Альтернативный сплайсинг

ДНК эволюционно более «продвинутых» организмов чаще и в большем количестве содержит интроны. Размеры интронов в целом также соответствует этому тренду. У человека встречаются настолько большие интроны, что внутри них помещается отдельный ген. Такие гены называются «вложенными» и они зачастую имеют другой паттерн экспрессии и не связаны функционально с «внешним геном», в интроне которого находятся. Количество таких генов у человека оценивается в 158 функциональных и 212 псевдогенов (Kumar et al., 2005).

Основная задача сплайсинга состоит в вырезании некодирующих интронов, однако при альтернативном сплайсинге интроны могут удерживаться в транскрипте, что как правило ведет к деградации РНК. Также возможно вырезание экзонов и их сшивка в различных комбинациях. Разные варианты альтернативного сплайсинга одной пре-мРНК могут проявляется на разных стадиях развития организма, а также в разных его тканях.

Альтернативно сплайсируются до 95%-ов мульти-экзонных генов человека (Pan et al., 2008). Особенно активно альтернативный сплайсинг происходит в мозге, печени, легких, семенниках и коже (Yeo et al., 2004).

Диета с ограничением каллорий ведет к увеличению продолжительности жизни модельных организмов, при этом как в мышах, так и в червях Caenorhabditis elegans сотни генов, регулирующие метаболизм, клеточный сигналинг, процессинг белков и регуляцию РНК, меняют профиль альтеранттивного сплайсинга. В C. elegans эти события регулируются, хотя бы от части, ортологами человечкских SF HNRNPU и SF1, нокдаун которых подавляет увеличение продолжительности жизни при диете (Tabrez et al., 2017).

При ограничении калорий, гены, контролирующие метаболизм РНК и альтернативный сплайсинг, меняют свою экспрессию как в мышах (гены Cpsf6, Srrn2, Luc7l2, SRm300, Prp44b, Prpf39, Sfpq, Sf3b1 и Sfrs18), так и в макаках-резус (гены LSM2, LSM4, SRSF1, SRSF7, NCBP1, PHF5A, PRPF8, ACIN1, RBM8A и DDX46), что подтверждается также на протеомном уровне (Swindell, 2009; Rhoads et al., 2018).

Эти результаты позволяют предположить широкое вовлечение сплайсинга в увеличении продолжительности жизни при ограничении калорий.

Пониженный IGF-сигналинг ассоциирован с увеличением продолжительности жизни у плодовых мушек D. melanogaster, мышей и червей C. elegans (Altintas et al., 2016). Ключевые участники этих сигнальных путей подвергаются альтернативному сплайсингу, так в результате сплайсинга образуется как минимум три изоформы IGF-1: IGF-1 Ea, IGF-1 Eb, IGF-1 Ec (также известный как MGF). Экспрессия трансгенных форм IGF-1Ea или IGF-1Eb в мышах имеет защитный эффект при возрастной саркопении — понижении силы и массы скелетных мышц, вызванной дисбалансом синтеза и разрушения белков (Ascenzi et al., 2019).

Рецепторы инсулина также подвергаются альтернативному сплайсингу. Пропуск или включение 11-го экзона в рецепторе IR соответствует двум изоформам рецептора — A и B, обладающих разной афинностью к инсулину у млекопитающих. Соотношение форм A/B IR ассоциировано с устойчивостью к инсулину, старением и повышенной пролиферацией нормальных и неопластических тканей. В модуляции соотношения A и B изоформ участвуют факторы сплайсинга CUGBP, MBNL и hnRNPs белки (Belfiore et al., 2017). C. elegans и D. melanogaster, также экспрессируют несколько изоформ IR, одна из которых не имеет цитоплазматического тирозинкиназного домена и выступает как ловушка для инсулина — IR связывается с ним, но не передаёт сигнал в клетку. Оверэкспрессия короткой изоформы IR в C. elegans ведет к увеличению продолжительности жизни (Martinez et al., 2020; Vastermark et al., 2013).

