SPLICING (GENETYKA): Z CZEGO SIĘ SKŁADA, RODZAJE - BIOLOGIA - 2026

Forniru lub proces splicingu RNA, to zjawisko, które występuje w organizmach eukariotycznych po transkrypcji DNA na RNA i obejmuje usunięcie intronów z genu, zatrzymując egzonów. Uważa się, że jest niezbędny w ekspresji genów.

Dzieje się to w wyniku eliminacji wiązania fosfodiestrowego między eksonami i intronami, a następnie połączenia wiązania między eksonami. Splicing występuje we wszystkich typach RNA, jednak jest bardziej istotny w cząsteczce informacyjnej RNA. Może również wystąpić w cząsteczkach DNA i białek.

Źródło: BCSteve, z Wikimedia Commons

Może się zdarzyć, że kiedy montowane są egzony, podlegają one aranżacji lub jakiejkolwiek zmianie. To zdarzenie jest znane jako alternatywny splicing i ma ważne konsekwencje biologiczne.

Z czego to się składa?

Gen to sekwencja DNA zawierająca informacje niezbędne do wyrażenia fenotypu. Pojęcie genu nie jest ściśle ograniczone do sekwencji DNA, które są wyrażane jako białka.

Centralny „dogmat” biologii dotyczy procesu transkrypcji DNA na pośrednią cząsteczkę, informacyjny RNA. To z kolei jest przekształcane na białka za pomocą rybosomów.

Jednak w organizmach eukariotycznych te długie sekwencje genów są przerywane przez rodzaj sekwencji, która nie jest konieczna dla danego genu: introny. Aby informacyjny RNA mógł być skutecznie przetłumaczony, te introny muszą zostać usunięte.

Składanie RNA to mechanizm obejmujący różne reakcje chemiczne stosowane do usuwania elementów, które zakłócają sekwencję określonego genu. Elementy, które są zachowane, nazywane są eksonami.

Gdzie to się dzieje?

Spliceosom to ogromny kompleks białek, który katalizuje etapy splicingu. Składa się z pięciu typów małych jądrowych RNA zwanych U1, U2, U4, U5 i U6, a także z szeregu białek.

Spekuluje się, że splicing bierze udział w fałdowaniu pre-mRNA, aby dopasować go prawidłowo do dwóch regionów, w których zajdzie proces splicingu.

Kompleks ten jest w stanie rozpoznać sekwencję konsensusową, którą większość intronów ma blisko swoich końców 5 'i 3'. Należy zauważyć, że u Metazoans znaleziono geny, które nie mają tych sekwencji i wykorzystują inną grupę małych jądrowych RNA do ich rozpoznawania.

Rodzaje

W literaturze termin splicing jest zwykle stosowany w odniesieniu do procesu, który obejmuje informacyjny RNA. Istnieją jednak różne procesy splicingu, które występują w innych ważnych biomolekułach.

Białka mogą również ulegać splicingowi, w tym przypadku jest to sekwencja aminokwasów, która jest usuwana z cząsteczki.

Usunięty fragment nosi nazwę „intein”. Ten proces zachodzi naturalnie w organizmach. Biologii molekularnej udało się stworzyć różne techniki wykorzystujące tę zasadę, które obejmują manipulację białkami.

Podobnie splicing występuje również na poziomie DNA. W ten sposób dwie cząsteczki DNA, które zostały wcześniej rozdzielone, można łączyć za pomocą wiązań kowalencyjnych.

Rodzaje splicingu RNA

Z drugiej strony, w zależności od typu RNA, istnieją różne strategie chemiczne, w których gen może pozbyć się intronów. Szczególnie składanie pre-mRNA jest skomplikowanym procesem, ponieważ obejmuje szereg etapów katalizowanych przez spliceosom. Chemicznie proces zachodzi w wyniku reakcji transestryfikacji.

Na przykład u drożdży proces zaczyna się od rozszczepienia regionu 5 'w miejscu rozpoznawania, „pętla” intron-ekson jest utworzona przez wiązanie fosfodiestrowe 2'-5'. Proces jest kontynuowany wraz z tworzeniem się luki w regionie 3 'i ostatecznie następuje połączenie dwóch egzonów.

