SPLICING (GENETIKA): MIBŐL ÁLL, TÍPUSAI - BIOLÓGIA - 2026

Az összekapcsolás vagy az RNS-t összekapcsoló folyamat olyan jelenség, amely az eukarióta szervezetekben a DNS RNS-re történő átírása után fordul elő, és magában foglalja egy gén intronjának eltávolítását, megtartva az exonokat. Alapvető fontosságúnak tartják a gén expressziójában.

Ez az exonok és az intronok közötti foszfodiészter-kötés megszűnésének eseményein és az exonok közötti kötés későbbi egyesülésén keresztül következik be. A splicing minden típusú RNS-ben előfordul, azonban ez relevánsabb a hírvivő RNS-molekulában. Ez előfordulhat a DNS-ben és a fehérjemolekulákban is.

Forrás: BCSteve, a Wikimedia Commonsból

Lehet, hogy az exonok összeszerelésekor elrendezésen vagy bármilyen típusú változáson megy keresztül. Ez az esemény alternatív összeillesztésként ismert, és fontos biológiai következményekkel jár.

Miből áll?

A gén egy fenotípus kifejezéséhez szükséges információval rendelkező DNS-szekvencia. A gén fogalma nem korlátozódik szigorúan a fehérjékben kifejezett DNS-szekvenciákra.

A biológia központi "dogma" magában foglalja a DNS transzkripcióját egy közbenső molekula, a messenger RNS-re. Ez viszont riboszómák segítségével fehérjékké alakul.

Az eukarióta szervezetekben azonban ezeket a hosszú génszekvenciákat olyan típusú szekvencia szakítja meg, amelyre nincs szükség a kérdéses génhez: intronok. Annak érdekében, hogy a messenger RNS hatékonyan transzlálódjon, ezeket az intronokat el kell távolítani.

Az RNS splicing egy olyan mechanizmus, amely különféle kémiai reakciókat foglal magában, amelyek eltávolítják az elemeket, amelyek megbontják egy adott gén szekvenciáját. A megőrzött elemeket exonoknak nevezzük.

Hol történik?

A spliciceoszóma egy hatalmas fehérjekomplex, amely katalizálja a splicing lépéseket. Öt típusú kis nukleáris RNS-ből, az úgynevezett U1, U2, U4, U5 és U6, valamint egy sor fehérjéből áll.

Arra gondolunk, hogy az illesztés részt vesz az pre-mRNS hajtogatásában annak érdekében, hogy helyesen igazítsa azt a két régiót, ahol a splicing folyamat megtörténik.

Ez a komplex képes felismerni azt a konszenzusszekvenciát, amelyben a legtöbb intron 5 'és 3' vége közelében van. Meg kell jegyezni, hogy a Metazoansban olyan géneket találtak, amelyek nem rendelkeznek ezekkel a szekvenciákkal, és felismerésük céljából kis csoport nukleáris RNS-eket használnak.

típusai

Az irodalomban a splicing kifejezést általában arra a folyamatra alkalmazzák, amely Messenger RNS-t tartalmaz. Vannak azonban különböző összeillesztési folyamatok, amelyek más fontos biomolekulákban fordulnak elő.

A fehérjék is összekapcsolódhatnak, ebben az esetben egy aminosavszekvencia kerül eltávolításra a molekulából.

Az eltávolított fragmenst "intein" -nek nevezzük. Ez a folyamat természetes módon fordul elő az organizmusokban. A molekuláris biológiának ezen elv alkalmazásával sikerült különféle technikákat létrehoznia, amelyek magában foglalják a fehérjék manipulációját.

Hasonlóan, a splicing a DNS szintjén is megtörténik. Így két korábban elválasztott DNS-molekula kovalens kötésekkel képes összekapcsolódni.

Az RNS splicing típusai

Másrészt, az RNS típusától függően, különböző kémiai stratégiák vannak, amelyekben a gén megszabadulhat az intronoktól. Különösen az pre-mRNS összeillesztése bonyolult folyamat, mivel a spliciceoszóma által katalizált lépések sorozatát foglalja magában. Kémiai szempontból az eljárás átészterezési reakciókkal zajlik.

