сайта связывания. [13] [14] [15]

Позиция сплайсинга может определять действие факторов сплайсинга. Энхансеры могут располагаться таким образом, что, когда факторы сплайсинга связываются с ними, другой экзон лучше расположен для действия сплайсосомы. Или наоборот, элементы сайленсинга соревнуются с компонентами сплайсосомы или как-то изменяют структуру мРНК, препятствуя узнаванию сайта сплайсинга. [6]

Методы обнаружения альтернативного сплайсинга [ править ]

Основным методом определения мест альтернативного сплайсинга в данный момент является секвенирование библиотек кДНК, полученных на матрице мРНК. Данный метод называется секвенированием РНК. Также возможно применение ДНК-микрочипов.

Альтернативный сплайсинг и заболевания [ править ]

Изменения в альтернативном сплайсинге могут вызывать разные заболевания: нейродегенеративные, сердечно-сосудистые, дыхательные заболевания, а также рак и болезнь Альцгеймера. В тканях, где происходит множество процессов (например головной мозг), требуется большое количество белков для выполнения различных функций. Любой дефект в альтернативном сплайсинге может резко изменить состав белков в клетке, вследствие чего и возникнут многие неврологические заболевания. Эти дефекты могут быть разделены на две основные группы: первичные и вторичные дефекты сплайсинга.

Первичные дефекты сплайсинга [ править ]

При первичных дефектах сплайсинга происходит мутация в последовательности, которая важна для правильного прохождения альтернативного сплайсинга. Следовательно, сплайсинг не происходит должным образом. Многие мутации, приводящие к заболеваниям, вызваны нарушениями сплайсинга пре-мРНК. Примерами являются синдром Луи-Бара и нейрофиброматоз. Половина пациентов, страдающих этими заболеваниями, несет мутации, которые влияют на прохождение сплайсинга пре-мРНК. Другой пример первичных нарушений сплайсинга был обнаружен у пациентов с лобно-височной деменцией (аутосомно-доминантное расстройство, связано с 17 хромосомой). Дефекты в сплайсинге приводят к изменению транскриптов тау-белков, ассоциированных с микротрубочками, – MAPT. Эти белки накапливаются в аксонах или растущих нейронах. Изменения в сплайсинге MAPT могут также привести к другим заболеваниям, таким как болезнь Альцгеймера, мышечная дистрофия, дисфункция глии и дегенерация спинного мозга. Мышечная дистрофия Дюшенна (МДД) — это результат мутаций в гене дистрофина. Мутации вызывают нарушения в сплайсинге и продукцию неправильных мРНК. Разные мутации в пре-мРНК дистрофина вызывают промежуточный вариант МДД, мышечную дистрофию Беккера (МДБ).

Вторичные дефекты сплайсинга [ править ]

Под вторичными дефектами сплайсинга подразумеваются мутации в регуляторных факторах, которые очень важны для процесса сплайсинга. Действие различных активаторов и/или репрессоров может определять пути прохождения альтернативного сплайсинга. В зависимости от того, какой регулятор действует, пре-мРНК меняется. В некоторых случаях, это может привести к серьёзным нарушениям. Примером таких нарушений является Синдром Прадера-Вилли, генетическая болезнь, характеризующаяся интеллектуальными и поведенческими отклонениями.

Фермент ацетилхолинэстераза (AChE) собирается из серии белков. В ходе альтернативного сплайсинга может получаться три изоформы белка, которые вызывают такие нейродегенеративные заболевания, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. Разбалансировка регуляторов сплайсинга может приводить к избытку AChE-R, изоформе AChE, найденной у пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера. [1]

Регуляция альтернативного сплайсинга мРНК

Компас посвящен одному из важнейших механизмов регуляции экспрессии генов- альтернативному сплайсингу.

  • Содержание:
  • Содержание:

Прежде чем говорить об альтернативном сплайсинге
необходимо обсудить что же такое сплайсинг вообще. Для рассмотрения этого вопроса воспользуемся лекциями, представлеными на сайте кафедры химии природных соединений МГУ, в которых это вопрос объясняется довольно подробно.
Сплайсинг- один из этапов созревания мРНК, которое происходит в ядре. Большинство генов эукариот имеет прерывистое строение, т.е. участки, кодирующие мРНК (экзоны), перемежаются с интронами – участками, вырезаемыми из пре-мРНК при сплайсинге. Белковые комплексы, отвечающие за кепирование, сплайсинг и полиаденилирование, взаимодействуют между собой, а также с РНК полимеразой II. Фосфорилированная форма CTD РНК полимеразы II, т.е. форма, характерная для элонгирующей РНК полимеразы, служит площадкой для присоединения аппарата созревания.
Сплайсинг – это процесс вырезания внутренних участков пре-мРНК, называемых интронами. Бывает несколько разновидностей сплайсинга. Наиболее распространенный тип – это вырезание интронов с помощью малых ядерных РНП (мяРНП). Эти небольшие РНК, связанные с белками имеют ряд особенностей. Их 5’-конец закрыт кепом, причем в отличии от мРНК остаток гуанозина на 5’-конце не моно-, а триметилирован (по N7 и дважды по N2). Кроме того, мяРНК как правило содержат Sm последовательность, к которой присоединяется набор из семи Sm белков. Эти маркеры мяРНК нужны для направленного транспорта их в ядро и прикрепления к фосфорилированному CTD РНК полимеразы II.

