RNR splaisingas (mRNR): kas tai yra ir kaip veikia
Sužinokite, kas yra RNR splaisingas (mRNR), kaip pašalinami intronai ir sujungiami egzonai, ir kodėl tai svarbu baltymų sintezei bei genų reguliacijai.
RNR splaisingas yra genų transkripcijos etapas. Pasiuntinių RNR (mRNA), kuri perduoda DNR kodą į baltymus, kuriama dviem etapais.
Pirmajame etape kiekvienas genas išverčiamas į pre-mRNA. Tuomet pre-mRNA egzonai sujungiami splaisingu, kuris vyksta splaisingo zonose.
To reikia, nes genas yra suskirstytas į kodines dalis, vadinamas egzonais, ir nekodines dalis, vadinamas intronais. Egzonai sujungiami splaisingu.
Taigi molekulinėje biologijoje splaisingas yra procesas, kurio metu pašalinami intronai ir sujungiami egzonai. Taip sukuriama galutinė mRNR. Tada ši pasiuntinių RNR naudojama tinkamam baltymui gaminti verčiant.
Kaip vyksta splaisingas?
Splaisingas dažniausiai vyksta branduolyje ir yra dažnai ko-transkripcinis — tai reiškia, kad intronai gali būti pašalinami dar kol transkripcija tęsiama. Procesą atlieka didelė ribonukleoproteininė struktūra, vadinama spliceosoma, kurią sudaro maži branduoliniai RNR baltymų kompleksai — snRNP (U1, U2, U4/U6, U5) — ir kiti tarpininkaujantys baltymai.
- Atpažinimas: spliceosoma atpažįsta būdingas skilimo vietas pre-mRNA gale ir pradžioje — 5' galinę vietą (dažnai prasideda „GU“), 3' galinę vietą (dažnai baigiasi „AG“) ir šakos tašką (branch point), kuriame yra adeninio (A) bazė.
- Cheminė reakcija: vyksta dvi transesterifikacijos reakcijos: pirmiausia 2'OH šakos adeninė bazė atakuoja 5' jungtį, susidaro laikinasis lopo (lariat) intronas; paskui laisvas 3'OH egzone atakuoja 3' pabaigą, intronas pašalinamas ir egzonai sujungiami.
- Rezultatas: sujungta egzonų seka – branduoliniu būdu išeinanti branduolinė mRNR (mature mRNA) su 5' galu ir poli(A) uodega, pasirengusi transportui į citoplazmą ir baltymo sintezei.
Alternatyvus splaisingas ir įvairovė
Alternatyvus splaisingas leidžia vienam genui duoti kelias skirtingas mRNR variacijas, priklausomai nuo to, kurie egzonai yra įtraukiami arba praleidžiami. Tai yra svarbus mechanizmas, kuris ženkliai didina proteominio komplekso įvairovę be papildomų genų. Alternatyvus splaisingas reguliuojamas audinių tipu, vystymosi stadijomis, signalo kelių ir specialių reguliacinių baltymų (pvz., SR baltymai, hnRNP).
Kodėl splaisingas yra svarbus?
- Užtikrina, kad baltymai būtų sintetinami iš teisingos informacijos — pašalina nekoduojančias dalis.
- Suteikia gebėjimą kurti kelis baltymus iš vieno geno per alternatyvų splaisingą, kas padidina biologinę įvairovę.
- Veikia genų ekspresijos reguliaciją — tam tikri variante gali būti degradaciniai arba stabilizuojantys mechanizmai.
Klinikinė reikšmė
Netinkamas splaisingas gali sukelti ligas. Mutacijos, kurios keičia skilimo vietas ar reguliacinius elementus, gali lemti neteisingą intronų pašalinimą arba egzonų praradimą. Pavyzdžiai:
- Beta-talasemija: kai kurios formos susijusios su splaisingo vietų mutacijomis.
- Spinalinės raumenų atrofijos (SMA): susijusios su SMN1/SMN2 genų splaisingo skirtumais; terapija nusinersen (antisensinė oligonukleotidė) moduliuoja splaisingą ir pagerina ligos eigą.
- Vėžio atvejai: daugybė navikinių ląstelių turi sutrikusį splaisingo reguliavimą arba mutacijas splaisingo komponentuose.
Tyrimo ir gydymo metodai
- Splaisingo tyrimui naudojami metodai: RT‑PCR, Northern blot, RNA‑seq (masyvus transkriptomos nuskaitymas), CLIP technikos, reporteriniai genų konstruktyvai.
