сращивание

сращивание представляет собой решающий процесс во время транскрипции в ядре клетки эукариот, во время которого зрелая мРНК возникает из пре-мРНК. Интроны, которые все еще содержатся в пре-мРНК после транскрипции, удаляются, а оставшиеся экзоны объединяются для образования готовой мРНК.

Что такое сращивание

Центральная догма молекулярной биологии гласит, что поток генетической информации происходит от ДНК-носителя информации через РНК к белку. Первым шагом в экспрессии генов является так называемая транскрипция. РНК синтезируется с использованием ДНК в качестве матрицы. ДНК является носителем генетической информации, которая хранится там с помощью кода, состоящего из четырех оснований: аденов, тимина, гуанина и цитозина. Белковый комплекс РНК-полимеразы считывает последовательность оснований ДНК во время транскрипции и производит соответствующую «пре-мессенджерскую РНК» (пре-мРНК для краткости). Вместо тимина всегда используется урацил.

Гены состоят из экзонов и интронов. Экзоны - это те части генома, которые фактически кодируют генетическую информацию. Напротив, интроны представляют собой некодирующие участки внутри гена.Гены, хранящиеся в ДНК, пересекаются длинными участками, которые не соответствуют никаким аминокислотам в более позднем белке и не вносят вклад в трансляцию.

Ген может иметь до 60 интронов длиной от 35 до 100 000 нуклеотидов. В среднем эти интроны в десять раз длиннее экзонов. Пре-мРНК, продуцируемая на первом этапе транскрипции, также часто называемая незрелой мРНК, все еще содержит как экзоны, так и интроны. Здесь начинается процесс сварки.

Интроны должны быть удалены из пре-мРНК, а оставшиеся экзоны должны быть связаны вместе. Только тогда зрелая мРНК может покинуть ядро ​​клетки и инициировать трансляцию.

Сплайсинг в основном осуществляется с помощью сплайсосомы (нем. Spliceosome). Он состоит из пяти snRNP (малых ядерных рибонуклеопротеиновых частиц). Каждая из этих snRNP состоит из snRNA и белков. Некоторые другие белки, которые не являются частью мяРНП, также являются частью сплайсосомы. Сплайсосомы делятся на основные и второстепенные. Основные сплайсосомы обрабатывают более 95% всех интронов человека, второстепенные сплайсосомы в основном обрабатывают интроны ATAC.

За объяснение сплайсинга Ричард Джон Робертс и Филипп А. Шарп были удостоены Нобелевской премии по медицине в 1993 году. Томас Р. Чех и Сидни Альтман получили Нобелевскую премию по химии в 1989 году за исследования альтернативного сплайсинга и каталитического действия РНК.

Функция и задача

В процессе сплайсинга сплайсосома заново формируется из отдельных ее частей. У млекопитающих snRNP U1 сначала прикрепляется к 5’-сайту сплайсинга и инициирует образование оставшейся сплайсосомы. SnRNP U2 связывается с точкой ветвления интрона. Вследствие этого также связывает три-мяРНП.

Сплайсосома катализирует реакцию сплайсинга посредством двух последовательных переэтерификаций. В первой части реакции атом кислорода из 2’-OH группы аденозина из «последовательности точек ветвления» (BPS) атакует атом фосфора фосфодиэфирной связи в 5'-сайте сплайсинга. Это освобождает 5 'экзон и обеспечивает циркуляцию интрона. Атом кислорода теперь свободной 3'-ОН группы 5'-экзона теперь связывается с сайтом 3'-сплайсинга, в результате чего два экзона соединяются, и интрон высвобождается. Интрон приводится в обтекаемую форму, называемую лариатом, которая затем разрушается.

В отличие от этого, сплайсосомы не играют роли в самосплайсинге. Здесь интроны исключены из трансляции вторичной структурой самой РНК. Ферментативный сплайсинг тРНК (транспортной РНК) происходит у эукариот и архей, но не у бактерий.

Процесс сплайсинга должен происходить с предельной точностью точно на границе экзон-интрон, поскольку отклонение всего на один нуклеотид приведет к неправильному кодированию аминокислот и, следовательно, к образованию совершенно разных белков.

Сплайсинг пре-мРНК может происходить по-разному из-за влияния окружающей среды или типа ткани. Это означает, что разные белки могут быть образованы из одной и той же последовательности ДНК и, следовательно, одной и той же пре-мРНК. Этот процесс известен как альтернативное соединение. Клетка человека содержит около 20 000 генов, но способна производить несколько сотен тысяч белков благодаря альтернативному сплайсингу. Около 30% всех генов человека имеют альтернативный сплайсинг.

Сплайсинг сыграл важную роль в эволюции. Экзоны часто кодируют отдельные домены белков, которые можно комбинировать друг с другом по-разному. Это означает, что большое количество белков с совершенно разными функциями может быть произведено всего из нескольких экзонов. Этот процесс называется перетасовкой экзонов.

Болезни и недуги

Некоторые наследственные заболевания могут быть тесно связаны со сплайсингом. Мутации в некодирующих интронах обычно не приводят к ошибкам в образовании белков. Однако, если мутация происходит в части интрона, которая важна для регуляции сплайсинга, это может привести к ошибочному сплайсингу пре-мРНК. Полученная зрелая мРНК затем кодирует дефектные или, в худшем случае, вредные белки. Так обстоит дело, например, с некоторыми типами бета-талассемии, наследственной анемией. Другими представителями заболеваний, которые развиваются таким образом, являются, например, синдром Элерса-Данлоса (СЭД) типа II и спинальная мышечная атрофия.