Как белки и РНК, осуществляющие сплайсинг, узнают какой фрагмент пре-мРНК нужно вырезать? И у дрожжей и у высших эукариот есть консервативные последовательности, определяющие 5’ и 3’ границы интронов. Выделяют три функционально важных участка пре-мРНК, участвующие в сплайсинге: 5’-место сплайсинга (5’SS), 3’- место сплайсинга (3’SS) и место разветвления (BS). На первой стадии 2’-гидроксил аденозина места разветвления атакует фосфодиэфирную связь 5’SS. В итоге этой атаки образуется структура “лассо” и свободный 3’-гидроксил 5’-концевого экзона. Во время второй стадии этот 3’-гидроксил атакует 3’SS. В результате экзоны оказываются ковалентно соединенными обычной межнуклеотидной связью, а интрон уходит в виде структуры “лассо”.
Как же и в какой последовательности узнаются места сплайсинга и разветвления? Сначала U1 мяРНП узнает 5’-место сплайсинга, а возможно и 3’-место сплайсинга. Место разветвления узнается белком SF1, а полипиримидиновая последовательность, предшествующая 3’SS – гетеродимером U2AF. При этом образуется комплекс CC (commitment complex) – комплекс определяущий вырезание данного интрона.

На следующем этапе комплекс CC переходит в комплекс A. Белок SF1 вытесняется с помощью UAP56 и с местом разветвления связывается U2 мяРНП. В самом U2 мяРНП фрагмент U2 мяРНК, комплементарный BS, освобождается от белка SAP61. Связыванию U2 РНП помогает белок U2AF.

После связывания U2 мяРНП к сплайсосоме (т.е. комплексу, осуществляющему сплайсинг) присоединяется крупный рибонуклеопротеид, содержащий 3 мяРНК: U4,U5 и U6. В результате образуется комплекс B1, содержащий 5 молекул мяРНК. U1 мяРНК в этом комплексе связана с 5’SS, U2 – с местом разветвления, а U4 мяРНК связана с U6 многочисленными комплементарными взаимодействиями. Все мяРНК, кроме U6 синтезируются РНК полимеразой II и имеют классические атрибуты мяРНП – связанные Sm белки и триметилированный кеп. U6 мяРНК транскрибируется РНК полимеразой III и не имеет кеп-структуры. Кроме того, вместо Sm белков с ней связаны гомологичные им Lsm белки.

После образования B1 комплекса происходит самая драматическая конформационная перестройка сплайсосомы . Во-первых, теряется связь U1 мяРНК с 5’SS. Во-вторых, расплетается дуплекс между U4 и U6 мяРНК. В-третьих, образуются дуплексы между U6 мяРНК и 5’SS, а также U6 и U2 мяРНК. Самую активную роль в этих перестройках играют белки, ассоциированные с U5 мяРНК. U5-200k расплетает дуплекс между U4 и U6 мяРНК, а U5-100k помогает образовать контакт между U6 и 5’SS. Другой белок, ассоциированный с U5 (U5-220k) способствует тому, что консервативная шпилька U5 мяРНК связывает 5’SS и 3’SS. В результате оказывается, что дуплекс U2 и U6 связывает место разветвления и 5′-место сплайсинга. U5 мяРНК дополнительно фиксирует 5’SS так, что оказывается возможным провести нуклеофильныю атаку 2’-OH выпетливающегося аденозина на межнуклеотидную связь 5’SS.

Переход от B2 комплекса к C1 как раз соответствует первой стадии сплайсинга, т.е. образованием лассообразной структуры и освобождению 3’-гидроксила 5’-концевого экзона. В самом каталитическом акте сплайсосомы принимают участие белки Spp2p и Prp2p, хотя основную роль в катализе играют не белки, а сплайсосомная РНК.
После прохождения первой стадии сплайсинга необходимо подставить в активный центр сплайсосомы 3’SS. За выбор 3’-места сплайсинга отвечает U5-220k белок. Целый ряд белковых факторов играют роль в подстановке 3’-места сплайсинга в активный центр. Кроме того, осуществляется контроль за правильностью проведения первой стадии сплайсинга в котором принимает участие белок Prp16p.

Читайте также:  Амнион это - определение и функция

Особую роль в позиционировании 5’-экзона и 3′-места сплайсинга играет консервативная шпилька U5 мяРНК. Кроме того, первый и последний нуклеотиды интрона образуют неканоническую G-G пару. Вторая стадия сплайсинга, катализируемая сплайсосомой заключается в атаке 3’-гидроксила первого экзона на межнуклеотидную связь между интроном и 3’-концевым экзоном. В результате экзоны оказываются соединенными, а интрон – вырезанным в виде лассообразной структуры.

После прохождения обеих стадий сплайсинга становится необходимо разобрать сплайсосому, освободить лигированные (сшитые) экзоны, а также вырезанный интрон. мРНК высвобождает HRH1 белок. Разборкой сплайсосомы занимается белок mDEAH9. Дополнительный белковый фактор (Prp24p) нужен для воссоздания U4/U6 гетеродимера. Не все белки, входящие в состав сплайсосомы, покидают мРНК после сплайсинга. Некоторые остаются связанными с мРНК в ядре и участвуют в экспорте сплайсированной мРНК. Другие переносятся с мРНК в цитоплазму, где осуществляют “контроль качества” мРНК при ее трансляции.
Схематично цикл работы сплайсосомы можно представить так:

Молекулярный каскад, задействованный в процессе сплайсинга очень сложен. Множество белковых факторов, вступающих в сложное взаимодействие. Рассмотрим этот процесс в динамике.