Niektóre z intronów, które zakłócają geny jądrowe i mitochondrialne, można składać bez konieczności stosowania enzymów lub energii, ale raczej poprzez reakcje transestryfikacji. Zjawisko to zaobserwowano w organizmie Tetrahymena thermophila.

W przeciwieństwie do tego większość genów jądrowych należy do grupy intronów, które potrzebują maszyny do katalizowania procesu usuwania.

Alternatywne spawanie

Doniesiono, że u ludzi istnieje około 90 000 różnych białek, a wcześniej sądzono, że musi istnieć identyczna liczba genów.

Wraz z pojawieniem się nowych technologii i projektu ludzkiego genomu, można było stwierdzić, że posiadamy tylko około 25 000 genów. Więc jak to możliwe, że mamy tak dużo białka?

Eksony mogą nie być składane w tej samej kolejności, w jakiej zostały transkrybowane do RNA, ale można je uporządkować, tworząc nowe kombinacje. Zjawisko to jest znane jako alternatywny splicing. Z tego powodu pojedynczy transkrybowany gen może wytwarzać więcej niż jeden typ białka.

Ta niezgodność między liczbą białek a liczbą genów została wyjaśniona w 1978 r. Przez badacza Gilberta, pozostawiając za sobą tradycyjną koncepcję „dla genu jest białko”.

Źródło: National Human Genome Research Institute (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), za pośrednictwem Wikimedia Commons

cechy

Według Kelemena i wsp. (2013) „jedną z funkcji tego wydarzenia jest zwiększenie różnorodności informacyjnego RNA, oprócz regulowania relacji między białkami, między białkami a kwasami nukleinowymi oraz między białkami a błonami”.

Zdaniem tych autorów „splicing alternatywny odpowiada za regulację położenia białek, ich właściwości enzymatycznych i interakcji z ligandami”. Ma to również związek z procesami różnicowania się komórek i rozwojem organizmów.

W świetle ewolucji wydaje się, że jest to ważny mechanizm zmiany, ponieważ stwierdzono, że wysoki odsetek organizmów wyższych eukariotów cierpi na częste zdarzenia alternatywnego splicingu. Oprócz odgrywania ważnej roli w różnicowaniu gatunków i ewolucji genomu.

Alternatywny splicing i rak

Istnieją dowody na to, że jakikolwiek błąd w tych procesach może prowadzić do nieprawidłowego funkcjonowania komórki, powodując poważne konsekwencje dla jednostki. Wśród tych potencjalnych patologii wyróżnia się rak.

Z tego powodu alternatywny splicing został zaproponowany jako nowy biologiczny marker tych nieprawidłowych warunków w komórkach. Podobnie, jeśli możliwe jest pełne zrozumienie podstaw mechanizmu, dzięki któremu choroba występuje, można by zaproponować rozwiązania.

Bibliografia

1. Berg, JM, Stryer, L. i Tymoczko, JL (2007). Biochemia. Odwróciłem się.
2. De Conti, L., Baralle, M. i Buratti, E. (2013). Definicja eksonów i intronów w splicingu pre - mRNA. Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA, 4 (1), 49–60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M. i Stamm, S. (2013). Funkcja alternatywnego łączenia. Gene, 514 (1), 1–30.
4. Lamond, A. (1993), spliceosom. Bioessays, 15 (9), 595–603.
5. Roy, B., Haupt, LM i Griffiths, LR (2013). Przegląd: Alternatywne splatanie (AS) genów jako podejście do generowania złożoności białek. Current Genomics, 14 (3), 182–194.
6. Vila - Perelló, M. i Muir, TW (2010). Biologiczne zastosowania spajania białek. Celi, 143 (2), 191-200.
7. Liu, J., Zhang, J., Huang, B. i Wang, X. (2015). Mechanizm alternatywnego splicingu i jego zastosowanie w diagnostyce i leczeniu białaczek. Chinese Journal of Laboratory Medicine, 38 (11), 730–732.