Механизмы сплайсинга крупных экзонов в эволюции позвоночных

У позвоночных крупные экзоны часто пропускают сплайсинг и эволюционно консервативны. Учёные из Университета Нагои (Япония) под руководством доцента Акио Масуда выявили механизм регулируемого сплайсинга крупных конститутивных экзонов, богатых неупорядоченными областями, и их возможную роль в сборке транскрипционных факторов. Они также объяснили, как двойная регуляция двумя разными группами факторов сплайсинга обеспечивает фазовое разделение транскрипционных факторов, содержащих крупные экзоны.

Сплайсинг, при котором некодирующие участки РНК-транскрипта вырезаются перед трансляцией РНК в белок, критически важен для регуляции экспрессии генов и разнообразия белков. Однако у позвоночных крупные экзоны (кодирующие участки) плохо распознаются факторами сплайсинга, что приводит к «пропуску экзона».

Этому противодействуют «внутренне неупорядоченные области» (IDR) в крупных экзонах, которые содержат cis-энхансеры, способствующие их сплайсингу. Учёных давно интересовал механизм, благодаря которому крупные экзоны сохраняются в ходе эволюции позвоночных. Хотя есть данные о cis-регуляции крупных экзонов, исследования trans-регуляции отстают.

В новом исследовании, опубликованном в EMBO Journal, команда доктора Масуда изучила, как транскрипционные факторы избирательно сплайсируют крупные экзоны и консервативен ли этот процесс у позвоночных. Они исследовали множество РНК-связывающих белков (RBP) на способность связываться с крупными конститутивными экзонами (LCE) и обнаружили, что LCE кодируют аминокислоты пролин и серин, которые служат сайтами связывания для богатого серином/аргинином фактора сплайсинга (SRSF3) и RBP под названием гетерогенный ядерный рибонуклеопротеин (hnRNP). Оба регулируют сплайсинг, но противоположным образом.

Команда использовала данные высокопроизводительного РНК-секвенирования клеток мыши и человека с нокдауном SRSF3 и идентифицировала около 3000 LCE, рекрутирующих SRSF (S3-LCE). Они наблюдали, что SRSF предпочитают связываться с «цитидин-богатыми мотивами» на этих экзонах, что способствует сплайсингу. Затем они обнаружили группу hnRNP, которая подавляла сплайсинг S3-LCE, хотя подавление было минимальным и могло маскироваться SRSF3. «Мы показали, что SRSF3 преодолевает супрессивную активность hnRNP K на крупных экзонах», — говорит доктор Масуда.

Затем команда изучила подмножество транскрипционных факторов, содержащих S3-LCE, и обнаружила, что эти экзоны необходимы для сборки медиаторного комплекса. «S3-LCE обогащены в генах компонентов транскрипционных машин, — объясняет доктор Масуда. — Интересно, что они часто кодируют IDR в транскрипционных факторах».

Используя комбинацию методов визуализации и анализа фазового разделения, они показали, что отсутствие SRSF3 приводит к потере IDR транскрипционных факторов и нарушает их сборку. «Вероятно, многоуровневая регуляция сплайсинга hnRNP K и SRSF3 обеспечивает правильное фазовое разделение этих содержащих S3-LCE транскрипционных факторов у позвоночных», — поясняет доктор Масуда.

Он считает, что их открытия важны для понимания эволюции позвоночных. «Наше исследование показывает, как регулируемый сплайсинг предотвратил элиминацию крупных экзонов в ходе эволюции», — заключает он.