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.
С одного и того же гена синтезируются разные белки. Это явление ткане-специфично и зависит от стадии клеточного цикла. Рассмотрим конкретный пример- тропомиозин, белок, участвующий в мышечном сокращении. В разных клетках с гена тропомиозина синтезируются разные белки:

Альтернативный сплайсинг позволяет индивидуальным генам продуцировать множественные изоформы белков – играя тем самым центральную роль в генерации сложных протеомов. Альтернативный сплайсинг кроме того имеет в основном скрытую функцию по количественному генному контролю путём направления РНК на nonsense-обусловленный распад.
Механизмы альтернативного сплайсинга традиционно изучались с использованием индивидуальных модельных систем, но эти подходы сегодня завершены глобальным анализом. Регуляция сплайсинга как правило осуществляется с помощью модуляции ранних ступеней сборки сплайсосомы. Цис-элементы представляют собой энхансеры и сайленсеры сплайсинга, которые могут быть локализованы или в экзонах или в интронах и которые связывают активаторные и репрессорные белки.
Согласно Arianne J. Matlin из Кэмбриджского Университета, иногда присутствие или отсутствие одиночного регулятора достаточно, чтобы предопределить пути альтернативного сплайсинга. Наиболее распространено, комбинации наиболее широко распространённых факторов вовлекаются в выбор путей сплайсинга. Это привело к концепции ‘cellular codes’, которые составляются за счёт определенных комбинаций регуляторных факторов.

А Регуляторные элементы взаимодействуют со специфическими сайтами. Элементы подразделяются на экзонные энхансеры (exon splicing enhancers, ESEs) и сайленсеры сплайсинга (exon splicing silencers, ESSs) и интронные энхансеры (intron splicing enhancers,ISEs) и сайленсеры (intron splicing silencers, ISSs). Энхансер активирует рядом расположенные сайты сплайсинга или противодействует сайленсерам, сайленсеры могут репрессировать сайты сплайсинга или энхансеры. Включение или пропуск экзона определяется соотношением этих факторов, которое в свою очередь может определяется отношением концентраций родственных РНК-связывающих белков-активаторов или репрессоров. B Элементарный акт сплайсинга представляет собой бинарный выбор. Ba Группа экзонов представляет собой отдельный элемент, который может быть независимо вставлен или вырезан из мРНК. Далее они могут быть подразделены на “пропускаемые” или “скрытые” экзоны соответственно тому включается или вырезаются экзоны. Bb Сплайсинг включает выбор только одного из множества вариантов. Bc,d Конкуренция 3′ и 5′-сайтов представляет “модификацию экзонов”. Be удерживание интронов. Bf альтернативный сплайсинг с использованием альтернативных промоторов или Bg 3′-сайтов процессинга.
Механизм действия энхансеров и сайленсеров на примере определения пола у дрозофилы:

A Модель функционирования экзонного энхансера (ESE). Белок SR (SRp), связываясь с ESE, может активировать сплайсинг, активируя U2AF65, который ослабляет полипиримидин SRm160 (оранжевая стрелка), или с помощью взаимодействия с RNA branch point (голубая стрелка). В Слабый 5′-сайт сплайсинга усиливается связыванием TIA1 с нижележащим интронным энхансером (ISE). TIA1 активирует пол-зависимый tra 3′-сайт с помощью вовлечения SXL, взаимодействующего с интронный сайленсером ISS, встроенным в полипиримидиновый участок, и предотвращения связывания U2AF. Это приводит к выбору нижележащего специфичного для женской особи сайта. D Вставка экзона 3 HIV1 tat пре-мРНК определяется ядерным соотношением специфических гетерогенных ядерных рибонуллеопротеинов (hnRNP) и SR белка. Мультимеризация hnRNPA1 в незрелой особи с высоко-афинного ESS блокируется взаимодействием SF2/ASF с вышележащим ESE. Поэтому ESE необходим RRM-домен, а не RS-домен SF2/ASF. Е Регуляция сплайсинга экзона N1 в src-транскрипте представляет собой пример комбинаторного контроля взаимодействия и антагонизма позитивных и негативных факторов. Не в нервных клетках (слева) N1 вырезан, в нейронах (справа) он включен в зрелую мРНК.

Все эти сложные каскады, взаимодействие регуляторных белков и т.д. приводит к тому, что в разных клетках содержатся разные изоформы белков.

В Лаборатории канцерогенеза человека Center for Cancer Research, National Cancer Institute под руководством Curtis C. Harris проведены исследования белков, защищающих теломеры (Protection of telomeres 1 (POT1) proteins). Эти исследования необычайно важны для решения проблемы старения, т.к. именно с укорочением теломер связана одна из теорий старения. У человека, в отличие от традиционного обекта исследований-мышей, всего один ген POT1. Кроме основного длинного варианта POT1 (вариант1), благодаря альтернативному сплайсингу существуютдругие варианты (варианты 2-5), функционирование которых еще не исследовано в полной мере. Анализ вариантов POT1, усеченных с N- и С-конца, показал, что ни способность связывания с теломерами N-концевого связывающего нуклеотида (OB), ни теломеразо-зависимая элонгация теломер не зависят от С-концевого TPP1-взаимодействующего домена. Важно, что вариант 5, усеченный с С-конца, который содержит N-концевое OB кольцо и центральный регион с неясной функцией, защищает теломеры и предотвращает клеточное старение, так же как и длинный вариант 1. В данном исследовании показано, что:
1) вариант 1 (но не вариант 5) поддерживает 3′-концевую избыточность теломер
2) p53 необходим для старения, индуцированного выключением варианта 5
3) вариант 5 функционирует только на обломках ДНК для предотвращения запуска сигналлинга повреждения ДНК
Кроме того, вариант 5 чаще всего экспрессируется в опухолевых клетках, участвует в поддержании стабильности хромосом при дефиците mismatch репарации.

