Splice

The Splice predstavlja ključni proces med prepisovanjem v celično jedro evkariotov, med katerim zrela mRNA izhaja iz pre-mRNA. Introni, ki so po prepisu še vedno vsebovani v pre-mRNA, se odstranijo, preostali eksoni pa se združijo in tvorijo končno mRNA.

Kaj je spajanje

Osrednja dogma molekularne biologije navaja, da pretok genetske informacije poteka od nosilca informacij DNA preko RNK do beljakovin. Prvi korak v izražanju genov je tisto, kar je znano kot transkripcija. RNA se sintetizira z uporabo DNK kot predloge. DNK je nosilec genske informacije, ki se tam shrani s pomočjo kode, sestavljene iz štirih baz adenenov, timina, gvanina in citozina. Proteinski kompleks RNA polimeraze med prepisovanjem bere osnovno zaporedje DNK in ustvari ustrezno RNA pred sporočanjem (na kratko pre mRNA). Namesto timijana je vedno vgrajen uracil.

Geni so sestavljeni iz eksonov in intronov. Eksoni so tisti deli genoma, ki dejansko kodirajo genetske informacije. V nasprotju s tem introni predstavljajo nekodirajoče odseke v genu, geni, shranjeni na DNK, se gibljejo po dolgih odsekih, ki ne ustrezajo nobeni aminokislini v kasnejših proteinih in ne prispevajo k prevodu.

Gen ima lahko do 60 intronov, dolžine med 35 in 100.000 nukleotidov. V povprečju so ti introni desetkrat daljši od eksonov. Pre-mRNA, proizvedena v prvem koraku transkripcije, ki jo pogosto imenujemo tudi nezrela mRNA, še vedno vsebuje tako eksone kot introne. Tu se začne postopek spajanja.

Introni morajo biti odstranjeni iz pre-mRNA, preostali eksoni pa morajo biti povezani. Šele potem lahko zrela mRNA zapusti celično jedro in začne prevajanje.

Spajanje večinoma poteka s pomočjo spliceosoma (nemško: spliceosome). To je sestavljeno iz petih snRNP (majhnih delcev jedrskega ribonukleoproteina). Vsak od teh snRNP je sestavljen iz snRNA in beljakovin. Nekateri drugi proteini, ki niso del snRNP, so prav tako del spliceosoma. Spliceosomi so razdeljeni na glavne in manjše spliceosome. Glavni spliceosom procesira več kot 95% vseh človeških intronov, manjši spliceosom večinoma obravnava introne ATAC.

Za razlago spajanja sta Richard John Roberts in Phillip A. Sharp leta 1993 prejela Nobelovo nagrado za medicino. Thomas R. Cech in Sidney Altman sta leta 1989 prejela Nobelovo nagrado za kemijo za raziskave o alternativnem spajanju in katalitičnem učinku RNA.

Funkcija in naloga

Med spajanjem se spliceosom na novo oblikuje iz njegovih posameznih delov. Pri sesalcih se snRNP U1 najprej pritrdi na 5-spajkalno mesto in sproži nastanek preostalega spliceosoma. SnRNP U2 se veže na razvejano točko introna. Potem veže tudi tri-snRNP.

Spliceosom katalizira reakcijo spajanja z dvema zaporednima preeterifikacijami. V prvem delu reakcije kisikov atom iz 2'-OH skupine adenozina iz "zaporedja vejskih točk" (BPS) napade atom fosforja fosfodiesterske vezi na mestu 5'-spajanja. To sprosti 5 'ekson in kroži intron. Atom kisika zdaj proste 3'-OH skupine 5'-eksona se zdaj veže na mesto 3'-spajanja, kjer sta dva eksona povezana in intron se sprosti. Intron je vnesen v racionalizirano konformacijo, imenovano lariat, ki se nato razgradi.

V nasprotju s tem spliceosomi ne igrajo vloge pri samo-spajanju. Tu so introni izključeni iz prevajanja zaradi sekundarne strukture same RNA. Encimsko spajanje tRNA (prenosna RNA) se pojavlja v evkariotih in arhejih, ne pa pri bakterijah.

Postopek spajanja mora potekati z izjemno natančnostjo natančno na meji exon-introna, saj bi odstopanje le enega samega nukleotida vodilo do napačnega kodiranja aminokislin in s tem do nastanka popolnoma različnih beljakovin.

Spajanje pre-mRNA se lahko zaradi vplivov iz okolja ali vrste tkiv izkaže drugače. To pomeni, da se lahko iz istega zaporedja DNK tvorijo različni proteini in s tem enaka pred-mRNA. Ta postopek je znan kot alternativno spajanje. Človeška celica vsebuje okoli 20.000 genov, vendar lahko zaradi alternativnega spajanja proizvede več sto tisoč beljakovin. Približno 30% vseh človeških genov ima alternativno spajanje.

Spajanje je imelo glavno vlogo v evoluciji. Eksoni pogosto kodirajo posamezne domene beljakovin, ki jih je mogoče med seboj kombinirati na različne načine. To pomeni, da lahko iz le nekaj eksonov nastane velika raznolikost beljakovin s popolnoma različnimi funkcijami. Ta postopek se imenuje premeščanje eksona.

Bolezni in bolezni

Nekatere dedne bolezni so lahko tesno povezane z zalegovanjem. Mutacije v nekodiranih intronih običajno ne vodijo do napak pri tvorbi beljakovin. Če pa pride do mutacije v delu introna, ki je pomemben za uravnavanje spajanja, lahko to povzroči napačno spajanje pre-mRNA. Tako dobljena zrela mRNA nato kodira napačne ali v najslabšem primeru škodljive beljakovine. Tako je na primer pri nekaterih vrstah beta-talasemije, podedovane anemije. Drugi predstavniki bolezni, ki se razvijejo na ta način, so na primer Ehlers-Danlos sindrom (EDS) tipa II in spinalna mišična atrofija.