Существует также не очень детально изученные связи между сплайсингом, mTOR и AMPK сигналингом. mTOR в составе комплекса mTOR1 активируется в ответ на поступление питательных веществ и стимулирует анаболизм. Подавление mTOR1 рапамицином или вследствие голодания, или же генетического нокдауна mTOR ведет к увеличению продолжительности жизни модельных организмов, в том числе млекопитающих (Liu & Sabatini, 2020). Ограничение калорий C. elegans ведет к изменению альтернативного сплайсинга, регулируемого ортологами человеческих SF SF1 и SF3A2. Оверэкспрессии SF1 при этом достаточно для увеличения продолжительности жизни. Более того, нокдаун SF1 подавляет фенотип долголетия линий C. elegans с мутациями в mTOR и AMPK, что вероятно позволяет определить SF1 как даунстрим эффектор mTOR и AMPK (Heintz et al., 2017).

AMPK, в отличие от mTOR, активируется при низких уровнях энергии, стимулирует катаболизм и подавляет анаболизм. Фармакологическая активации AMPK метформином увеличивает продолжительность жизни мышей, C. elegans и D. melanogaster. При этом происходит подавление фактора сплайсинга RBM3, однако неизвестно происходит ли это напрямую из-за активации AMPK (Laustriat et al., 2015).

Накопление активных форм кислорода (ROS) вследствие прогрессирующей дисфункцией митохондрий вовлечено в старение, однако до сих пор не ясно вызывает ли оно старение или является одним из его следствий (Back et al., 2012; Blagosklonny, 2008; Liguori et al., 2018). Повреждение митохондрий и накопление ROS ведет к изменению паттерна альтернативного сплайсинга апоптозных генов CASP3, CASP8, CASP9, APAF1 и транскрипционных факторов SIP1, SF SMN. Интересно, что эти события альтернативного сплайсинга коррелируют с недостатком АТФ, но не с накоплением ROS без прямого повреждения митохондрий (Maracchioni et al., 2007).

Концевые участки хромосом — теломеры предотвращают потерю информации ДНК из-за укорочения хромосом при делении, защищают от межхромосомных соединений и нуклеазной деградации ДНК. При каждом делении ДНК длина теломер уменьшается и при достижении критического уровня — клетка переходит в состояние репликативной сенесценции или подвергается апоптозу. Длина теломер может выступать одним из биомаркеров старения, ускоренное укорочение теломер ассоциировано с ранним началом таких возраст-зависимых заболеваний как коронарная недостаточность, диабет, остеопороз и повышенным риском развития рака. Повреждение теломер в человеческих фибробластах ведет к альтернативному сплайсингу белков, связанных с регуляцией цитоскелета, пролиферацией и метаболизма, а также к накоплению дефектной формы ламина A — прогерина, связанного с преждевременным старением при синдроме Хатчинсона — Гилфорда (Cao et al., 2011).

Теломераза, фермент удлиняющий теломеры, активна в половых, кроветворных и стволовых, но не соматических клетках. Зачастую в раковых клетках активность теломеразы повышена (Shay & Wright, 2019). В результате альтернативного сплайсинга обратной транскриптазы hTERT — основного компонента теломеразы, образуется как минимум 22 сплайс-изоформ с разной активностью. Их экспрессия отличается в разных клеточных типах и при развитии организма. Реактивация теломеразы в раковых клетках зачастую включает в себя образование полноразмерной формы hTERT, тогда как многие другие сплайс-изоформы теряют домены с теломеразной активностью (Wong et al., 2014). Альтернативный сплайсинг hTERT регулируется SF hnRNPK, hnRNPD, SRSF11, hnRNPH2, hnRNPL, NOVA1 и PTBP1. NOVA1 и PTBP1 при этом усиливают продукцию полной формы hTERT, поддерживающую длину теломер в активно делящихся раковых клетках (Pont et al., 2012; Sayed et al., 2019).

Сенесценция наступает при исчерпании репликативного потенциала клетки или из-за стрессового воздействия. При старении сенесцентные клетки накапливаются в органах и тканях и, помимо нарушения их функциональности, стимулируют воспаление. В таких клетках наблюдаются повышенное образование активных форм кислорода, потеря ламина в ядерной оболочке, провоспалительный секреторный фенотип и экспрессию β-галактозидазы, ассоциированные с сенесценцией (Sikora et al., 2014).