В другой лаборатории этого центра- Лаборатории Молекулярной Фармакологии-под руководством Yves Pommier проведена работа по исследованию митохондриальной топоизомеразы (TOP1mt), активность которой необходима для репликации, транскрипции и репарации митохондриальной ДНК.
Митохондриальные заболевания, связанные с нарушениями митохондриального генома, включают нейродегенеративные заболевания, метаболические нарушения и преждевременное старение. Выяснено, что пре-мРНК, синтезированная с гена TOP1mt, подвергается альтернативному сплайсингу, в результате которого синтезируются различные изоформы фермента. Исследования будут продолжены, т.к. проблема представляет собой несомненный интерес для научной общественности и может иметь практическое значение.

Dean Tang из Департамента Канцерогенеза The University of Texas MD Anderson Cancer Center были проведены исследования 15-липоксигеназы-2 (15-LOX2)- липоксигеназы, экспрессирующейся в зрелых клетках простаты. Ее экспрессия снижается или полностью отсутствует при неоплазии ткани простаты и раке простаты. В ходе исследований выяснено, что пре-мРНК 15-LOX2 подвергается альтернативному сплайсингу, в результате чего синтезируются разные изоформы, которые являются негативными регуляторами клеточного цикла в нормальных эпителиальных клетках простаты. 15-LOX2 является важным фактором в дифференцировке клеток. Ее индукция связана с клеточным старением. Она является супрессором опухолевого роста. Вероятно, различные изоформы этого белка, так или иначе участвуют в развитии опухоли простаты.

Ученые из Университета Калифорнии исследовали транскрипционный фактор TBX3. Было обнаружено, что TBX3 может сделать мышиный эмбриональный фибробласт (MEF) бессмертным. Аналог TBX3, TBX2, предотвращает старение в клетках грызунов и экспрессируется в некоторых видах рака груди человека. Предполагается, что TBX3 также может иметь значение при раке груди.
Пре-мРНК TBX3 подвергается альтернативному сплайсингу в результате чего образуются разные изоформы, в том числе TBX3 + 2a, которая отличается от основной формы наличием 20 дополнительных аминокислот в ДНК-связывающем домене. TBX3 и TBX3 + 2a экспрессируется в организме повсеместно, но альтернативный сплайсинг ткане-специфичен. Как говорилось выше, гиперэкспрессия TBX3 способна сделать MEF бессмертными, в то время как TBX3 + 2a вызывает ускорение старения, это может быть объяснено тем, что разные изоформы воздействуют на разные мишени. В культурах клеток рака груди наблюдается гиперэкспрессия TBX3. Рак груди -одно из опаснейших возрастзависимых заболеваний и его исследования несомненно принесут пользу.

Как видно из приведенных примеров, исследования альтернативного сплайсинга в аспекте проблемы старения и возраст-ассоциированных заболеваний необходимы. Синтез различных изоформ приводит к изменению в дифференцировке, пролиферации и функционировании клеток. Необходимы детальные исследования:
1) регуляторных элементов, влияющих на альтернативный сплайсинг, и возможностей воздействия на них
2) альтернативного сплайсинга пре-мРНК, с которых синтезируются различные регуляторные белки (например, транскрипционные факторы)
3) роль альтернативного сплайсинга в канцерогенезе
4) роль альтернативного сплайсинга в процессе старения
5) возможности регуляции альтернативного сплайсинга и мн. др.

Альтернативный сплайсинг

Биоинформатик Михаил Гельфанд о прерывистой структуре гена, увеличении разнообразия генов и эволюционной пользе альтернативного сплайсинга

Поделиться статьей

Для университетского учебника уже надо понимать, что между транскрипцией и трансляцией много чего происходит. Вернее, так: у бактерий не происходит ничего, а у нас с вами, то есть у организмов, у которых есть ядро, происходят изменения. Когда прочитывается транскрипт в ядре, он, перед тем как попасть в цитоплазму и начать работать как матричная РНК, чтобы синтезировался белок, сильно меняется. Это называется «процессинг».

Читайте также:  7 самых ядовитых грибов в мире, опасных для жизни с фото и описанием

Фрагмент ДНК — это ген, который непрерывно кодирует белок. Это то, к чему привыкли люди, которые работают с бактериями. Ведь изначально молекулярная биология строилась на изучении бактерий — просто потому, что их выращивать легче. Оказалось, что у нас гены устроены не так. У нас они разбиты на отдельные кодирующие участки, которые называются «экзоны». А между ними имеются вставки, которые ничего не кодируют. За это открытие была присуждена Нобелевская премия 1993 года британскому биохимику Ричарду Робертсу и американскому генетику Филлипу Шарпу. Они увидели это явление экспериментально в электронный микроскоп. Гибридизовали ДНК и РНК, и появились большие петли ДНК, которые с РНК не гибридизуются. При гибридизации соответствующие друг другу участки просто спариваются в такую же двойную спираль, как уотсон-криковская, только не ДНК-ДНК, а ДНК-РНК. В норме есть одна нить ДНК и другая нить ДНК. А дальше вы можете одну нить взять ДНК, а другую нить РНК и точно так же гибридизовать. Там, где РНК прочитана с ДНК, она гибридизуется, потому что она комплементарна. Процесс транскрипции устроен на тех же комплементарных парах. Там, где в ДНК было что-то лишнее, что в РНК не попало, образуется петля. Это ученые и увидели в микроскоп и поняли, что в ДНК есть лишние вставки.

