Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd2682610.32607/actanaturae.26826ReviewsОбзорыReview ArticleCooperation and Competition of RNA Secondary Structure and RNA–Protein Interactions in the Regulation of Alternative SplicingКооперация и конкуренция вторичной структуры и РНК-белковых взаимодействий в регуляции альтернативного сплайсингаVorobevaM. A.ВоробьеваМ. А.
Russian Federation
vorobiovamarg@gmail.comSkvortsovD. A.СкворцовД. А.
Russian Federation
skvortsovDmitryA@gmail.comPervouchineD. D.ПервушинД. Д.
Russian Federation
d.pervouchine@skoltech.ruM.V. Lomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваSkolkovo Institute of Science and TechnologyСколковский институт науки и технологий1812202315423311610202331102023Copyright ©; 2024, Vorobeva M., Skvortsov D., Pervouchine D.Copyright ©; 2024, Воробьева М., Скворцов Д., Первушин Д.2024Vorobeva M., Skvortsov D., Pervouchine D.Воробьева М., Скворцов Д., Первушин Д.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/26826

The regulation of alternative splicing in eukaryotic cells is carried out through the coordinated action of a large number of factors, including RNA-binding proteins and RNA structure. The RNA structure influences alternative splicing by blocking cis-regulatory elements, or bringing them closer or farther apart. In combination with RNA-binding proteins, it generates transcript conformations that help to achieve the necessary splicing outcome. However, the binding of regulatory proteins depends on RNA structure and, vice versa, the formation of RNA structure depends on the interaction with regulators. Therefore, RNA structure and RNA-binding proteins are inseparable components of common regulatory mechanisms. This review highlights examples of alternative splicing regulation by RNA-binding proteins, the regulation through local and long-range RNA structures, as well as how these elements work together, cooperate, and compete.

Регуляция альтернативного сплайсинга в клетках эукариот осуществляется за счет скоординированного действия большого числа факторов, включающих в РНК-связывающие белки и структуру РНК. Структура РНК оказывает влияние на альтернативный сплайсинг, блокируя цис-регуляторные элементы, а также приближая или отдаляя их друг от друга. В сочетании с РНК-связывающими белками вторичная структура способствует образованию конформаций транскриптов, необходимых для получения нужных сплайс-изоформ. Однако связывание регуляторных белков зависит от структуры РНК, и, наоборот, формирование структуры РНК зависит от взаимодействия с регуляторами. Таким образом, структура РНК и РНК-связывающие белки являются неотделимыми компонентами общих регуляторных механизмов. В данном обзоре рассмотрены примеры регуляции альтернативного сплайсинга РНК-связывающими белками, примеры регуляции локальными и дальними взаимодействиями в структуре РНК, а также их совместные действия, кооперация и конкуренция.