При сенесценции меняют профиль сплайсинга белки эндоглин и p53 с образованием p53β, которые далее рассмотрены подробнее.

p53 может также сплайсироваться в форму Δ40p53 с потерянным первым трансактивационным доменом, сверэкспрессия этой формы белка в мышах вызывает ускорение старения и клеточной сенесценции. В то время как полноразмерный p53 снижает экспрессию IGF-1 (Werner et al., 1996), Δ40p53 активирует клеточное старение по средством гиперактивации IGF сигналинга, активации p21 и ареста клеточного цикла (Deschenes & Chabot, 2017).

Увеличение экспрессии короткой формы EXOC7, вовлеченного во внутриклеточный транспорт ведет к усилению провоспалительного секреторного профиля, характерному для сенесцентных клеток. Альтернативный сплайсинг EXOC7 регулируется фактором PTBP1 (Georgilis et al., 2018). Изменение экспресии PTBP1 как и других SF имеет большое значение при сенесценции.

При сенесценции наблюдается снижение экспрессии фактора SRSF7 (Kadota et al., 2020) и предсказано снижение факторов QKI, RBFOX2, PTBP1, HNRNPK, HNRNPM и HNRNPUL1 согласно транскриптомным данным (Dong et al., 2018).

Снижение экспрессии сплайсинг фактора U2AF1 при репликативной сенесценции вызывает удержание интронов в сотнях транскриптов, что веде к понижению их функциональной экспрессии из-за деградации РНК. Нокдаун одного из его мишеней — белка CPNE1 с наибольшей частотой включения интрона, вызывает характерный для сенесценции фенотип в молодых клетках, подтверждая роль удержания интронов при клеточном старении (Yao et al., 2020).

Гомологи ресвератрола, вещества, способного обратить сенесцентный фенотип и продлить жизнь модельных организмов, ведут к повышению уровней экспрессии центральных факторов сплайсинга (Latorre et al., 2017).

В противоположность мышиным и человеческим моделям, клетки голого землекопа, уникального долгоживущего организма, демонстрируют небольшие изменения уровней факторов сплайсинга с течением времени (Lee et al., 2020).

Существует предположение о том, что глобальная дисрегуляция факторов сплайсинга и компонент сплайсосом может быть одной из причин сенесценции, исследование репликативной и стресс-индуцированной сенесценции фибробластов показало изменения в экспрессии 58 генах, ассоциированных со сплайсингом, и эти изменения происходили до проявлений клеточного старения, в частности, до детекции активности β-галактозидазы, ассоциированной с сенесценцией (Kwon et al., 2021).

Таким образом, модуляция уровней факторов сплайсинга, генетическая или фармакологическая, может иметь большой потенциал для откладывания, обращения или предотвращения клеточного старения.

Фибробласты — самые распространенные клетки соединительной ткани, секретирующие белки внеклеточного матрикса — коллаген, эластин, гликозаминогликаны и гликопротеины.

Известный супрессор опухолей — белок p53 играет важную роль в различных биологических процессах, в том числе и в клеточном старении. При старении происходит снижение экспрессии фактора сплайсинга SRSF3, p53 при этом альтернативно сплайсируется в изоформу p53β с уникальным включением 9-го экзона.

Выключение - нокдаун SRSF3 с помощью siRNA вызывает повышение экспрессии изоформы p53β и усиление признаков старения клеток на ранних пассажах культивирования (Tang et al., 2013).

Белок Endoglin (ENG) расположен в клеточной мембране и участвует в ангиогенезе.
В молодых активно пролиферирующих клетках последний интрон гена ENG вырезается минорной сплайсосомой в цитоплазме, от основной же ядерной сплайсосомы интрон спасет белок ASF/SF2. При старении ASF/SF2 выходит в цитоплазму, в результате интрон не вырезается и там, происходит удержание интрона и образование S-формы белка.

Оверэкспрессия S-эндоглина в трансгенных мышах ассоциирована с гипертонией, пониженным ответом на оксид азота NO и другими признаками сосудистых патологий (Blanco et al., 2011).

Мутации в гене ENG вызывают болезнь Рандю — Ослера (семейная наследственная телеангиэктазия), приводящей к аномалии сосудов и кровотечениям, в том числе во внутренних органах. С возрастом ее симптомы значительно усиливаются, вероятно это может быть связано с преобладанием длинной формы ENG — S-эндоглина с удержанным интроном (Harries et al., 2011).

Дефекты системы репарации и накопление мутаций ДНК ассоциированы с повышенной скоростью старения у людей и мышей (Niedernhofer et al., 2018).