Для людей с филологическим образованием надо представить себе журнал с рекламными вставками или телепередачу, в которой есть основной текст, а внутри него реклама. У моей сестры был чудесный в свое время магнитофон, который записывал передачи, которые ей интересны, и при этом рекламные паузы убирал. Это в чистом виде сплайсинг. Отдельный хороший вопрос — откуда он взялся, зачем это вообще нужно? Эволюционно, по-видимому, это возникло в момент, когда появились первые эукариоты, клетки с ядром. Интроны, по-видимому, были паразитами, а сплайсинг был способом чистить от них гены. Мы видим, что на самом деле большинство генов действительно имеют интроны. Получается, у вас есть процесс сплайсинга, то есть процесс вырезания бессмысленных вставок на уровне транскрипта. Вернее, транскрипт читается так, как он есть, а в ядре дозревает, интроны вырезаются, а экзоны сшиваются друг с другом.

Вы можете какой-то экзон в части транскриптов оставить, а в части транскриптов вырезать. В результате у вас с одного гена прочитаются разные белки: у одного будет дополнительная вставка, а у другого ее не будет. Или, например, вы можете сделать два разных экзона, так что в часть матричных РНК вставится один из этих экзонов, а в часть — другой. И опять у вас будут белки, которые всюду тождественны, но на каком-то одном участке различаются. Альтернативный сплайсинг — ситуация, когда у вас есть белки, которые частично тождественны, а частично совсем разные.

Оказалось, что очень многие гены альтернативно сплайсируются. Довольно долго считалось, что это некоторая экзотика. В Нобелевской лекции Шарпа была оценка, что примерно 5% человеческих генов альтернативно сплайсируются. Когда мы начали массово изучать матричные РНК, когда появились методы, которые позволяют определить последовательности РНК сразу у очень большого количества генов, то оказалось, что альтернативно сплайсируется примерно треть генов. Потом оказалось, что даже больше. То есть это не экзотика, а массовый процесс. По-видимому, это эволюционно удобная вещь. Школьное понимание альтернативного сплайсинга говорит о том, что это механизм, который позволяет увеличить разнообразие белков, не увеличивая количество генов. До некоторой степени это ерунда, потому что если вам нужно разнообразие белков, то вы можете наплодить сколько угодно генов. Только 2% нашего генома кодируют белки, все остальное — это интроны, межгенные участки, повторы. Если тебе нужно в два раза больше белков, то сделай в два раза больше генов. Геном от этого не увеличится. По-видимому, на самом деле эволюционная причина того, что альтернативный сплайсинг существует, в другом.

Одна вещь примерно понятна, когда вам нужны белки, которые в каких-то частях абсолютно тождественны, а в других частях, наоборот, разные. Самый простой пример — это рецепторы и антитела. У вас есть клетка иммунной системы, которая может узнать чужеродный антиген и начать производить антитела против этого антигена. У нее есть рецептор, который узнает, и есть секретируемый иммуноглобулин, антитело, узнающее то же самое. Клетка начинает продуцировать антитело, только узнав этот антиген. Но теперь ясно, что рецептор и сам иммуноглобулин должны обладать одной и той же специфичностью. Немного глупо узнать какой-то антиген и начать делать антитело против другого антигена. Белки при этом разные: один — это мембранный рецептор, он заякорен в мембране, и у него выделяется только распознающая часть, а другой секретируется. Есть здоровый белок, который, наоборот, из клетки выходит, узнает. И у него есть еще много частей, которые обеспечивают уничтожение антигена и после этого взаимодействуют с остальными частями иммунной системы. Все это вы делаете альтернативным сплайсингом.

Альтернативный сплайсинг как инструмент эволюции

Автор: Кирилл Стасевич

Известно, что РНК, которая получается в результате транскрипции , ещё незрелая, неотредактированная, в ней есть фрагменты, которые будущему белку не нужны. Поэтому РНК проходит обязательную посттранскрипционную правку: из неё вырезаются одни куски — интроны, другие же — экзоны — сшиваются вместе и образуют готовый шаблон для синтеза полипептидной цепи. Этот процесс вырезания одних кусков и монтажа других называется сплайсингом .

Альтернативный сплайсинг гена у самца и самки дрозофилы: РНК и белки, которые определяют границы монтируемых участков. Альтернативный экзон показан жёлтым. (Рисунок Allen Gathman .)

Но не стоит думать, что для каждого гена сплайсинг его РНК будет всё время происходить по одной и той же схеме. Часто бывает так, что РНК разрезается и сшивается по-разному. В зависимости от обстоятельств некоторые фрагменты остаются в готовой молекуле, вместо того чтобы быть вырезанными, и сами фрагменты сшиваются между собой совершенно различными способами. Такой альтернативный сплайсинг позволяет создать великое множество вариантов белка, оставаясь при этом в рамках одного гена и не занимая дополнительную территорию на ДНК. Некоторые белки (например, человеческий нейрексин) благодаря альтернативном сплайсингу существуют едва ли не в тысячах форм. Функции этих вариантов могут разниться довольно сильно. Например, если полноразмерный фактор транскрипции активирует какие-то гены, то его укороченный в результате альтернативного сплайсинга фрагмент, наоборот, подавляет активность тех же самых генов.

При этом наука только в последнее время начала осознавать, насколько огромную роль играет альтернативный сплайсинг в живых системах. В 2008 году исследователи из Массачусетского технологического института (США) проанализировали РНК из 10 видов тканей человека, и оказалось, что РНК почти от каждого гена претерпевает альтернативный сплайсинг. Более того, именно за счёт альтернативного сплайсинга и формируются различия между тканями.