Például élesztőben az eljárás az 5 'régió hasításával kezdődik a felismerési helyen, az intron-exon "hurok" egy 2'-5' foszfodiészter kötéssel alakul ki. A folyamat egy rés kialakulásával folytatódik a 3 'régióban, és végül megtörténik a két exon egyesülése.

A nukleáris és mitokondriális géneket megszakító intronok egy része enzimek vagy energia nélkül, de átészterezési reakciók útján összekapcsolható. Ezt a jelenséget megfigyelték a Tetrahymena thermophila szervezetben.

Ezzel szemben a legtöbb nukleáris gén azon intronok csoportjába tartozik, amelyeknek gépeket kell használniuk az eltávolítási folyamat katalizálására.

Alternatív illesztés

Az emberekben arról számoltak be, hogy körülbelül 90 000 különböző fehérje létezik, és korábban azt gondoltak, hogy azonos számú génnek kell lennie.

Az új technológiák megjelenésével és az emberi genomprojektekkel arra a következtetésre jutottunk, hogy csak kb. 25 000 génünk van. Szóval hogyan lehetséges, hogy annyi fehérje van?

Az exonok nem összeállíthatók abban a sorrendben, ahogyan RNS-re átírják őket, de új kombinációk létrehozásával elrendezhetők. Ezt a jelenséget alternatív illesztésnek nevezik. Ezért egy átírt gén képes egynél több fehérjét előállítani.

Ezt a következetlenséget a fehérjék és a gének száma között 1978-ban tisztázta Gilbert kutató, hagyva hátra a tradicionális elképzelést, amely szerint "egy génnek van fehérje".

Forrás: A Nemzeti Humán Genom Kutatóintézet (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), a Wikimedia Commons segítségével

Jellemzők

Kelemen és munkatársai (2013) szerint "az esemény egyik funkciója a hírvivő RNS-ek sokféleségének növelése, a fehérjék, a fehérjék és a nukleinsavak, valamint a fehérjék és a membránok közötti kapcsolatok szabályozása mellett."

E szerzők szerint "az alternatív illesztés felelős a fehérjék elhelyezkedésének, enzimatikus tulajdonságainak és a ligandumokkal való kölcsönhatásuk szabályozásáért". Kapcsolódott a sejtek differenciálódási folyamataihoz és az organizmusok fejlődéséhez is.

Az evolúció fényében ez fontos változásmechanizmusnak tűnik, mivel a magasabb eukarióta organizmusok nagy részében kimutatták, hogy az alternatív összeillesztések nagy eseményeit szenvedik. Amellett, hogy fontos szerepet játszik a fajok differenciálódásában és a genom evolúciójában.

Alternatív illesztés és rák

Bizonyítékok vannak arra, hogy ezekben a folyamatokban bekövetkező bármilyen hiba a sejt rendellenes működéséhez vezethet, és súlyos következményekkel járhat az egyén számára. Ezen lehetséges patológiák között kiemelkedik a rák.

Ezért alternatív illesztést javasoltak új biológiai markerként a sejtekben ezek a rendellenes körülmények között. Hasonlóképpen, ha teljes mértékben meg lehet érteni a betegség kialakulásának mechanizmusát, megoldásokat lehet javasolni ezekre.

Irodalom

1. Berg, JM, Stryer, L. és Tymoczko, JL (2007). Biokémia. Megfordítottam.
2. De Conti, L., Baralle, M., és Buratti, E. (2013). Exon és intron meghatározás az pre - mRNS splicingben. Wiley interdiszciplináris vélemények: RNA, 4 (1), 49–60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., és Stamm, S. (2013). Az alternatív illesztés funkciója. Gene, 514 (1), 1–30.
4. Lamond, A. (1993). Bioessays, 15 (9), 595-603.
5. Roy, B., Haupt, LM, és Griffiths, LR (2013). Áttekintés: A gének alternatív illesztése (AS) mint fehérjekomplexitás létrehozásának megközelítése. Jelenlegi genomika, 14 (3), 182–194.
6. Vila - Perelló, M., és Muir, TW (2010). A fehérjék összeillesztésének biológiai alkalmazásai. Cell, 143 (2), 191-200.
7. Liu, J., Zhang, J., Huang, B. és Wang, X. (2015). Az alternatív splicing mechanizmusa és alkalmazása a leukémia diagnosztizálásában és kezelésében. Chinese Journal of Laboratory Medicine, 38. (11), 730–732.