Существуют механистические связи между повреждением ДНК, системой репарации, системой апоптоза и сплайсингом. Так гены BRCA1, ATM, CHK2 и TP53, вовлеченные в контроль репарации ДНК, имеют различные сплайс изоформы (Kumaraswamy, & Jensen, 2019). Факторы сплайсинга, такие как SR и HNRNP, меняют профили сплайсинга, фосфорилирования и ацетилирования в ответ на повреждение ДНК (Siam et al., 2019). Один из генов, регулирующих апоптоз — BCL2L1, может сплайсироваться в формы BCL-xL и BCL-xS, первая из которых предотвращает, а вторая активирует апоптоз, его сплайсинг регулируется при этом фактором SRSF10 в зависимости от повреждений ДНК (Shkreta et al., 2011).

Ниже рассмотрим примеры взаимодействия систем сплайсинга и несколькими ключевыми белками ДНК репарации, ассоциированными также со старением - BRCA1, ATM, PRMT5 и PARP1.

BRCA1 участвует в поддержание стабильности ДНК и контроле клеточного цикла. Мыши с гомозиготной делецией Brca1 имеют повышенный уровень клеточной сенесценции и апоптоза (Xu et al., 2001). BRCA1 в первую очередь необходим для построения пространственной структуры для привлечения других белков к репарации повреждений ДНК, однако он также взаимодействует с BCLAF1, совместно с которым образует комплекс с SF, необходимый для сплайсинга ATRIP, BACH1, and EXO1 — факторов репарации ДНК (Savage et al., 2014).

ATM — сигнальная киназа, активируемая двухцепочечными разрывами ДНК и действующая апстрим p53. ATM и связанные с ней белки постепенно снижаются при репликативной сенесценции в культуре клеток человека in vitro и в мышином мозге in vivo. При этом воздействие хлорокина, вещества продлевающего жизнь C. elegans и короткоживущих мышиных моделей прогерии, усиливает активность ATM (Qian et al., 2018). В ответ на ионизирующее излучение и повреждение ДНК ATM фосфорилирует сотни белков, включая факторы сплайсинга семейств hnRNP и SR (Matsuoka et al., 2007). Генетический нокдаун ATM влияет на уровень экспрессии многих SF: SRSF1, SRSF2, SRSF3, SRSF7, TRA2β, HNRNPD, HNRNPA1 и LSM14A (Holly et al., 2013).

PRMT5 — еще один белок, связывающий репарацию двухцепочечных разрывов ДНК, старение и сплайсинг. PRMT5 — N-метилтрансфераза, модифицирующая аргинины гистонов и компонент сплайсосом SmB, SmD3 и SmD3. В то время как
активность PRMT5 необходима для поддержания стволовых клеток, ингибирование PRMT5 усиливает накопление мутаций, сенесценцию и старение (Blanc & Richard, 2017). С возрастом происходит снижение уровней PRMT5 в семенниках, тимусе, почках, легких и сердце у 24-месячных крыс в сравнении с 6-месячными (Hong et al., 2012).
При делеции PRMT5 наблюдаются 579 событий альтернативного сплайсинга, главным образом происходит удержания интронов и пропуски экзонов, в том числе в генах MDM4 и MDM2 — негативных регуляторов p53, также нарушается сплайсинг модификаторов гистонов KMT6/EZH2, KMT1E/SETDB1, KMT5C/SUV4-20H2, TIP60/KAT5 и фактора репарации ДНК TIP60/KAT5 (Hamard et al., 2018).

PARP1 — представитель семейства факторов репарации одноцепочечных разрывов ДНК. Активность PARP1 в мононуклеарных клетках периферической крови коррелирует с продолжительностью жизни 13 видов млекопитающих и снижается с возрастом как у людей, так и у грызунов (Grube & Burkle, 1992).
PARP1 также участвует в сплайсинге: он связывается с РНК, факторами сплайсинга и хроматином и может выступать как регуляторный хаб, обеспечивающие ко-транскрипционный сплайсинг. Кроме того, он может регулировать выбор сайтов сплайсинга за счет регуляции скорости движения РНК-полимеразы II при транскрипции, так, например, слабый сайт сплайсинга может использоваться с большей вероятностью, если сразу после него произошла задержка РНК-полимеразы и сильный сайт еще не транскрибирован. И наконец, PARP1 связывается с компонентом сплайсосом SF3B1 и стабилизирует SF3B1-нуклеосомный комплекс (Matveeva et al., 2019).

