Введение

snRNP (произносится "снурпс"), или малые ядерные рибонуклеопротеины, – это РНК-белковые комплексы, которые объединяются с немодифицированной пре-мРНК и различными другими белками для формирования сплайсосомы, крупного РНК-белкового молекулярного комплекса, на котором происходит сплайсинг пре-мРНК. Действие snRNP необходимо для удаления интронов из пре-мРНК, критически важного этапа посттранскрипционной модификации РНК, происходящего исключительно в ядре эукариотических клеток. Кроме того, U7 snRNP вообще не участвует в сплайсинге, поскольку отвечает за обработку 3'-шпильки пре-мРНК гистонов. Два основных компонента snRNP – это белковые молекулы и РНК. РНК, содержащаяся в каждой частице snRNP, известна как малая ядерная РНК, или snRNA, и обычно состоит примерно из 150 нуклеотидов. Компонент snRNA в snRNP обеспечивает специфичность отдельных интронов, "распознавая" последовательности ключевых сигналов сплайсинга на 5'- и 3'-концах, а также в точке ветвления интронов. snRNA в snRNP подобна рибосомной РНК тем, что непосредственно выполняет как ферментативную, так и структурную функции. snRNP были открыты Майклом Р. Лернером и Джоан А. Штайц. Томас Р. Чех и Сидни Альтман также внесли вклад в это открытие, получив Нобелевскую премию по химии в 1989 году за их независимые исследования, показавшие, что РНК может выступать в роли катализатора в развитии клеток.

Типы

По крайней мере пять различных видов snRNP присоединяются к сплайсосоме для участия в сплайсинге. Их можно визуализировать с помощью электрофореза в геле, и они известны как: U1, U2, U4, U5 и U6. Их компоненты snRNA известны, соответственно, как: U1 snRNA, U2 snRNA, U4 snRNA, U5 snRNA и U6 snRNA. В середине 1990-х годов было обнаружено, что существует вариантный класс snRNP, который помогает в сплайсинге класса интронов, встречающихся только у метазоев, с высококонсервативными 5'-сайтами сплайсинга и сайтами ветвления. Этот вариантный класс snRNP включает: U11 snRNA, U12 snRNA, U4atac snRNA и U6atac snRNA. Несмотря на различия, они выполняют те же функции, что и U1, U2, U4 и U6, соответственно. Кроме того, U7 snRNP состоит из U7 малой ядерной РНК и ассоциированных с ней белков и участвует в процессинге 3'-шпильки пре-мРНК гистонов.

Синтез и экспорт РНК в ядре

РНК-полимераза II транскрибирует U1, U2, U4, U5, а также менее распространенные U11, U12 и U4atac (малые ядерные РНК), которые приобретают m7G-кап, служащий сигналом для экспорта из ядра. Экспорт из ядра опосредован CRM1.

Синтез и хранение белков Sm в цитоплазме

Белки Sm синтезируются в цитоплазме рибосомами, транслирующими Sm мРНК, как и любой другой белок. Они хранятся в цитоплазме в виде трех частично собранных кольцевых комплексов, все связанные с белком pICln. Это 6S пентамерный комплекс, состоящий из SmD1, SmD2, SmF, SmE и SmG с pICln, 4S комплекс SmB, возможно, с SmD3 и pICln, и 20S метилосома – крупный комплекс SmD3, SmB, SmD1, pICln и белка аргининметилтрансферазы 5 (PRMT5). SmD3, SmB и SmD1 подвергаются посттрансляционной модификации в метилосоме. Эти три белка Sm содержат повторяющиеся мотивы аргинин-глицина в C-концевых областях SmD1, SmD3 и SmB, при этом боковые цепи аргинина симметрично диметилируются до ω NG, NG'-диметиларгинина. Предполагается, что pICln, который присутствует во всех трех прекурсорных комплексах, но отсутствует в зрелых snRNP, выполняет функцию специализированного шаперона, предотвращая преждевременную сборку белков Sm.

Сборка основных СНРНП в комплексе СМН

СНРНК (U1, U2, U4, U5 и менее распространенные U11, U12 и U4atac) быстро взаимодействуют с белком SMN (белком выживания мотонейронов), кодируемым геном SMN1, и Gemins 2-8 (белками, ассоциированными с Gem: GEMIN2, GEMIN3, GEMIN4, GEMIN5, GEMIN6, GEMIN7, GEMIN8), формируя комплекс SMN. Именно в этом комплексе snRNA связывается с пентамером SmD1, SmD2, SmF, SmE, SmG, после чего добавляется димер SmD3-SmB, завершая образование Sm-кольца вокруг так называемого Sm-сайта snRNA. Этот Sm-сайт представляет собой консервативную последовательность нуклеотидов в этих snRNA, обычно AUUUGUGG (где A, U и G обозначают нуклеозиды аденозин, уридин и гуанозин соответственно). После сборки Sm-кольца вокруг snRNA, 5'-концевой нуклеозид (уже модифицированный до 7-метилгуанозиновой "шапочки") гиперметилируется до 2,2,7-триметилгуанозина, а другой (3') конец snRNA подвергается усечению. Эта модификация и наличие завершенного Sm-кольца распознаются белком снурпортин 1.

Окончательная сборка snRNP в ядре

Завершенный комплекс snRNP snurportin 1 транспортируется в ядро посредством белка импортин β. Внутри ядра основные snRNP появляются в тельцах Cajal, где происходит окончательная сборка snRNP, включающая в себя дополнительные белки и другие модификации, специфичные для конкретного snRNP (U1, U2, U4, U5). Биогенез U6 snRNP происходит в ядре, хотя значительное количество свободного U6 обнаруживается в цитоплазме. Кольцо LSm может формироваться первым, а затем связываться с U6 snRNA.

Разборка СНРНП

СнРНП обладают очень длительным временем жизни, но предполагается, что в конечном итоге они распадаются и подвергаются деградации. О процессе деградации известно мало.

Неисправная сборка

Дефектная функция белка выживания моторных нейронов (SMN) в биогенезе малых ядерных рибонуклеопротеинов (snRNP), вызванная генетическим дефектом гена SMN1, кодирующего SMN, может объяснять патологию моторных нейронов, наблюдаемую при генетическом заболевании спинальная мышечная атрофия.

Антитела к snRNP

Автоантитела могут вырабатываться против собственных snРНП организма, наиболее известны анти-Sm антитела, нацеленные на Sm-белок типа snРНП, особенно при системной красной волчанке (СКВ).