Введение
Белки SR — это консервативное семейство белков, участвующих в сплайсинге РНК. Они получили свое название благодаря наличию в них белкового домена с длинными повторами аминокислотных остатков серина и аргинина, стандартные сокращения которых — «S» и «R» соответственно. Белки SR имеют длину от ~200 до 600 аминокислот и состоят из двух доменов: области распознавания РНК (RRM) и RS-домена. С помощью этого антитела удалось идентифицировать четыре белка SR (SRp20, SRp40, SRp55 и SRp75) и продемонстрировать их консервацию у позвоночных и беспозвоночных.
Структура
Белки SR характеризуются наличием домена RS и как минимум одного мотива распознавания РНК (RRM). RRM обычно расположен вблизи N-конца. Домен RS расположен вблизи C-терминального конца белка SR. Домены RS регулируют белок-белковые взаимодействия белков SR. На основании анализа последовательности предполагается, что белки SR являются внутренне неупорядоченными белками, что приводит к неструктурированному домену RS. Восемь нефосфорилированных повторов аргинина и серина в домене RS принимают спиральную форму, с аргинином, обращенным наружу, для снижения заряда, а в фосфорилированном состоянии эти восемь повторов аргинина и серина формируют структуру, напоминающую "коготь". Белки SR могут содержать более одного домена RRM. Второй домен RRM называется гомологом мотива распознавания РНК (RRMH). Домены RRM расположены вблизи N-конца белков SR. Домен RRM опосредует взаимодействие белков SR с РНК, связываясь с последовательностями, усиливающими сплайсинг экзонов. RRMH обычно имеет более слабое взаимодействие с РНК по сравнению с доменом RRM. Данные ЯМР показывают, что RRM-домен SRSF1, белка SR, имеет структуру, обеспечивающую связывание РНК. Домен RRM также может защищать фосфорилированный домен RS, что позволяет предположить, что домен RS входит в состав домена RRM.
Местоположение и перемещение
Белки SR можно обнаружить как в цитозоле, так и в ядерных тельцах в ядре. В основном белки SR находятся в ядре. Их локализация зависит от фосфорилирования RS-домена белка SR. Фосфорилирование RS-домена способствует проникновению белков SR в ядро и их удержанию там. Частичная дефосфорилирование RS-домена вызывает выход белков SR из ядра, и белки SR с нефосфорилированными RS-доменами обнаруживаются в цитозоле. Белки SR локализуются в двух различных типах ядерных телец: кластерах межхроматиновых гранул и перихроматиновых фибриллах. Кластеры межхроматиновых гранул служат для хранения и повторной сборки белков сплайсинга пре-мРНК. Перихроматиновые фибриллы – это области транскрипции генов, где белки SR ассоциируются с РНК-полимеразой II для ко-транскрипционного сплайсинга. Способность белков SR стимулировать альтернативный сплайсинг контрастирует с активностью hnRNP. hnRNP связываются с экзонными сайленсерами сплайсинга (ESS) и ингибируют включение экзонов, таким образом являясь репрессорами сплайсинга. Белки SR и hnRNP конкурируют за связывание с последовательностями ESE и ESS в экзонах. Связывание зависит от концентрации белков SR и hnRNP в клетках. Если в клетке высокая концентрация белков SR, то они с большей вероятностью связываются с ESE, чем hnRNP с ESS. Если в клетке высокая концентрация hnRNP, то hnRNP могут вытеснить белки SR при связывании с ESS по сравнению с ESE. Белки SR могут действовать антагонистически, конкурируя друг с другом за связывание с экзонными усилителями сплайсинга. Некоторые данные свидетельствуют о том, что выбор варианта сплайсинга мРНК зависит от относительного соотношения белков SR. Белки SR, по-видимому, обладают избыточностью. Эксперименты показали, что подавление генов белков SR с помощью РНК-интерференции не вызывает обнаружимого фенотипа у C. elegans. После подавления экспрессии одного конкретного белка SR, другой белок SR может компенсировать утраченную функцию подавленного белка SR. Специфическая активность белков SR важна для конкретных тканей и стадий развития.