При старении происходит снижение адаптивного иммунитета и развитие хронического воспаления, не связанного с инфекциями. При хроническом воспалении также происходит повышение окислительного стресса, который стимулирует дальнейшее развитие воспаления (Liguori et al., 2018). Это воспаление вносит вклад в развитие старческих заболеваний и характеризуется повышением C-реактивного белка и IL-6, который сдвигает паттерн сплайсинга BCL2L1 в сторону образования про-апоптозной изоформы BCL-xS (Li et al., 2004).

Некоторые механизмы иммунной активации реализуются через сплайсинг, так при активации происходит сдвиг сплайс изоформ цитокинов, поверхностных рецепторов, адаптерных белков (CD3, CD28, CD8, CTLA-4, MAP4K2, MAP3K7, MAP2K7, CD45, VAV1) и других молекул, участвующих в иммунном ответе (Rotival et al., 2019).

При старении увеличивается риск развития хронического воспаления и связанных нейродегенеративных заболеваний, например, болезни Альцгеймера, которую ниже мы рассмотрим подробнее.

Одно из хронических аутоиммунных воспалительных заболеваний — рассеянный склероз — ассоциирован с изменением сплайсинга рецептора интерликина 7 — ILR7, при пропуске 6-го экзона которого образуется секретируемая форма рецептора — sIL7R. Альтернативный сплайсинг ILR7 контролируется фактором DDX39B, который сам по себе находится в аллеле, ассоциированном с риском рассеянного склероза. Повышение концентрации sIL7R в крови коррелирует с тяжестью заболевания в мышиных моделях рассеянного склероза (Lundstrom et al., 2013). Интересно, что экспрессия мембранно-связанной формы IL7R связана со старением, Leiden Longevity Study показало снижение с возрастом уровней IL7R, при этом более высокие уровни IL7R в зрелом возрасте могут отражать более молодой биологический возраст и лучшее состояние здоровью (Passtoors et al., 2015).

С воспалением в нервной системе также связан альтернативный сплайсинг белка клеточной адгезии CADM1, его изоформа CADM1d усиливает взаимодействие нервных и тучных клеток иммунной системы, что обеспечивает воспалительный процесс в нервных тканях и мозге (Shakola et al., 2015). Ген CADM1d обладает разным статусом метилирования в молодых и старых кроветворных стволовых клетках (Sun et al., 2014).

Метилирование ДНК.

Метилирование ДНК в 5-ой позиции цитозина у млекопитающих чаще всего происходит в CpG островках — участках ДНК богатых CpG динуклеотидами, такие регионы часто встречаются в промоторных областях генов. Гиперметилирование промоторных участков способствует снижению экспрессии гена, в то время как гиперметилирование тела гена усиливает его экспрессию (Li & Zhang, 2014). С возрастом и при возрастных заболеваниях профиль метилирования ДНК менятеся: геномное метилирование вне CpG островков уменьшается, а метилирование промоторных участков усиливается (Maegawa et al., 2010). Интересно, что эпигенетические часы Хорвата — алгоритм, предсказывающий хронологический возраст на основании 353 CpG островков, опирается на участки зачастую связанные с сайтами сплайсинга, в настоящее время не известна причинно-следственная связь и ее направление между метилированием этих островков и сплайсингом, однако, между ними прослеживаются закономерности (Malousi et al., 2018). Так, снижение метилирование ДНК ведет к изменению профилей сплайсинга в человеческих и мышиных клетках in vitro (Li-Byarlay et al., 2013; Yearim et al., 2015). Также во многих тканях и видах организмов экзонные последовательности заметилированы сильнее окружающих их интронов (Gelfman et al., 2013). В-третьих альтернативно сплайсируемые экзоны метилированы слабее постоянно включенных в транскрипт (Gelfman et al., 2013), в то же время их уровень метилирования выше пропускающихся экзонов (Song et al., 2017).

Существуют две гипотезы о воздействии метилирования на сплайсинг, согласно первой метилирование привлекает факторы слайсинга SF, согласно второй — метилирование влияет на кинетику РНК-полимеразы и транскрипции, параллельно которой проходит сплайсинг. В случае замедления РНК-полимеразы может использоваться слабый сайт, пока сильный еще не транскрибирован (Iannone & Valcarcel, 2013).

