Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
Общие экзоны 5’-
СТ*кодиру- CGRP-кодиру- CGRP—3—некоди-
ющий экзон ЮЩИЙ экзон рующий экзон
1 II lit
ст
CGRT
поли (А)
Транскрипция, полиаденилирование, сплайсинг
t3'
поли(А)
Щитовидная железа Мозг
CT-мРНК I N IH СТ поли (A) CGRP-mPHK I
III CGRP
поли (А)
Рис, 1.2. Тканеспецифический альтернативный сплайсинг в экспрессии гена кальцитонина крысы
Альтернативный сплайсинг первичных транскриптов обеспечивает также разнообразие белков миелина в ЦНС млекопитающих. В частности, показано, что различные основные белки миелина (21,5, 18,5, 17 и 14 кД) у мыши кодируются одним геном shi-локуса: при этом белок 21,5 кД кодируется мРНК, содержащей последовательность всех 7 экзонов гена, белок
23
18,5 кД — всех, кроме II экзона, белок 17 кД — всех, кроме VI экзона, а белок 14 кД — всех, кроме II и VI экзонов. При этом образующиеся белки идентичны по аминокислотным последовательностям, кодируемым общими экзонами.
Еще одним примером служит так называемый РРТ ген крысы, который кодирует преоротахякинины а- и р-типов — предшественники целого семейства нейропептидов — тахикининов. Первый из них содержит последовательность вещества Р, а второй — вещества Р и вещества К. Анализ первичной структуры показал, что эти РНК образуются в результате альтернативного сплайсинга по экзонам, кодирующим вещество К.
Разнообразие потенциал-зависимых и лиганд-зависимых ионных каналов в мембранах нервных клеток обеспечивается существованием кодирующих такие каналы мультигенных семейств (например, потенциал-зависимые Na-каналы) и опять-таки альтернативным сплайсингом (потенциал-зависимые К-каналы). Один и тот же ген у дрозофилы кодирует четыре по-липептидные цепи, участвующие в формировании функционально активного К-канала. Эти полипептиды имеют одинаковые центральные домены, содержащие характерные для потенциалзависимых каналов элементы.
Как и в описанных выше системах, разные полипептидные цепи К-канала возникают в результате альтернативного сплайсинга одного первичного транскрипта. Для формирования функционально активного К-канала необходима ассоциация четырех одинаковых или разных полипептидов: очевидно, что комбинирование различных полипептидов может обеспечить широкое разнообразие различающихся по физиологически значимым параметрам (например динамике инактивации-реактивации) каналов.
Еще один яркий пример использования альтернативного сплайсинга — образование семейства синаптических рецепторов глутаминовой кислоты. Каждый из четырех рецепторов этого семейства (GluR-A, -В, -С, -D) существует в двух вариантах, различающихся лишь коротким (38 аминокислотных остатков) сегментом, предшествующим четвертому трансмембранному домену. Согласно существующей топологической модели рецептора этот сегмент имеет цитоплазматическую локализацию. В генах каждого из рецепторов альтернативные варианты 38-ами-нокислотного сегмента кодируются двумя соседними экзонами, а сами варианты рецепторов образуются в результате альтернативного сплайсинга пре-мРНК по этим экзонам. Добавим, что существование альтернативных вариантов для каждого
24
из рецепторов функционально значимо: они имеют различные фармакологические и кинетические свойства и по-разному распределены в отделах ЦНС.
Наконец, роль альтернативного сплайсинга показана при образовании четырех форм тирозингидроксилазы у человека, трех форм ацетилхолинэстеразы в электрическом органе ската, трех форм периферина (белок промежуточных нейрофиламентов) у мыши, полипептидов у аплизии, специфических для нейрона R15, и в ряде других случаев.
¦ Очевидно, альтернативный сплайсинг является эволюцион-но древним и широко распространенным в клетках нервной системы способом увеличения качественного разнообразия синтезируемых в них полипептидов.
1.7. ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОМА И ОНТОГЕНЕЗ МОЗГА ЖИВОТНЫХ
Выше уже отмечено, что общее число транскрибируемых в мозге генов в 1,5-2 раза выше, чем во всех остальных тканях, и составляет, по-видимому, несколько десятков тысяч. Многообразие экспрессируемых в целом мозге генов объясняется двумя причинами: 1) разнообразием таковых в каждом индивидуальном нейроне (или группе нейронов) и 2) различиями в наборах генов, экспрессируемых в разных нейронах (или их группах) . Именно налагаясь друг на друга, эти два фактора являются причиной исключительного разнообразия образующихся мРНК и соответствующих белков. Следует подчеркнуть, что разнообразие синтезируемых в любой ткани последовательностей РНК связано преимущественно с относительно редко встречающимися молекулами, которые составляют небольшую долю (3-7%) от общей массы РНК. К мозгу это приложимо в большей мере, чем к любому другому органу или ткани. Поэтому измерения суммарного синтеза РНК и ее общего количества практически не позволяют судить о качественных характеристиках транскрипции генома.
Транскрибируемость уникальных последовательностей ДНК в мозге млекопитающих прогрессивно возрастает в позднем эмбриогенезе и раннем постнатальном онтогенезе, достигая максимума к моменту функционального созревания. Обнаружено, что транскрибируемость генома в различных отделах мозга человека неодинакова: в гностических областях коры больших полушарий она выше, чем в проекционных, в лобной коре левого полушария значительно выше, чем правого, в мозжечке и