RNA structurelong-range interactionssplicingRNA-binding proteinsregulationструктура РНКдальние взаимодействиясплайсингРНК-связывающие белкиМинистерство науки и высшего образования РФMinistry of Science and Education075-10-2021-116Gilbert W. // Nature. 1978. V. 271. № 5645. P. 501.Will C.L., Lührmann R. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2011. V. 3. № 7. P. a003707.Matera A.G., Wang Z. // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2014. V. 15 № 2. P. 108–121.Yan C., Wan R., Shi Y. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2019. V. 11. № 1. Р. a032409.Shapiro M.B., Senapathy P. // Nucl. Acids Res. 1987. V. 15. № 17. P. 7155–7174.Wang Y., Liu J., Huang B.O., Xu Y.M., Li J., Huang L.F., Lin J., Zhang J., Min Q.H., Yang W.M., Wang X.Z. // Biomed. Rep. 2015. V. 3. № 2. P. 152–158.Nilsen T.W., Graveley B.R. // Nature. 2010. V. 463. № 7280. P. 457–463.Wang E.T., Sandberg R., Luo S., Khrebtukova I., Zhang L., Mayr C., Kingsmore S.F., Schroth G.P., Burge C.B. // Nature. 2008. V. 456. № 7221. P. 470–476.Pan Q., Shai O., Lee L.J., Frey B.J., Blencowe B.J. // Nat. Genet. 2008. V. 40. № 12. P. 1413–1415.Grabowski P.J. // Cell. 1998. V. 92. № 6. P. 709–712.Schwerk C., Schulze-Osthoff K. // Mol. Cell. 2005. V. 19. № 1. P. 1–13.Baralle F.E., Giudice J. // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2017. V. 18. № 7. P. 437–451.Ule J., Blencowe B. // Mol. Cell. 2019. V. 76. № 2. P. 329–345.Wahl M.C., Will C.L., Lührmann R. // Cell. 2009. V. 136. № 4. P. 701–718.Wang Z., Burge C.B. // RNA. 2008. V. 14. № 5. P. 802–813.Barash Y., Calarco J.A., Gao W., Pan Q., Wang X., Shai O., Blencowe B.J., Frey B.J. // Nature. 2010. V. 465. № 7294. P. 53–59.Gerstberger S., Hafner M., Tuschl T. // Nat. Rev. Genet. 2014. V. 15. № 12. P. 829–845.Li Q., Lee J.A., Black D.L. // Nat. Rev. Neurosci. 2007. V. 8. № 11. P. 819–831.Fu X.D., Ares M. // Nat. Rev. Genet. 2014. V. 15. № 10. P. 689–701.Dvinge H. // FEBS Lett. 2018. V. 592. № 17. P. 2987–3006.Zhou Z., Fu X.D. // Chromosoma. 2013. V. 122. № 3. P. 191–207.Long J.C., Caceres J.F. // Biochem. J. 2009. V. 417. № 1. P. 15–27.Pandit S., Zhou Y., Shiue L., Coutinho-Mansfield G., Li H., Qiu J., Huang J., Yeo G.W., Ares M., Fu X.D. // Mol. Cell. 2013. V. 50. № 2. P. 223–235.Martinez-Contreras R., Cloutier P., Shkreta L., Fisette J.F., Revil T., Chabot B. // Adv. Exp. Med. Biol. 2007. V. 623. P. 123–147.Dreyfuss G., Matunis M.J., Piñol-Roma, S., Burd C.G. // Annu. Rev. Biochem. 1993. V. 62. P. 289–321.Dreyfuss G., Matunis M.J., Piñol-Roma S., Burd C.G. // Annu. Rev. Biochem. 1993. V. 62. P. 289–321.Sahebi M., Hanafi M.M., van Wijnen A.J., Azizi P., Abiri R., Ashkani S., Taheri S. // Gene. 2016. V. 587. № 2. P. 107–119.Liu Y., Shi S.L. // Wiley Interdiscip. Rev. RNA. 2021. V. 12. № 2. P. e1612.Xue Y., Zhou Y., Wu T., Zhu T., Ji X., Kwon Y.S., Zhang C., Yeo G., Black D.L., Sun H., et al. // Mol. Cell. 2009. V. 36. № 6. P. 996–1006.Schaub M.C., Lopez S.R., Caputi M. // J. Biol. Chem. 2007. V. 282. № 18. P. 13617–13626.Caputi M., Zahler A.M. // J. Biol. Chem. 2001. V. 276. № 47. P. 43850–43859.Zhang C., Frias M.A., Mele A., Ruggiu M., Eom T., Marney C.B., Wang H., Licatalosi D.D., Fak J.J., Darnell R.B. // Science. 