В новом исследовании та же команда учёных решила выяснить, в чём специфика сплайсинга у разных видов животных. Были взяты образцы ткани у нескольких видов млекопитающих (макака-резус, крыса, мышь и корова) и у курицы. У каждого вида анализировали 9 типов ткани (мозг, кишечник, сердце, почки, печень, лёгкие, скелетные мышцы, селезёнка и семенники). При этом отдельно оценивалась активность генов, то есть набор «черновых» РНК, и активность сплайсинга, то есть набор разных форм одной и той же РНК.

В статье, опубликованной в журнале Science , авторы сообщают, что характер активности генов в одних и тех же тканях был примерно одинаков, независимо от того, какому виду они принадлежали. Что вполне понятно: каждая ткань имеет свои уникальные особенности, отличающие, например, мышечную клетку от нейрон а, и чтобы эти особенности проявились, нужен определённый набор генов. И эти гены будут работать в любом организме, будь то мышь или курица.

Но когда учёные проанализировали сплайсинговую активность, оказалось, что тут разные способы сплайсинга группируются не по тканям, а по видам. То есть какой-то путь альтернативного сплайсинга был примерно одинаков и в мозгу, и в лёгких, и в сердце, но лишь пока все они принадлежали одному биологическому виду. Иными словами, способ альтернативного сплайсинга определял «лицо вида», хранил в себе отличия вида от других, его индивидуальные особенности. Это тоже в целом понятно: если говорить о приспособлении вида к среде, то альтернативный сплайсинг — удобный, пластичный и быстрый механизм адаптации.

Альтернативный сплайсинг часто затрагивает те участки белка, которые подвергаются фосфорилированию. А модификация фосфатными остатками — один из основных способов изменить активность белка. То есть альтернативный сплайсинг, влияя на наличие сайтов для модификации, может вмешаться в распределение белка в клетке, в его участие в сигнальных путях и в результате привести к перестройке всей молекулярной внутриклеточной кухни. Всего исследователи нашли несколько тысяч новых альтернативных экзонов, которые в разных обстоятельствах могут попадать в конечную версию РНК. Так что эволюции есть из чего выбирать. Правда, это пока что первое исследование подобного масштаба, посвящённое роли сплайсинга в эволюционных процессах, и учёным ещё предстоит понять, как он взаимодействует с другими механизмами эволюции на других уровнях генетической регуляции.

Альтернативный Сплайсинг – определение и примеры

Мой Геном » Библиотека » В эволюции приматов важную роль играл альтернативный сплайсинг

В эволюции приматов важную роль играл альтернативный сплайсинг

Какую бы ткань мы ни взяли, разнообразие альтернативных вариантов сплайсинга у приматов будет выше, чем у мыши, а у мыши будет выше, чем у лягушки. То есть особенности картины сплайсинга определяются не типом ткани, а биологическим видом. Накопление вариантов сплайсинга идет быстрее, чем изменение белок-кодирующих генов, во всех видах тканей, хотя соотношение скоростей того и другого процесса неоднородно для разных типов тканей. Эти закономерности существенно продвигают исследования новой темы: формообразование и эволюция путем альтернативного сплайсинга.

Альтернативный сплайсинг — устрашающий термин, обозначающий довольно простое и важное биологическое явление. Его суть состоит в том, что считанная с ДНК последовательность РНК в ходе последующей обработки — созревания — может быть по-разному реорганизована. Сырая, незрелая РНК, или РНК-транскрипт, состоит из экзонов и интронов — смысловых и бессмысленных частей. В ходе созревания РНК интроны вырезаются, а экзоны — смысловые части — сшиваются, и получается зрелая матричная РНК определенного белка. Этот процесс называется сплайсингом. Однако есть тут одна хитрость. Сшиваться могут не все экзоны, и в разных условиях разные экзоны отбрасываются вместе с интронами. В результате этой сшивки получаются разные варианты, или изоформы, того или иного белка, а весь процесс носит название альтернативного сплайсинга. Таким образом, из одного гена может быть в конечном итоге получено несколько разных белков.

Альтернативный сплайсинг, открытый в конце 70‑х годов прошлого века у аденовирусов, как выяснилось, играет огромную роль в адаптациях всех живых существ. Он предоставляет клетке превосходную возможность разнообразить репертуар своих полезных белков, не меняя при этом самого гена. И все живые организмы вовсю пользуются этим адаптационным механизмом для придания белкам необходимых функциональных и регуляторных свойств. Недавно, например, выяснилось, что у человека 94% генов подвергаются альтернативному сплайсингу (см.: Почти все человеческие гены кодируют более одного белка, «Элементы», 08.11.2008). Так, альтернативный сплайсинг гена человекаCD44 может породить более тысячи разных вариантов белка. У нематоды Caenorhabditis elegans генов примерно столько же, сколько и у человека, но альтернативный сплайсинг проходят только 12% из них. Очевидно, что, поскольку геномы человека и нематоды относительно близки, различие между двумя столь несходными видами достигается именно за счет альтернативного сплайсинга.

Читайте также:  Пищеварительный тракт - определение, составные части и слои тканей

Колоссальный объем альтернативного сплайсинга стал понятен только в последние несколько лет. Считалось, что разнообразие белков определяется разнообразием генов. Однако потом выяснилось, что у человека, например, генов существенно меньше, чем предполагали на основе оценки протеомного массива: не 100 тысяч, а всего 25–30 тысяч. Значит, разнообразие белков в организме определяется не только генами, но и чем-то еще. И это «что-то» включает и использование разных белковых изоформ. Манипулируя изоформами белков, организм может получить адаптивные свойства. И вот к альтернативному сплайсингу начинают приглядываться эволюционисты. Какова роль альтернативного сплайсинга в эволюции живого? Пока решение этой проблемы практически не начато. За нее взялись ученые из Университета Торонто, Лиссабонского университета и Кембриджского университета под руководством Бена Бленкоу (Ben Blencowe). Они исследовали сходство и различие сплайсинга у разных животных: лягушки, ящерицы, курицы, утконоса, опоссума, мыши и нескольких видов приматов (макаки, орангутана, шимпанзе и человека).

