Альтернативный процессинг РНК и детерминация пола

Даже если дифференциальный процессинг РНК действительно генерирует некоторые из белков, характеризующих тип дифференцированных клеток, это не обязательно означает, что альтернативный сплайсинг РНК участвует в более ранних событиях, которые определяют судьбу клеток. Однако недавние исследования убедительно свидетельствуют о том, что дифференциальный процессинг РНК играет основную роль в детерминации полового фенотипа дрозофилы (Baker et al., 1987; Boggs et al., 1987).

Как мы увидим в гл. 21. в развитии полового фенотипа у дрозофилы участвуют группы генов, которые преобразуют отношение Х-хромосома: аутосома в мужской или женский тип. Одним из ключевых генов в этом процессе является ген transformer. Этот ген необходим для дифференцировки самок, и его утрата приводит к появлению самцов независимо от соотношения хромосом. На протяжении всего личиночного периода ген transformer активно синтезирует транскрипт, который проходит процессинг в неспецифическую мРНК (имеющуюся и у

Рис. 13.14 Транскрипты с половой специфичностью в развитии дрозофилы. А. Специфичные для самок и общие транскрипционные продукты, генерируемые геном transformer с помощью альтернативного сплайсинга РНК. Стрелкой указан стоп-кодон УГА, который присутствует в экзонах общего транскрипта, но не включается в состав мРНК, специфичной для самок, так как расположен в интроне этого гена. Экзоны представлены в виде прямоугольников, интроны изображены тонкими линиями. Б. Альтернативный сплайсинг РНК гена doublesex. На стадии образования куколки ген doublesex будет синтезировать продукты, специфичные для самцов, или продукты, специфичные для самок, в зависимости от того, активны ли гены tra и tra-2. (A – по Boggs et al., 1987; Б – по Baker et al., 1987.)

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

190 _______________ ГЛАВА 13 _____________________________________________________________________________

самок, и у самцов) или специфическую для самок мРНК (рис. 13.14, А). Только самки содержат мРНК, образованную при альтернативном сплайсинге, и она является единственной функциональной мРНК, синтезируемой этим геном. Неспецифическая мРНК, присутствующая и у самцов, и у самок, содержит стоп-кодон (УГА) в начале второго экзона. В отличие от этого в специфической для самок мРНК кодон УГА находится в интроне и не влияет на трансляцию мРНК. Белок, кодируемый такой мРНК, содержит большое количество аргинина, а его длина составляет около 196 аминокислот (Boggs et al., 1987).

В процессе детерминации пола дрозофилы ген transformer контролирует, по-видимому, экспрессию основного гена doublesex (dsx). Ген doublesex необходим для формирования фенотипа любого пола, и мутации в этом гене подавляют образование семенников и яичников. На стадии формирования куколки ген doublesex синтезирует транскрипт, который может подвергнуться процессингу двумя альтернативными способами. Он может генерировать мРНК, специфичную для самок, или мРНК, специфичную для самцов (рис. 13.14. Б) (Baker et al., 1987). У самок и самцов первые три экзона этого гена одинаковы, а четвертые экзоны различаются. В специфичной для самцов РНК делетирован большой фрагмент РНК-предшественника, который включает в себя специфичный для самок экзон.

Авторы этой работы полагают, что гены детерминации пола, функционирующие ранее гена doublesex (transformer и transformer-2), нужны для образования фактора сплайсинга, который обеспечивает процессинг РНК-предшественника в мРНК, специфичную для самок. Если оба гена transformer отсутствуют (как при мутациях) или не активны (как у мух, характеризующихся фенотипом XY; см. гл. 21), то транскрипт гена doublesex проходит процессинг способом, специфичным для самцов, и образуются самцы. Если эта гипотеза правильна, то дифференциальный процессинг РНК играет исключительно важную роль на протяжении всего индивидуального развития.

Дополнительные сведения и гипотезы: Биохимия процессинга РНК

Как осуществляется сплайсинг предшественников мРНК? Каким образом из одного предшественника могут возникать различные мРНК? Изучение биохимии процессинга РНК началось сравнительно недавно, поэтому в настоящее время мы не можем полностью прояснить эту довольно малоизученную область. Двумя наиболее важными открытиями за последние несколько лет явились обнаружение разветвленных промежуточных продуктов РНК и идентификация каталитических рибонуклеопротеидных частиц внутри ядра.