2010. V. 329. № 5990. P. 439–443.Markovtsov V., Nikolic J.M., Goldman J.A., Turck C.W., Chou M.Y., Black D.L. // Mol. Cell. Biol. 2000. V. 20. № 20. P. 7463–7479.Quesnel-Valliiéres M., Irimia M., Cordes S.P., Blencowe B.J. // Genes Dev. 2015. V. 29. № 7. P. 746–759.Lovci M.T., Ghanem D., Marr H., Arnold J., Gee S., Parra M., Liang T.Y., Stark T.J., Gehman L.T., Hoon S., et al. // Nat. Struct. Mol. Biol. 2013. V. 20. № 12. P. 1434–1442.Warf M.B., Berglund J.A. // RNA. 2007. V. 13. № 12. P. 2238–2251.Wang E.T., Cody N.A., Jog S., Biancolella M., Wang T.T., Treacy D.J., Luo S., Schroth G.P., Housman D.E., Reddy S., et al. // Cell. 2012. V. 150. № 4. P. 710–724.Ladd A.N., Charlet N., Cooper T.A. // Mol. Cell Biol. 2001. V. 21. № 4. P. 1285–1296.Hall M.P., Nagel R.J., Fagg W.S., Shiue L., Cline M.S., Perriman R.J., Donohue J.P., Ares M. // RNA. 2013. V. 19. № 5. P. 627–638.Wang Z., Kayikci M., Briese M., Zarnack K., Luscombe N.M., Rot G., Zupan B., Curk T., Ule J. // PLoS Biol. 2010. V. 8. № 10. P. e1000530.Gal-Mark N., Schwartz S., Ram O., Eyras E., Ast G. // PLoS Genet. 2009. V. 5. № 11. P. e1000717.Berto S., Usui N., Konopka G., Fogel B.L. // Hum. Mol. Genet. 2016. V. 25. № 12. P. 2451–2464.Zhou H., Mangelsdorf M., Liu J., Zhu L., Wu J.Y. // Sci. China Life Sci. 2014. V. 57. № 4. P. 432–444.Prashad S., Gopal P.P. // RNA Biol. 2021. V. 18. № 7. P. 972–987.Das R., Dufu K., Romney B., Feldt M., Elenko M., Reed R. // Genes Dev. 2006. V. 20. № 9. P. 1100–1109.Bird G., Zorio D.A., Bentley D.L. // Mol. Cell. Biol. 2004. V. 24. № 20. P. 8963–8969.Saldi T., Cortazar M.A., Sheridan R.M., Bentley D.L. // J. Mol. Biol. 2016. V. 428. № 12. P. 2623–2635.Yuryev A., Patturajan M., Litingtung Y., Joshi R.V., Gentile C., Gebara M., Corden J.L. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. № 14. P. 6975–6980.Misteli T., Spector D.L. // Mol. Cell. 1999. V. 3. № 6. P. 697–705.Aslanzadeh V., Huang Y., Sanguinetti G., Beggs J.D. // Genome Res. 2018. V. 28. № 2. P. 203–213.Dujardin G., Lafaille C., de la Mata M., Marasco L.E., Muñoz, M. J., Le Jossic-Corcos C., Corcos L., Kornblihtt A.R. // Mol. Cell. 2014. V. 54. № 4. P. 683–690.Dujardin G., Lafaille C., de la Mata M., Marasco L.E., Muñoz M.J., Le Jossic-Corcos C., Corcos L., Kornblihtt A.R. // Mol. Cell. 2014. V. 54. № 4. P. 683–690.Aitken S., Alexander R.D., Beggs J.D. // PLoS Comput. Biol. 2011. V. 7. № 10. P. e1002215.Kalinina M., Skvortsov D., Kalmykova S., Ivanov T., Dontsova O., Pervouchine D.D. // Nucl. Acids Res. 2021. V. 49. № 1. P. 479–490.Saldi T., Riemondy K., Erickson B., Bentley D.L. // Mol. Cell. 2021. V. 81. № 8. P. 1789–1801.Baralle F.E., Singh R.N., Stamm S. // Biochim. Biophys. Acta Gene Regul. Mech. 2019. V. 1862. № 11–12. P. 194448.Rieder L.E., Reenan R.A. // Semin. Cell Dev. Biol. 2012. V. 23. № 3. P. 281–288.Xu B., Meng Y., Jin Y. // Wiley Interdiscip. Rev. RNA. 2021. V. 12. № 1. P. e1626.Rubtsov P.M. // Mol. Biol. (Moskow). 