- Terapeutiniai metodai: antisensinės oligonukleotidės (ASO), kurios keičia splaisingo modelį (pvz., exon skipping arba exon inclusion), ir kiti genų reguliavimo metodai. Kai kurios ASO terapijos jau taikomos klinikoje (pvz., nusinersen SMA).
Santrauka
RNR splaisingas yra būtinas žingsnis, paverčiantis pre‑mRNA į brandžią mRNR, pašalinant intronus ir sujungiant egzonus. Tai sudėtingas, griežtai reguliuojamas procesas, lemiantis baltymų įvairovę ir tinkamą ląstelių funkciją. Sutrikus splaisingo mechanikai gali vystytis ligos, todėl supratimas ir gebėjimas moduliuoti splaisingą turi didžiulę reikšmę tiek fundamentinei biologijai, tiek medicinai.
Paprasta egzonų ir intronų iliustracija pre-mRNR ir brandžios mRNR susidarymas splaisingo būdu. UTR yra nekoduojančios egzonų dalys mRNR galuose.
Alternatyvus suskaidymas
Daugeliu atvejų, keičiant tos pačios pasiuntinių RNR egzonų sudėtį, dėl splaisingo proceso sukuriami įvairūs unikalūs baltymai. Šis reiškinys vadinamas alternatyviuoju splaisingu. Alternatyvusis splaisingas gali vykti įvairiais būdais. Egzonai gali būti prailginti arba praleisti, o intronai gali būti palikti.
Eukariotai ir prokariotai
Splaisingas vyksta visose gyvybės karalystėse arba srityse, tačiau splaisingo mastas ir tipai gali labai skirtis tarp pagrindinių padalinių. Eukariotai splaisinguoja daugelį baltymus koduojančių pasiuntinių RNR ir kai kurias nekoduojančias RNR. Kita vertus, prokariotai splaisingą atlieka retai. Kitas svarbus skirtumas yra tas, kad prokariotai visiškai neturi splaisingosomų.
Atradimas
1993 m. Phillipas Sharpas ir Richardas Robertsas buvo apdovanoti Nobelio fiziologijos ar medicinos premija už intronų ir splaisingo proceso atradimą.
1977 m. Šarpo ir Robertso laboratorijose atliktas darbas parodė, kad aukštesniųjų organizmų genai yra "suskaidyti" arba DNR molekulėje yra keli skirtingi segmentai.
Koduojančias geno sritis skiria nekoduojanti DNR, kuri nedalyvauja baltymų raiškoje. Nekoduojančios sritys, intronai, yra išpjaunamos iš pirmtakų mRNR proceso, kuris vadinamas "splaisingu". Nustatyta, kad suskaidyta geno struktūra būdinga daugumai eukariotų genų.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra RNR susiejimas?
A: RNR dalijimas - tai procesas, kurio metu iš pre-mRNA pašalinami intronai ir sujungiami egzonai, kad būtų gauta galutinė mRNA, naudojama baltymų gamybai.
K: Koks yra RNR splaisingo tikslas?
A: RNR dalijimo tikslas - pašalinti nekoduojančias dalis, vadinamas intronais, ir sujungti koduojančias dalis, vadinamas egzonais, kad susidarytų galutinė mRNR, kuri gali būti naudojama baltymų gamybai.
K: Kas yra pasiuntinių RNR?
A.: Pasiuntinių RNR (mRNR) yra RNR rūšis, perkelianti genetinį kodą iš DNR į baltymus.
Klausimas: Kiek yra pasiuntinių RNR kūrimo etapų?
A: Yra du pasiuntinių RNR kūrimo etapai.
K: Kas vyksta pirmajame pasiuntinių RNR kūrimo etape?
A: Pirmajame pasiuntinių RNR kūrimo etape kiekvienas genas išverčiamas į pre-mRNA.
K: Kas yra spliceosomos?
A: Spliceosomos yra ląstelės mašinos, kurios atlieka RNR splaisingą, pašalindamos intronus ir sujungdamos egzonus pre-mRNA.
K: Kaip iš pasiuntinių RNR gaminamas tinkamas baltymas?
A: Tinkamas baltymas iš pasiuntinių RNR gaunamas vertimo proceso metu, kai mRNR genetinis kodas naudojamas aminorūgštims surinkti į baltymą.
Ieškoti