Модификации гистонов.

Метилирование, ацетилирование и другие модификации гистонов меняются с возрастом, при старении хроматин в целом приобретает более открытую конформацию, из-за усиления ацетилирования гистонов, в том числе вследствие снижения экспрессии деацетилазы SIRT1 (Gong et al., 2014). Нокдаун SIRT1 в нейрональных стволовых клетках приводит к дифференциальной экспрессии 440 экзонов, многие гены которых участвуют в контроле клеточного цикла и репарации ДНК (Wang, et al., 2018). Снижение уровней гистонов H2B и H3 приводит к увеличению скорости элонгации транскрипции, что также влияет на профили альтернативного сплайсинга (Jimeno-Gonzalez et al., 2015).

При этом ферменты, участвующие в ацетилировании гистонов сами подвергаются альтернативному сплайсингу, так SIRT1 под действием фактора SRSF2 может экспрессироваться с пропущенным 8-ым экзоном, эта короткая изоформа имеет меньшую деацетилазную активность и индуцируется p53 при стрессовых воздействиях. Эта же изоформа SIRT1-ΔExon8 в свою очередь сама подавляет экспрессию p53 (Lynch et al., 2010).

Метилированные гистоны могут участвовать в построении комплексов пре-мРНК и факторов сплайсинга. Внутренние экзоны показывают повышенные уровни связи с нуклеосомами, богатыми H3K36me3 — трижды метилированным по лизину 36 гистону 3, привлекающего факторы сплайсинга такие как SRSF1 через адаптерный белок p52. H3K36me3 также связан со старением. Подавление активности метилтрансферазы met-1 снижает уровни H3K36me3 и укорачивает продолжительность жизни C. elegans (Pu et al., 2015).

Связь между сплайсингом и эпигенетической регуляцией может быть двусторонней: метилированные гистоны привлекают факторы сплайсинга, и в то же время они сами и их регуляторы подвергаются альтернативному сплайсингу, от которого таким образом зависит расположение эпигенетических меток в геноме (de Almeida et al., 2011; Kim et al., 2011).

В мозге наблюдаются уникальные паттерны альтернативного сплайсинга и экспрессируются специфичные для него SF, сплайсинг участвует в созревании и дифференциации клеток, миграции нейронов, росте аксонов и синаптогенезе (Weyn-Vanhentenryck et al., 2018). Сплайсинг также связан с развитием нейродегенеративных заболеваний.

Некоторые специфические сплайс-изоформы были обнаружены у пациентов с болезнью Альцгеймера и модельных организмов. Например,как минимум 4 изоформы может иметь транскрипт гена BACE, кодирующий β-секретазу, ключевой фермент, деградирующий белок предшественник амилоида с образованием β-амилоида, формирующего бляшки в мозге пациентов (Fisette et al., 2012), профили экспрессии этих сплайс-изоформ отличаются в молодых и старых мышах (Stilling et al., 2014).

При исследовании болезни Альцгеймера на выборке в 450 человек выявили 84 события альтернативного сплайсинга в том числе среди генов, про участие которых в патогенез было известно. Так альтернативно сплайсируются гены фосфофруктокиназы PFKP, α/β-гидролазы NDRG2 и предшественника бета-амилоида APP (Mitchelmore et al., 2004; Tollervey, Wang, et al., 2011, Raj et al., 2018). Были определены и новые гены: протеинкиназа 2 бета PTK2B, PICALM, ген шаперона CLU. Сайты сплайсинга найденных геновы обогащены сайтами РНК-связываемых белков PTBP1, HNRNPC, CPSF7 и ELAVL1 (Raj et al., 2018). Примечательно, что факторы сплайсинга PTBP1 и SRSF1 также регулируют сплайсинг CD33 с образованием изоформы ассоциированной с риском болезни Альцгеймера (van Bergeijk et al., 2019).