2016. V. 50. № 6. P. 935–943.Herbert A., Hatfield A., Lackey L. // Biosci. Rep. 2023. V. 43. № 3. Р. BSR20220149.Pervouchine D.D. // Genes (Basel). 2018. V. 9. № 6. Р. 302.Lai D., Proctor J.R., Meyer I.M. // RNA. 2013. V. 19. № 11. P. 1461–1473.Fong N., Kim H., Zhou Y., Ji X., Qiu J., Saldi T., Diener K., Jones K., Fu X.D., Bentley D.L. // Genes Dev. 2014. V. 28. № 23. P. 2663–2676.Pervouchine D.D., Khrameeva E.E., Pichugina M.Y., Nikolaienko O.V., Gelfand M.S., Rubtsov P.M., Mironov A.A. // RNA. 2012. V. 18. № 1. P. 1–15.Buratti E., Baralle F.E. // Mol. Cell. Biol. 2004. V. 24. № 24. P. 10505–10514.Hiller M., Zhang Z., Backofen R., Stamm S. // PLoS Genet. 2007. V. 3. № 11. P. e204.Hutton M., Lendon C.L., Rizzu P., Baker M., Froelich S., Houlden H., Pickering-Brown S., Chakraverty S., Isaacs A., Grover A., et al. // Nature. 1998. V. 393. № 6686. P. 702–705.Singh N.N., Singh R.N. // Biochim. Biophys. Acta Gene Regul. Mech. 2019. V. 1862. № 11–12. P. 194403.Muro A.F., Caputi M., Pariyarath R., Pagani F., Buratti E., Baralle F.E. // Mol. Cell. Biol. 1999. V. 19. № 4. P. 2657–2671.Damgaard C.K., Tange T.O., Kjems J. // RNA. 2002. V. 8. № 11. P. 1401–1415.Rhodes D., Lipps H.J. // Nucl. Acids Res. 2015. V. 43. № 18. P. 8627–8637.Huang H., Zhang J., Harvey S.E., Hu X., Cheng C. // Genes Dev. 2017. V. 31. № 22. P. 2296–2309.Gomez D., Lemarteleur T., Lacroix L., Mailliet P., Mergny J.L., Riou J.F. // Nucl. Acids Res. 2004. V. 32. № 1. P. 371–379.Didiot M.C., Tian Z., Schaeffer C., Subramanian M., Mandel J.L., Moine H. // Nucl. Acids Res. 2008. V. 36. № 15. P. 4902–4912.Millevoi S., Moine H., Vagner S. // Wiley Interdiscip. Rev. RNA. 2012. V. 3. № 4. P. 495–507.Marcel V., Tran P.L., Sagne C., Martel-Planche G., Vaslin L., Teulade-Fichou M.P., Hall J., Mergny J.L., Hainaut P., van Dyck E. // Carcinogenesis. 2011. V. 32. № 3. P. 271–278.Courtois S., Verhaegh G., North S., Luciani M.G., Lassus P., Hibner U., Oren M., Hainaut P. // Oncogene. 2002. V. 21. № 44. P. 6722–6728.Wachter A. // RNA Biol. 2010. V. 7. № 1. P. 67–76.Archer E.J., Simpson M.A., Watts N.J., O’Kane R., Wang B., Erie D.A., McPherson A., Weeks K.M. // Biochemistry. 2013. V. 52. № 18. P. 3182–3190.Jacquenet S., Ropers D., Bilodeau P.S., Damier L., Mougin A., Stoltzfus C.M., Branlant C. // Nucl. Acids Res. 2001. V. 29. № 2. P. 464–478.Nicholson B.L., White K.A. // Nat. Rev. Microbiol. 2014. V. 12. № 7. P. 493–504.Miller W.A., White K.A. // Annu. Rev. Phytopathol. 2006. V. 44. P. 447–467.Kalmykova S., Kalinina M., Denisov S., Mironov A., Skvortsov D., Guigó, R., Pervouchine D. // Nat. Commun. 2021. V. 12. № 1. P. 2300.Kalmykova S., Kalinina M., Denisov S., Mironov A., Skvortsov D., Guigó R., Pervouchine D. // Nat. Commun. 