Splatać

Plik Splatać reprezentuje kluczowy proces podczas transkrypcji w jądrze eukariontów, podczas którego dojrzałe mRNA wyłania się z pre-mRNA. Introny, które są nadal zawarte w pre-mRNA po transkrypcji, są usuwane, a pozostałe egzony są łączone, aby utworzyć gotowy mRNA.

Co to jest splicing

Głównym dogmatem biologii molekularnej jest stwierdzenie, że przepływ informacji genetycznej odbywa się z DNA będącego nośnikiem informacji przez RNA do białka. Pierwszym krokiem w ekspresji genów jest tak zwana transkrypcja. RNA jest syntetyzowane przy użyciu DNA jako szablonu. DNA jest nośnikiem informacji genetycznej, która jest tam przechowywana za pomocą kodu składającego się z czterech zasad adenów, tyminy, guaniny i cytozyny. Kompleks białkowy polimerazy RNA odczytuje sekwencję zasad DNA podczas transkrypcji i wytwarza odpowiadający jej „pre-messenger RNA” (w skrócie pre-mRNA). Zamiast tyminy zawsze zawiera uracyl.

Geny składają się z eksonów i intronów. Egzony to te części genomu, które w rzeczywistości kodują informację genetyczną. W przeciwieństwie do tego, introny reprezentują niekodujące sekcje w obrębie genu. Geny przechowywane w DNA przechodzą przez długie odcinki, które nie odpowiadają żadnemu aminokwasowi w późniejszym białku i nie biorą udziału w translacji.

Gen może mieć do 60 intronów o długości od 35 do 100 000 nukleotydów. Średnio te introny są dziesięć razy dłuższe niż egzony. Pre-mRNA wytworzony w pierwszym etapie transkrypcji, często nazywany również niedojrzałym mRNA, nadal zawiera zarówno egzony, jak i introny. Tutaj zaczyna się proces łączenia.

Introny należy usunąć z pre-mRNA, a pozostałe egzony połączyć ze sobą. Dopiero wtedy dojrzały mRNA może opuścić jądro komórkowe i zainicjować translację.

Łączenie odbywa się głównie za pomocą spliceosomu (niem. Spliceosom). Składa się z pięciu snRNP (małych jądrowych cząsteczek rybonukleoprotein). Każdy z tych snRNP składa się z snRNA i białek. Niektóre inne białka, które nie są częścią snRNP, są również częścią spliceosomu. Spliceosomy są podzielone na większe i mniejsze spliceosomy. Główny spliceosom przetwarza ponad 95% wszystkich ludzkich intronów, mniejszy spliceosom obsługuje głównie introny ATAC.

Za wyjaśnienie splicingu Richard John Roberts i Phillip A. Sharp otrzymali w 1993 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny. Thomas R. Cech i Sidney Altman otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1989 roku za badania dotyczące alternatywnego składania i katalitycznego działania RNA.

Funkcja i zadanie

Podczas procesu splicingu spliceosom powstaje na nowo z poszczególnych części. U ssaków snRNP U1 najpierw przyczepia się do miejsca składania 5 'i inicjuje tworzenie pozostałego spliceosomu. SnRNP U2 wiąże się z punktem rozgałęzienia intronu. W wyniku tego wiąże się również tri-snRNP.

Spliceosom katalizuje reakcję splicingu za pomocą dwóch kolejnych transestryfikacji. W pierwszej części reakcji atom tlenu z grupy 2'-OH adenozyny z „sekwencji punktu rozgałęzienia” (BPS) atakuje atom fosforu wiązania fosfodiestrowego w miejscu splicingu 5 '. To uwalnia ekson 5 'i rozprowadza intron. Atom tlenu wolnej teraz grupy 3'-OH w 5'-eksonie wiąże się teraz z miejscem splicingu 3 ', w wyniku czego dwa egzony są połączone, a intron zostaje uwolniony. Intron zostaje doprowadzony do usprawnionej konformacji, zwanej lariatem, który jest następnie rozkładany.

W przeciwieństwie do tego spliceosomy nie odgrywają roli w samosplicingu. Tutaj introny są wykluczone z translacji przez drugorzędową strukturę samego RNA. Enzymatyczny splicing tRNA (transfer RNA) zachodzi u eukariotów i archeae, ale nie u bakterii.

Proces splicingu musi odbywać się z niezwykłą precyzją dokładnie na granicy ekson-intron, ponieważ odchylenie tylko o jeden nukleotyd doprowadziłoby do nieprawidłowego kodowania aminokwasów, a tym samym do powstania zupełnie innych białek.

Składanie pre-mRNA może przebiegać różnie ze względu na wpływy środowiska lub typ tkanki. Oznacza to, że różne białka mogą powstać z tej samej sekwencji DNA, a tym samym z tego samego pre-mRNA. Ten proces jest znany jako alternatywny splicing. Ludzka komórka zawiera około 20 000 genów, ale jest w stanie wyprodukować kilkaset tysięcy białek dzięki alternatywnemu splicingowi. Około 30% wszystkich ludzkich genów ma alternatywny splicing.

Łączenie odegrało ważną rolę w ewolucji. Egzony często kodują pojedyncze domeny białek, które można łączyć ze sobą na różne sposoby. Oznacza to, że z zaledwie kilku eksonów można wyprodukować wiele różnych białek o zupełnie różnych funkcjach. Ten proces nazywa się tasowaniem eksonów.

Choroby i dolegliwości

Niektóre choroby dziedziczne mogą być ściśle związane ze splicingiem. Mutacje w niekodujących intronach zwykle nie prowadzą do błędów w tworzeniu białek. Jeśli jednak mutacja wystąpi w części intronu, która jest ważna dla regulacji splicingu, może to prowadzić do wadliwego składania pre-mRNA. Powstały dojrzały mRNA koduje następnie wadliwe lub, w najgorszym przypadku, szkodliwe białka. Tak jest na przykład w przypadku niektórych typów beta-talasemii, czyli wrodzonej anemii. Innymi przedstawicielami chorób, które rozwijają się w ten sposób, są na przykład zespół Ehlersa-Danlosa (EDS) typu II i rdzeniowy zanik mięśni.