snRNP (pieni ydin-RNA): spliceosomit, snRNA ja vaihtoehtoinen pilkkominen

snRNP tarkoittaa pienitäydin-ribonukleoproteiinipartikkeleita (engl. small nuclear ribonucleoproteins). Ne muodostuvat proteiinien ja pienen ydin-RNA:n (snRNA, engl. small nuclear RNA) komplekseista ja ovat spliceosomien perusyksiköitä. Spliceosomit säätelevät vaihtoehtoista pilkkomista ja yleisesti pre-mRNA:n pilkkoutumista eksonien ja intronien välillä.

Mikä on snRNA ja mikä on snRNP?

snRNA on pieni, noin 100–300 nukleotidin pituinen RNA-molekyyli (usein ~150 nukleotidia), joka sitoutuu useisiin proteiineihin muodostaen snRNP-kompleksin. snRNA tunnistaa spesifisiä sekvenssejä intronien päissä ja haarautumiskohtia, ja yhdessä proteiinien kanssa se ohjaa pilkkoutumisreaktion tarkkaa paikkaa ja ajoitusta. SnRNAs toimivat sekä rakenteellisina että katalyyttisinä elementteinä spliceosomissa, eli niillä on ribosyymi-ominaisuuksia.

Spliceosomin rakenne ja toiminta

Spliceosomi kootaan vaiheittain useista snRNP:istä ja liitännäisistä säätelyproteiineista. Tavallisia snRNA-tyyppejä ovat niin sanotut U-snRNA:t: U1, U2, U4, U5 ja U6, jotka yhdessä muodostavat suurimman osan eukarootin pääspliceosomista. Näiden osien tehtäviä lyhyesti:

• U1 tunnistaa 5' splice site -alueen.
• U2 sitoutuu haarapisteen adeniiniin (branch point), mikä aktivoi splicing-prosessin.
• U4/U6 ja U5 liittyvät tri-snRNP:inä ja muodostavat katalyyttisen ympäristön, jossa introni poistetaan ja eksonit liitetään yhteen.

Useimpien intronien päissä on konsensussekvenssit, esimerkiksi niin sanottu GU–AG-tyyppi (5' päässä GU, 3' päässä AG) ja sisäinen haarapisteen A. SnRNP:t tunnistavat ja pariutuvat näihin sekvensseihin, ja snRNA:n emäsparitus on keskeinen spesifisyyden määrääjä.

Vaihtoehtoinen pilkkominen ja säätely

Vaihtoehtoinen pilkkominen (alternative splicing) tarkoittaa, että yhdestä geenistä voi muodostua useita erilaisten eksoniyhdistelmien kautta syntyviä lähetti-RNA:ita, jolloin proteiinimonimuotoisuus kasvaa ilman uusien geenien syntyä. Spliceosomit ja snRNP:t ohjaavat pilkkomisen yksityiskohtia, mutta lopullinen vaihtoehtoihin päätyminen riippuu myös monista säätelytekijöistä:

• SR-proteiinit (serine/arginine-rich) ja heterogeeniset nukleaariset ribonukleoproteiinit (hnRNP) vaikuttavat eksonien tunnistukseen ja snRNP-fofittiokseen.
• Kudostyyppikohtaiset tai kehitysvaiheen mukaiset tekijät muokkaavat splicing-valintaa.

Tämän seurauksena vaihtoehtoinen liittäminen voi tuottaa eri proteiineja, joilla on erilaiset toiminnot tai paikantuminen solussa. Vaihtelut splicingissä liittyvät myös moniin sairauksiin, jos splicing-sääntely häiriintyy.

SnRNP:n rakenne ja biogeneesi

SnRNP:t koostuvat snRNA:sta ja joukosta proteiineja, joista tunnettu ryhmä ovat Sm-proteiinit (esim. B/B', D1, D2, D3, E, F, G), jotka rakentavat ns. Sm-rengin snRNA:n ympärille. SnRNP-biogeneesi alkaa snRNA-transkriptiossa tumassa, jatkuu sytoplasmaan siirtyvällä proteiini- ja Sm-kokoonpanojen liitoksella (SMN-kompleksi on tässä välttämätön) ja päättyy snRNP:ien paluuseen tumaan, usein Cajal-elinten kautta tapahtuvassa kypsytyksessä. SnRNA:t kokevat kemiallisia modifikaatioita kuten 2'-O-metylaatiota ja pseudouridinylaatiota, jotka ovat tärkeitä niiden toiminnalle.

Vaihtoehtoiset spliceosomit ja poikkeukset

Lisäksi solussa on niin kutsuttu pieni (minor) spliceosomi, joka käsittelee harvinaisempia U12-tyypin introneja. Tämä spliceosomi käyttää eri snRNA-tyyppejä: U11, U12, U4atac, U6atac sekä U5 yhteisenä komponenttina.

Merkitys terveydelle ja taudeille

SnRNP- ja splicing-virheet liittyvät moniin sairauksiin. Esimerkkejä:

• Spinaalinen lihasatrofia (SMA) liittyy SMN1-geenin mutaatioon, mikä heikentää snRNP-assemblia ja vaikuttaa hermosolujen toimintaan.
• Autoimmuunitaudit, esimerkiksi systeeminen punahukka (SLE), sisältävät usein vasta-aineita snRNP-proteiineja vastaan (anti-Sm-vasta-aineet).
• Useat syövät ja perinnölliset sairaudet johtuvat vaihtoehtoisen pilkkomisen häiriöistä.

Historialliset havainnot

SnRNP:t tunnistivat Michael Lerner ja Joan Steitz, jotka osoittivat näiden kompleksien olemassaolon ja roolin RNA:n prosessoinnissa. Lisäksi Thomas Cech ja Sidney Altman osallistuivat löytäen, että RNA voi toimia katalysaattorina; tästä löydöstä heille myönnettiin Nobelin kemianpalkinto vuonna 1989. Nämä havainnot muuttivat käsityksen siitä, että vain proteiinit voivat olla entsyymejä, ja korostivat RNA:n aktiivista roolia solun biokemiassa.