В основе исследования лежало эмпирическое знание, что специфичность тканей и строения клеток в тканях обеспечивается вариациями сплайсинга одних и тех же генов. Это означает, что эволюция сплайсинга может нацеливаться на совершенствование тканевых функций, а может исходить из необходимостей и истории конкретного вида. В первом случае у разных животных в одной и той же ткани, например в клетках печени, будут реализованы сходные варианты сплайсинга. Эти варианты будут разниться со сплайсингом в другой ткани, например в мышечной, но в то же время мышечные ткани человека и мыши окажутся схожими. Во втором случае сплайсинг в печени и мышцах у человека обнаружит больше общего, чем сплайсинг в одной и той же ткани у человека и мыши (рис. 1).

Рис. 1. Схема, отражающая идеологию исследования. Светло-желтый экзон может присутствовать или отсутствовать в зрелой матричной РНК (такой экзон называют кассетным), в результате чего получаются разные версии белков (показаны зелеными и розовыми шариками) в тканях животных. Сплайсинг может зависеть от биологического вида (правые (верхние) ряды шариков), а может определяться спецификой тканей (нижние (левые) ряды шариков). Изображение из синопсиса к обсуждаемой статье в Science

Ученые определили РНК-транскрипты из разных тканей (коры мозга, мозжечка, переднего мозга, сердца, мышц, печени, почек и семенников) девяти видов животных и человека. Также определили все возможные варианты сплайсинга в родственных (ортологичных) генах у всех 10 видов. На основе этой информации выявили долю общих экзонов, которые участвуют в альтернативном сплайсинге в разных тканях у разных видов. Оказалось, что у человека и обезьян частота сплайсинга примерно в два раза больше, чем у всех других животных, какую бы ткань мы ни взяли. Самую сложную сплайсинговую комбинаторику продемонстрировали гены белков цитоскелета.

Рис. 2. Частота случаев альтернативного сплайсинга в ортологичных генах у разных животных и человека по отношению к минимальному разнообразию (к частоте таких случаев в почках лягушки). По оси абсцисс отложено время расхождения эволюционных линий позвоночных, представленных в данном исследовании. Во всех тканях (они обозначены разными цветами) у приматов примерно в два раза выше частота альтернативного сплайсинга. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Авторы исследования заключают также, что разнообразие альтернатив накапливается по ходу эволюционного развития. Действительно, как хорошо видно из рисунка 2, у млекопитающих по мере углубления в эволюционную историю число сходных с человеком сплайсинговых вариантов снижается. Чем ближе к человеку и другим приматам — а это последняя отделившаяся филогенетическая линия в этом ряду, — тем меньше различий в вариантах сплайсинга. Значит, частота и разнообразие альтернативного сплайсинга эволюционируют по ходу изменения и адаптации представителей филогенетической линии, а не специализации той или иной ткани. Иными словами, разнообразие сплайсинговых вариантов зависит в первую очередь от вида животного, но не от типа ткани. Напротив, общее разнообразие всех экспрессируемых генов определяется типом ткани, а не видом животного.

Получены и приблизительные оценки скорости накопления сплайсингового разнообразия и разнообразия самих генов: сплайсинг дает в полтора-два раза большую скорость накопления новых вариантов, чем прямые мутации. Любопытно, что скорость накопления вариантов сплайсинга в разных тканях неодинакова и отличается от скорости мутирования тканеспецифичных генов. Например, быстрее всего появляются мутации в генах семенников, а вот накопление разнообразия сплайсинговых вариантов в семенниках идет со средней скоростью, примерно такой же, как и в сердце, печени и почках (рис. 3). Этот результат показывает, что полезные мутации в генах появляются и закрепляются реже, чем появляются и закрепляются варианты альтернативного сплайсинга.

Рис. 3. Процент одинаковых случаев альтернативного сплайсинга у человека по сравнению с другими девятью видами животных. Для каждой ткани (см. легенду во врезке) подсчет велся отдельно. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

При этом картина эволюции сплайсинга несколько видоизменяется, если анализировать более ограниченный набор животных: лягушку, курицу, мышь и человека. То есть нужно отбросить родственных человеку обезьян, чтобы не путали сравнение отдаленных линий; отбросить ящериц, близких по времени дивергенции к птицам. У этого урезанного набора животных нашелся 41 общий экзон (рис. 4). И именно эти общие для всех консервативные экзоны снова проанализировали.

Рис. 4. Общие экзоны, которые участвуют в альтернативном сплайсинге, у человека, мыши, курицы и лягушки. Видно, что у всех этих четырех животных вместе есть 41 общий экзон. Изображение издополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Эти консервативные экзоны неожиданно продемонстрировали у всех видов специфическую для каждой ткани картину сплайсинга. Она, оказывается, определяется не биологическим видом, как в целом для всех альтернативных вариантов, а типом тканей. Очевидно, что удачные эволюционные находки, регулирующие функции тканей, кочуют из одной эволюционной линии в другую и мало меняются. Самую консервативную картину сплайсинга у разных видов продемонстрировали гены, связанные с синаптическими передачами, проведением нервных импульсов, развитием нервной ткани.