В развитие болезни Альцгеймера вовлечены и мутации, вызывающие события альтернативного сплайсинга. Более 50% наследуемых форм болезни Альцгеймера ассоциированы с мутациями генов пресенилинов 1 и 2. Это трансмембранные белки, входящие в протеазный комплекс γ-секретазы. (D. Campion et al., 1995). Мутации в экзонах 4 и 9 пресенилина 1 ведут к ассоциированным с болезнью Альцгеймера изоформам с пропусками соответствующих экзонов 4 и 9 (C. Tysoe et al, 1998; J. Perez-Tur et al., 1995). Мутация в 5-ом экзоне пресенилина 2 вызывает пропуск экзона в транскрипте, что также встречается в случаях болезни Альцгеймера. Эта же изоформа белка экспрессируется при гипоксии, по крайней мере in vitro: культура клеток нейробластомы, лишенная этой мутации, в ответ на гипоксию, но не другие клеточные стрессы, производит укороченную форму белка пресенилина 2. Индуцированный гипоксией альтернативный сплайсинг блокируется добавлением в среду культивирования антиоксидантов, таких как N-ацетилцистеин, что позволяет предположить, что альтернативный сплайсинг, индуцированный гипоксией может вносить вклад в развитие болезни Альцгеймера (Sato et al., 2002). Более того, известно, что образование бляшек β-амилодиа в мозге усиливается после ишемического стресса (Zhang et al., 1997).

Эти исследования позволяют предположить, что пертурбации альтернативного сплайсинга при развитии болезни Альцгеймера происходят не из-за общего сбоя сплайсосом, а в результате воспроизводимых эффектов специфических генов.

Возраст является самым большим риск-фактором развития онкологических заболеваний, 60% онкологических больных имеют возраст 65 и более лет (de Magalhaes, 2013). Рак и старение разделяют общие биомаркеры — геномную нестабильность, эпигенетические изменения, нарушения метаболизма и его сигнальных каскадов и клеточную сенесценцию (Aunan et al., 2017). Для рака и старения свойственны и изменения в профилей сплайсинга и дизрегуляция его аппарата, которая происходит вследствие мутаций факторов сплайсинга и изменений экспрессии необходимых для него белков. Для старения также характерно накопление мутаций.

Мутации в сплайсосомных генах SF3B1, U2AF1 и SRSF2 встречаются в некоторых видах рака, чаще всего при миелодиспластическом синдроме и лейкемии, мутации в SF3B1 и SRSF2 как правило не встречаются одновременно, т. к. ведут к слишком большим нарушениям в сплайсинге, по отдельности они затрагивают большое количество генов, в частности нарушается NFκB сигнальный путь (Lee et al., 2018).
В твердых опухолях чаще наблюдается не мутации, а альтерации уровней экспрессии факторов сплайсинг, например, при изменение копийности генов. SF связываются с пре-мРНК и регулируют сплайсинг в дозозависимых формах (Urbanski et al., 2018). Повышенная активность SR факторов ассоциирована с раком молочной железы, их экспрессия растет вследствие увеличения копийности либо при мутациях в их транскрипционных факторах, таких как онкоген MYC (Anczukow et al., 2012; Park et al., 2019). Две трети случаев рака молочной железы возникают в возрасте более 50 лет (Shapiro, et al., 2019). Механизм действия повышения SR факторов, однако остается малоизученным.

MDS — группа гематологических заболеваний, при которых предшественники клеток крови не полностью дифференцируются в костном могзе, при этом может наблюдаться анемия, частые инфекционные заболевания и, в некоторых случаях, миелоидный лейкоз.

Мутации в сплайсосомных белках SF3B1, SRSF2, U2AF1 и ZRSR2 встречаются у более половины больных MDS. MDS является патологией старшей возрастной группы, большинство из них старше 55 лет, в детском и молодом возрасте встречается крайне редко.

Механизм воздействия мутаций SF на альтернативный сплайсинг и MDS не полностью изучен, однако известно, что мышиная модель с короткими теломерами, одних из маркеров старения, воспроизводит симптомы MDS. Низкая активность теломеразы ассоциирована со сниженным уровнем факторов сплайсинга, мутации в которых наблюдаются у больных MDS - SRSF2, U2AF2, SF3B2 и SF3A3. Предшественники клеток крови при этом производят нефункциональные транскрипты белков, участвующих в репарации ДНК и поддержании структуры хроматина. Один из таких белков — метилтрансфераза DNMT3a, мутация в которой приводит к быстрой лейкимии у больных MDS (Walter et al., 2011; Colla et al., 2015).