СПЛАЙСИНГ (ГЕНЕТИКА): ОТ КАКВО СЕ СЪСТОИ, ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На снаждане или процес сплайсинг на РНК, е явление, което се среща в еукариотни организми след транскрипцията на ДНК в РНК и включва отстраняването на интрони на ген, подпорни екзони. Той се счита за съществен при генната експресия.

Това се случва чрез събития на елиминиране на фосфодиестерната връзка между екзоните и интроните и последващото съединяване на връзката между екзоните. Спластирането се среща при всички видове РНК, но е по-уместно в молекулата на пратената РНК. Може да се прояви и в молекулите на ДНК и протеини.

Източник: От BCSteve, от Wikimedia Commons

Може да се окаже, че когато се сглобяват екзони, те преминават подреждане или какъвто и да е вид промяна. Това събитие е известно като алтернативно сплайсиране и има важни биологични последици.

От какво се състои тя?

Генът е ДНК последователност с информация, необходима за експресиране на фенотип. Понятието ген не е строго ограничено до ДНК последователности, които се експресират като протеини.

Централната „догма“ на биологията включва процеса на преписване на ДНК в междинна молекула, пратеник РНК. Това от своя страна се превежда в протеини с помощта на рибозоми.

В еукариотичните организми обаче тези дълги генни последователности се прекъсват от тип последователност, която не е необходима за въпросния ген: интрони. За да бъде ефективно преведена РНК на пратеника, тези интрони трябва да бъдат премахнати.

Спланирането на РНК е механизъм, който включва различни химични реакции, използвани за отстраняване на елементи, които нарушават последователността на определен ген. Елементите, които се запазват, се наричат ​​екзони.

Къде се случва?

Сплицеосомата е огромен протеинов комплекс, който катализира стъпките на сплайсинг. Той е съставен от пет вида малки ядрени РНК, наречени U1, U2, U4, U5 и U6, както и серия от протеини.

Спекулира се, че сплайсирането участва в сгъването на pre-mRNA, за да се приведе правилно към двете области, където ще се извърши процесът на сплайсиране.

Този комплекс е в състояние да разпознае консенсусната последователност, която повечето интрони имат близо до своите 5 'и 3' краища. Трябва да се отбележи, че в метазоите са открити гени, които нямат тези последователности и използват друга група малки ядрени РНК за тяхното разпознаване.

Видове

В литературата терминът сплайсинг обикновено се прилага към процеса, който включва месинджър РНК. Съществуват обаче различни процеси на сплайсинг, които се случват в други важни биомолекули.

Протеините също могат да претърпят сплайсиране, в този случай това е аминокиселинна последователност, която се отстранява от молекулата.

Отстраненият фрагмент се нарича "intein". Този процес протича естествено в организмите. Молекулярната биология е успяла да създаде различни техники, използвайки този принцип, които включват манипулиране на протеини.

По същия начин, сплайсирането се случва и на ниво ДНК. По този начин две молекули на ДНК, които преди това бяха разделени, могат да се съединят с помощта на ковалентни връзки.

Видове сплайсване на РНК

От друга страна, в зависимост от вида на РНК, има различни химични стратегии, при които генът може да се отърве от интроните. Особено сплайсирането на пре-мРНК е сложен процес, тъй като включва поредица от етапи, катализирани от сплайсозомата. Химически процесът протича чрез реакции на преестерификация.

Например, в дрождите процесът започва с разцепването на 5 'участъка на мястото на разпознаване, интрон-екзоновата "бримка" се формира чрез 2'-5' фосфодиестерна връзка. Процесът продължава с образуването на празнина в 3 'региона и накрая се получава обединението на двата екзона.

Някои от интроните, които нарушават ядрените и митохондриалните гени, могат да бъдат сплайсирани без нужда от ензими или енергия, а по-скоро чрез реакции на трансестерификация. Това явление се наблюдава в организма на термофила Tetrahymena.

За разлика от това, повечето ядрени гени принадлежат към групата на интроните, които се нуждаят от машини за катализиране на процеса на отстраняване.

Алтернативно снаждане

При хора е съобщено, че има около 90 000 различни протеини и по-рано се е смятало, че трябва да има идентичен брой гени.

С идването на нови технологии и проекта за човешкия геном беше възможно да се заключи, че притежаваме само около 25 000 гена. И така, как е възможно да имаме толкова много протеини?

Екзоните не могат да бъдат сглобени в същия ред, в който са били преписани в РНК, но те могат да бъдат подредени чрез установяване на нови комбинации. Това явление е известно като алтернативно сплайсиране. Поради тази причина един транскрибиран ген може да произведе повече от един вид протеин.

Тази несъответствие между броя на протеините и броя на гените е изяснена през 1978 г. от изследователя Гилбърт, оставяйки след себе си традиционната концепция „за ген има протеин“.

Източник: От Националния институт за изследване на човешкия геном (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), чрез Wikimedia Commons

Характеристика

За Kelemen и сътр. (2013) „една от функциите на това събитие е да се увеличи разнообразието на пратените РНК, в допълнение към регулирането на връзките между протеините, между протеините и нуклеиновите киселини и между протеините и мембраните.“

Според тези автори „алтернативното сплайсиране е отговорно за регулирането на местоположението на протеините, техните ензимни свойства и взаимодействието им с лигандите“. Той също е свързан с процесите на диференциране на клетките и развитието на организмите.

В светлината на еволюцията изглежда важен механизъм за промяна, тъй като е установено, че висок дял на по-висшите еукариотни организми претърпяват големи прояви на алтернативно сплайсиране. Освен че играе важна роля в диференциацията на видовете и в еволюцията на генома.

Алтернативно сплайсиране и рак

Има доказателства, че всяка грешка в тези процеси може да доведе до нарушено функциониране на клетката, което да доведе до сериозни последици за индивида. Сред тези потенциални патологии се откроява ракът.

Поради тази причина е предложен алтернативен сплайсинг като нов биологичен маркер за тези анормални състояния в клетките. По същия начин, ако е възможно напълно да се разбере основата на механизма, по който възниква болестта, могат да бъдат предложени решения за тях.

Препратки

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Биохимия. Обърнах се.
2. De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, E. (2013). Дефиниция на екзон и интрон при преплитане на мРНК. Интердисциплинарни рецензии на Wiley: RNA, 4 (1), 49–60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Функция на алтернативно сплайсиране. Gene, 514 (1), 1–30.
4. Lamond, A. (1993). Bioessays, 15 (9), 595-603.
5. Roy, B., Haupt, LM, & Griffiths, LR (2013). Преглед: Алтернативно сплайсиране (AS) на гените като подход за генериране на протеинова сложност. Текуща геномика, 14 (3), 182–194.
6. Vila - Perelló, M., & Muir, TW (2010). Биологични приложения на белтъчни сплайси. Клетка, 143 (2), 191-200.
7. Liu, J., Zhang, J., Huang, B., & Wang, X. (2015). Механизъм на алтернативно сплайсиране и приложението му при диагностика и лечение на левкемия. Китайски журнал по лабораторна медицина, 38 (11), 730–732.