Таким образом, мы видим, что в некоторых тканях адаптации происходят больше с помощью мутирования белок-кодирующих генов, в других они связаны с альтернативным сплайсингом. С чем связан выбор того или иного пути — пока неизвестно.

Источники:
1) Nuno L. Barbosa-Morais, Manuel Irimia, Qun Pan, Hui Y. Xiong, Serge Gueroussov, Leo J. Lee, Valentina Slobodeniuc, Claudia Kutter, Stephen Watt, Recep Çolak, TaeHyung Kim, Christine M. Misquitta-Ali, Michael D. Wilson, Philip M. Kim, Duncan T. Odom, Brendan J. Frey, Benjamin J. Blencowe. The Evolutionary Landscape of Alternative Splicing in Vertebrate Species // Science. 2012. V. 338. P. 1587–1593.
2) Panagiotis Papasaikas, Juan Valcárcel. Splicing in 4D // Science. 2012. V. 338. P. 1547–1548.

217.Альтернативный сплайсинг. Приведите примеры

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.

218. Генетические механизмы формирования групп крови по системе аво.

Система групп крови ABO – это основная система групп крови, которая используется при переливании крови у людей. Ассоциированные анти-А и анти-В-антитела (иммуноглобулины) образуются в первые годы жизни в процессе сенситизации к веществам, которые находятся вокруг, в основном таких, как продукты питания, бактерии и вирусы. Система групп крови ABO также присутствует у некоторых животных, например, у обезьян (шимпанзе, бонобо и горилл).

В связи с наличием изоантител, образующихся в результате присутствия чужеродных антигенов крови, у людей с группой крови А после переливания крови группы В сразу образуются анти-В антитела. Они связываются с В антигенами на эритроцитах и вызывают комплемент-опосредованный лизис эритроцитов. Аналогичные процессы происходят для B и O групп (однако в этом случае увеличивается количество как анти-А так и анти-В антител).

О совместимости, связанной с переливанием крови, следует отметить, что при переливании совместимость определяется не только с учетом АВО классификации. Особое внимание следует обратить также нарезус фактор. То есть, резус-фактор и группа крови ABO – это два важнейших признака

* Люди с группой крови AB + являются универсальными реципиентами: хотя стоит помнить, что тех людей, которые имеют группу крови AB – нельзя назвать универсальными реципиентами, это очень существенное отличие;

** Так, как лицам, имеющим А-, A +, B-, B +, AB-, AB +, O – и O + можно переливать кровь от доноров с группой крови O-, то можно сказать, что люди с такой группой крови являются универсальными донорами. В то время как при O + есть определенные исключения, см. табл.

219. Центральная догма молекулярной биологии.

– обобщающее наблюдаемое в природе правило реализации генетической информации: информация передаётся от нуклеиновых кислот к белку, но не в обратном направлении. Правило было сформулировано Френсисом Криком в 1958 году и приведено в соответствие с накопившимися к тому времени данными в 1970 году. Переход генетической информации последовательно от ДНК к РНК и затем от РНК к белку является универсальным для всех без исключения клеточных организмов, лежит в основе биосинтеза макромолекул. Репликации генома соответствует информационный переход ДНК → ДНК. В природе встречаются также переходы РНК → РНК и РНК → ДНК (например у некоторых вирусов), а также изменение конформации белков, передаваемое от молекулы к молекуле. Центральная догма молекулярной биологии — обобщающее наблюдаемое в природе правило реализации генетической информации: информация передаётся от нуклеиновых кислот к белку, но не в обратном направлении. В живых организмах встречаются три вида гетерогенных, то есть состоящих из разных мономеров полимера — ДНК, РНК и белок. Передача информации между ними может осуществляться 3 × 3 = 9 способами. Центральная догма разделяет эти 9 типов передачи информации на три группы: общие, встречающиеся у всех организмов (репликация (ДНК-ДНК), транскрипция (ДНК-РНК), трансляция (РНК-белок)); специальные, встречающиеся у вирусов, МГЭ или при эксперименте (обратная транскрипция – перенос информации с ДНК на РНК, репликация РНК, прямая трансляция белка на матрице ДНК);неизвестные – не обнаружены.

Основной фигурой матричных биосинтезов являются нуклеиновые кислоты РНК и ДНК. Они представляют собой полимерные молекулы, в состав которых входят азотистые основания пяти типов, пентозы двух типов и остатки фосфорной кислоты. Азотистые основания в нуклеиновых кислотах могут быть пуриновыми (аденин,гуанин) и пиримидиновыми (цитозин, урацил (только в РНК), тимин (только в ДНК)). В зависимости от строения углевода выделяютрибонуклеиновые кислоты – содержат рибозу (РНК), идезоксирибонуклеиновые кислоты – содержат дезоксирибозу (ДНК).

Термин “матричные биосинтезы” подразумевает способность клетки синтезировать полимерные молекулы, таких как нуклеиновые кислоты и белки, на основе шаблона – матрицы. Это обеспечивает точную передачу сложнейшей структуры от уже существующих молекул к новосинтезируемым.

В подавляющем большинстве случаев передача наследственной информации от материнской клетки к дочерней осуществляется при помощи ДНК (репликация). Для использования генетической информации самой клеткой необходимы РНК, образуемые на матрице ДНК (транскрипция). Далее РНК непосредственно участвуют на всех этапах синтеза белковых молекул (трансляция), обеспечивающих структуру и деятельность клетки.

На вышесказанном основана центральная догма молекулярной биологии, согласно которой перенос генетической информации осуществляется только от нуклеиновой кислоты (ДНК и РНК). Получателем информации может быть другая нуклеиновая кислота (ДНК или РНК) и белок.

Добавить комментарий