Роли, зависящие от экзонов
Белки SR выбирают альтернативные 3'-присоединительные участки выше по потоку, рекрутируя U2AF35 и U2AF65 к специфическим пиримидиновым последовательностям ESE в экзоне пре-мРНК транскрипта. Белки SR также могут альтернативно выбирать различные 5'-сплайс-сайты ниже по потоку, связываясь с ESE выше по потоку от места сплайсинга. Предполагаемый механизм заключается в том, что альтернативные 5'-сплайс-сайты выбираются, когда белки SR связываются с ESE выше по потоку и взаимодействуют с U1 70K, совместно рекрутируя U1 к 5'-сплайс-сайту. Белки SR также могут стабилизировать ДНК во время транскрипции посредством взаимодействия с топоизомеразой I. Топоизомераза I, Топо I, уменьшает суперспирализацию, вызванную транскрипцией, когда она связана с ДНК. Когда Topo I не связана с ДНК, она может фосфорилировать белок SR SF2/ASF. Topo I и SF2/ASF взаимодействуют, когда SF2/ASF гипофосфорилирован во время элонгации транскрипции. Белки SR могут становиться гипофосфорилированными во время элонгации, снижая их аффинность к РНК-полимеразе II, что приводит к переходу белков SR к Topo I. Когда Topo I комплексуется с SF2/ASF, она больше не может распутывать суперспирализацию ДНК, вызывая остановку элонгации. Topo I фосфорилирует SF2/ASF, увеличивая аффинность белков SR к РНК-полимеразе II, перемещая SF2/ASF от Topo I обратно к РНК-полимеразе II, что позволяет продолжить элонгацию.
Перевод
Белки SR могут косвенно и непосредственно влиять на трансляцию. Белок SR SF2/ASF осуществляет альтернативный сплайсинг транскрипта MNK2. MNK2 – это киназа, инициирующая трансляцию. Высокие уровни SF2/ASF приводят к образованию изоформы MNK2, которая усиливает трансляцию, зависимую от кэпа, за счет стимуляции фосфорилирования eIF4E, не зависящей от MAPK. SF2/ASF рекрутирует компоненты пути mTOR, в частности S6K1. SF2/ASF формирует онкогенную форму S6K1, увеличивая частоту трансляции, зависимой от кэпа. SF2/ASF также может взаимодействовать с полирибосомами, напрямую влияя на трансляцию мРНК в белок путем рекрутирования компонентов пути mTOR. SF2/ASF повышает фосфорилирование rpS6 и eIF4B посредством S6K1. 9G8 усиливает трансляцию несплайсированной мРНК, содержащей конститутивную транспортную последовательность.
Болезни
Генетическое разнообразие повышается благодаря альтернативному сплайсингу, опосредованному белками SR, однако сплайсинг также может приводить к мутациям в молекулах мРНК. Мутации в пре-мРНК могут влиять на корректный выбор сайтов сплайсинга белками SR. Мутации в мРНК, вызванные преждевременным прекращением трансляции, связанным с измененным сплайсингом, опосредованным белками SR, были ассоциированы с атаксией-телеангиэктазией, нейрофиброматозом 1 типа, рядом онкологических заболеваний, ВИЧ-1 и спинальной мышечной атрофией.
Рак
Несколько SR-белков были вовлечены в развитие рака. Повышенные уровни SF2/ASF, SC35 и SRp20 ассоциируются с развитием рака молочной железы и яичников. SF2/ASF также гиперэкспрессируется в опухолях легких, почек и печени. SFRS1, ген, кодирующий SF2/ASF, является известным протоонкогеном. Мутации в ESE-последовательности BRCA1 связаны с нерегулярным пропуском экзонов, поскольку SF2/ASF не способен распознавать ESE.
ВИЧ
Три SR-белка были вовлечены в репликацию ВИЧ-1: SRp75, SF2/ASF и SRp40. Все три SR-белка играют важную роль в альтернативном сплайсинге вирусной пре-мРНК. ВИЧ также способен изменять концентрацию определенных SR-белков в клетке. Новые методы лечения ВИЧ-инфекции направлены на специфические SR-белки с целью предотвращения репликации вируса в клетках. Один из подходов к лечению заключается в блокировании SR-белков от выбора 3'-сайтов сплайсинга для важного регуляторного белка ВИЧ-1.
Атрофия спинномозговых мышц
Мышечная атрофия позвоночника вызвана переходом цитозина в тимин. Эта переходная мутация приводит к пропуску экзона 7 при сплайсинге. Экзон может быть пропущен по двум причинам. Во-первых, мутация препятствует распознаванию правильного ESE фактором SF2/ASF. Во-вторых, мутация создает ESS, к которому может присоединиться hnRNP и блокировать сплайсинг экзона.