2021. V. 12. № 1. P. 2300.Cai Z., Cao C., Ji L., Ye R., Wang D., Xia C., Wang S., Du Z., Hu N., Yu X., et al. // Nature. 2020. V. 582. № 7812. P. 432–437.Lu Z., Zhang Q.C., Lee B., Flynn R.A., Smith M.A., Robinson J.T., Davidovich C., Gooding A.R., Goodrich K.J., Mattick J.S., et al. // Cell. 2016. V. 165. № 5. P. 1267–1279.Aw J.G., Shen Y., Wilm A., Sun M., Lim X.N., Boon K.L., Tapsin S., Chan Y.S., Tan C.P., Sim A.Y., et al. // Mol. Cell. 2016. V. 62. № 4. P. 603–617.Sharma E., Sterne-Weiler T., O’Hanlon D., Blencowe B.J. // Mol. Cell. 2016. V. 62. № 4. P. 618–626.Ziv O., Gabryelska M.M., Lun A.T.L., Gebert L.F.R., Sheu-Gruttadauria J., Meredith L.W., Liu Z.Y., Kwok C.K., Qin C.F., MacRae I.J., et al. // Nat. Methods. 2018. V. 15. № 10. P. 785–788.Raker V.A., Mironov A.A., Gelfand M.S., Pervouchine D.D. // Nucl. Acids Res. 2009. V. 37. № 14. P. 4533–4544.Yang Y., Zhan L., Zhang W., Sun F., Wang W., Tian N., Bi J., Wang H., Shi D., Jiang Y., et al. // Nat. Struct. Mol. Biol. 2011. V. 18. № 2. P. 159–168.van Nostrand E.L., Freese P., Pratt G.A., Wang X., Wei X., Xiao R., Blue S.M., Chen J.Y., Cody N.A.L., Dominguez D., et al. // Nature. 2020. V. 583. № 7818. P. 711–719.Nasim F.U., Hutchison S., Cordeau M., Chabot B. // RNA. 2002. V. 8. № 8. P. 1078–1089.Miriami E., Margalit H., Sperling R. // Nucl. Acids Res. 2003. V. 31. № 7. P. 1974–1983.Margasyuk S., Kalinina M., Petrova M., Skvortsov D., Cao C., Pervouchine D.D. // RNA. 2023. V. 29. № 9. P. 1423–1436.Pervouchine D.D. // RNA. 2014. V. 20. № 10. P. 1519–1531.Wong M.S., Shay J.W., Wright W.E. // Nat. Commun. 2014. V. 5. P. 3306.Taube J.R., Sperle K., Banser L., Seeman P., Cavan B.C., Garbern J.Y., Hobson G.M. // Hum. MolGenet. 2014. V. 23. № 20. P. 5464–5478.Graveley B.R. // Cell. 2005. V. 123. № 1. P. 65–73.Wang X., Li G., Yang Y., Wang W., Zhang W., Pan H., Zhang P., Yue Y., Lin H., Liu B., et al. // Nat. Commun. 2012. V. 3. P. 1255.Olson S., Blanchette M., Park J., Savva Y., Yeo G.W., Yeakley J.M., Rio D.C., Graveley B.R. // Nat. Struct. Mol. Biol. 2007. V. 14. № 12. P. 1134–1140.Jin Y., Dong H., Shi Y., Bian L. // Wiley Interdiscip. Rev. RNA. 2018. V. 9. № 3. P. e1468.Yang Y., Sun F., Wang X., Yue Y., Wang W., Zhang W., Zhan L., Tian N., Shi F., Jin Y. // RNA Biol. 2012. V. 9. № 5. P. 691–700.Yue Y., Yang Y., Dai L., Cao G., Chen R., Hong W., Liu B., Shi Y., Meng Y., Shi F., et al. // RNA. 2016. V. 22. № 1. P. 96–110.Suyama M. // Bioinformatics. 2013. V. 29. № 17. P. 2084–2087.Hatje K., Rahman R.U., Vidal R.O., Simm D., Hammesfahr B., Bansal V., Rajput A., Mickael M.E., Sun T., Bonn S., Kollmar M. // Mol. Syst. Biol. 2017. V. 13. № 12. P. 959.Ivanov T.M., Pervouchine D.D. // Genes (Basel). 