Цис-элементы сплайсинга: разнообразие и функции

Существуют различные способы регуляции альтернативного сплайсинга: РНК-белковые взаимодействия, РНК-РНК взаимодействия, взаимодействие пре-мРНК с некодирующими РНК (в том числе, малыми ядрышковыми РНК) и др. Несмотря на разнообразие регуляторных механизмов, РНК-белковые взаимодействия считаются основными способами регуляции сплайсинга. (Danckwardt S. et al, 2002) Существует 4 категории регуляторов:

• 1. Энхансеры сплайсинга экзонов (exonicsplicingenhancers, ESEs);
• 2. Сайленсеры сплайсинга экзонов (exonic splicing silencers, ESSs);
• 3. Энхансеры сплайсинга интронов (intronic splicing enhancers, ISEs);
• 4. Сайленсеры сплайсинга интронов (intronic splicing silencers, ISSs).

Энхансер активирует расположенные рядом сайты сплайсинга или противодействует сайленсерам, которые могут репрессировать сайты сплайсинга или энхансеры. Включение или пропуск экзона определяется соотношением этих факторов. Оно в свою очередь может определяется отношением концентраций родственных РНК-связывающих белков-активаторов или репрессоров. Большая часть репрессоров сплайсинга — гетерогенные ядерные рибонуклеопротеины (hnRNPs). (Matlin A.J. et al, 2005).

Имеются и другие регуляторы. Например, SR-белки играют важную роль в распознавании сайта сплайсинга. Когда они взаимодействуют с энхансерамиэкзонов (ESE), они помогают U1 связываться с 5'-сайтом сплайсинга, а также U2AF и U2 с 3'-сайтом сплайсинга. Такие взаимодействия происходят благодаря наличию RS-доменов. Эти белки могут работать вместе с другими положительными регуляторами. (Bauer J.A. et al, 2009).

SR белок SRp38 (также известный как TASR, NSSR, FUSIP1 и SRrp40) в дефосфорилированном состоянии действует как репрессор сплайсинга. Однако, недавние исследования показали, что в фосфорилированном состоянии он функционирует в качестве активатора, зависящего от строения сплайсируемой последовательности. (Berget S.M. et al, 1977).

Отмечено, что эффективность работы факторов сплайсинга часто зависит от позиции. Например, фактор, действующий, как активатор, будучи прикрепленным к интронному энхансеру, может выполнять функцию репрессора в других условиях. (Lim K.H. et al, 2011).

Вторичная структура пре-мРНК-транскрипта также играет роль в регуляции сплайсинга, соединяя его элементы или маскируя последовательности, функционирующие как сайты прикрепления для сплайс-факторов. (Reid, D.C. et al, 2009) Вместе эти элементы формируют «код сплайсинга», который определяет порядок его прохождения в разных условиях. (Wang Z., Burge C.B., 2008).

Присутствие определенной последовательности РНК может увеличить либо уменьшить возможности сплайсирования ближайших сайтов в зависимости от контекста. Этот контекст определяется присутствием черт других последовательностей РНК (цис-активность) или клеточными условиями (транс-активность). Действие цис-активного элемента может иметь противоположные эффекты, в зависимости от того, какие белки произодятся в клетке. (Fairbrother W.G. et al, 2004).

Ингибировать распознавание сайта сплайсинга можно разными способами. Когда сайленсеры сплайсинга располагаются близко к сайту сплайсинга или к энхансерам сплайсинга, может происходить стерическое ингибирование. При этом 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 фактора SF1 с точкой ветвления. (Bauer J.A. et al, 2009).

Ингибиторы сплайсинга могут стерически мешать связыванию активаторов с энхансерами. Семейство белков Hu/ELAV ингибирует связывание U1. Его действие конкурирует с работой белка TIA1, который взаимодействует с AU-богатой областью, расположенной далее по последовательности в 5'-сайте сплайсингаэкзона 23а нейрофиброматозного типа 1. (Leff S.E. et al, 1986) 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. (Chow L.T., Broker T.R., 1978).

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 положения сайта связывания. (Rosenfeld MG et al, 1982).

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. Иногда наоборот, элементы сайленсинга соревнуются с компонентами сплайсосомы или изменяют структуру мРНК, препятствуя узнаванию сайта сплайсинга. (Bauer JA et al, 2009).