2018. V. 9. № 7. Р. 356.Welden J.R., Stamm S. // Biochim. Biophys. Acta Gene Regul. Mech. 2019. V. 1862. № 11–12. P. 194410.Pervouchine D.D. // Biochim. Biophys. Acta Gene Regul. Mech. 2019. V. 1862. № 11–12. P. 194384.Eperon L.P., Graham I.R., Griffiths A.D., Eperon I.C. // Cell. 1988. V. 54. № 3. P. 393–401.Lunde B.M., Moore C., Varani G. // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2007. V. 8. № 6. P. 479–490.Jensen K.B., Musunuru K., Lewis H.A., Burley S.K., Darnell R.B. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. № 11. P. 5740–5745.Dominguez D., Freese P., Alexis M. S., Su A., Hochman M., Palden T., Bazile C., Lambert N.J., van Nostrand E.L., Pratt G.A., et al. // Mol. Cell. 2018. V. 70. № 5. P. 854–867.Dominguez D., Freese P., Alexis M.S., Su A., Hochman M., Palden T., Bazile C., Lambert N.J., van Nostrand E.L., Pratt G.A., et al. // Mol. Cell. 2018. V. 70. № 5. P. 854–867.Witten J.T., Ule J. // Trends Genet. 2011. V. 27. № 3. P. 89–97.Taliaferro J.M., Lambert N.J., Sudmant P.H., Dominguez D., Merkin J.J., Alexis M.S., Bazile C., Burge C.B. // Mol. Cell. 2016. V. 64. № 2. P. 294–306.Cusack S. // Curr. Opin. Struct. Biol. 1999. V. 9. № 1. P. 66–73.Lewis H.A., Musunuru K., Jensen K.B., Edo C., Chen H., Darnell R.B., Burley S.K. // Cell. 2000. V. 100. № 3. P. 323–332.Teplova M., Malinina L., Darnell J.C., Song J., Lu M., Abagyan R., Musunuru K., Teplov A., Burley S.K., Darnell R.B., Patel D.J. // Structure. 2011. V. 19. № 7. P. 930–944.Du Z., Fenn S., Tjhen R., James T.L. // J. Biol. Chem. 2008. V. 283. № 42. P. 28757–28766.Nag S., Goswami B., Das Mandal S., Ray P.S. // Semin Cancer Biol. 2022. V. 86. Pt 3. P. 286–297.Schorr A.L., Mangone M. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 22. № 21. Р. 11618.Hsiao Y.E., Bahn J.H., Yang Y., Lin X., Tran S., Yang E.W., Quinones-Valdez G., Xiao X. // Genome Res. 2018. V. 28. № 6. P. 812–823.Rueter S.M., Dawson T.R., Emeson R.B. // Nature. 1999. V. 399. № 6731. P. 75–80.Lev-Maor G., Sorek R., Levanon E.Y., Paz N., Eisenberg E., Ast G. // Genome Biol. 2007. V. 8. № 2. P. R29.Solomon O., Oren S., Safran M., Deshet-Unger N., Akiva P., Jacob-Hirsch J., Cesarkas K., Kabesa R., Amariglio N., Unger R., et al. // RNA. 2013. V. 19. № 5. P. 591–604.Mazloomian A., Meyer I.M. // RNA Biol. 2015. V. 12. № 12. P. 1391–1401.Xiao W., Adhikari S., Dahal U., Chen Y.S., Hao Y.J., Sun B.F., Sun H.Y., Li A., Ping X.L., Lai W.Y., et al. // Mol. Cell. 2016. V. 61. № 4. P. 507–519.Liu N., Dai Q., Zheng G., He C., Parisien M., Pan T. // Nature. 2015. V. 518. № 7540. P. 560–564.Warf M.B., Diegel J.V., von Hippel P.H., Berglund J.A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009. V. 106. № 23. P. 9203–9208.Haque N., Will A., Cook A.G., Hogg J.R. // Nucl. Acids Res. 2023. V. 51. № 12. P. 6411–6429.Martinez-Contreras R., Fisette J.F., Nasim F.U., Madden R., Cordeau M., Chabot B. // PLoS Biol. 2006. V. 4. № 2. P. e21.Fisette J.F., Toutant J., Brisson S., Desgroseillers L., Chabot B. // RNA. 2010. V. 16. № 1. P. 228–238.Ule J., Stefani G., Mele A., Ruggiu M., Wang X., Taneri B., Gaasterland T., Blencowe B.J., Darnell R.B. // Nature. 2006. V. 444. № 7119. P. 580–586.