- Iz česa je sestavljeno?
- Kje se zgodi?
- Vrste
- Vrste spajanja RNA
- Nadomestno spajanje
- Lastnosti
- Nadomestno spajanje in rak
- Reference
Spajanje ali postopek preplete RNK, pojav, ki se pojavlja v evkariontskih organizmih po transkripcijo DNA v RNA in vključuje odstranitev intronov gena, podpornih eksonov. Šteje se za bistveno pri izražanju genov.
Pojavi se skozi dogodke izločanja fosfodiesterske vezi med eksoni in introni ter poznejšo zvezo vezi med eksoni. Spajanje se pojavlja v vseh vrstah RNK, vendar je bolj pomembno v molekulski mesnici RNA. Pojavi se lahko tudi v molekulah DNK in beljakovin.
Vir: avtor BCSteve, iz Wikimedia Commons
Mogoče je, da se pri sestavljanju eksonov podvrže dogovoru ali kakršni koli spremembi. Ta dogodek je znan kot alternativno spajanje in ima pomembne biološke posledice.
Iz česa je sestavljeno?
Gen je zaporedje DNK s podatki, potrebnimi za izražanje fenotipa. Koncept gena ni strogo omejen na zaporedja DNK, ki so izražena kot proteini.
Osrednja "dogma" biologije vključuje postopek prepisovanja DNK v vmesno molekulo, messenger RNA. To se s pomočjo ribosomov pretvori v beljakovine.
Toda v evkariontskih organizmih te dolge genske sekvence prekine vrsta zaporedja, ki za zadevni gen ni potrebno: introni. Da bi se lahko sporočilna RNA učinkovito prevedla, je treba te introne odstraniti.
Spajanje RNA je mehanizem, ki vključuje različne kemične reakcije, ki se uporabljajo za odstranjevanje elementov, ki motijo zaporedje določenega gena. Elemente, ki jih ohranjamo, imenujemo eksoni.
Kje se zgodi?
Spliceosom je ogromen beljakovinski kompleks, ki katalizira korake spajanja. Sestavljajo ga pet vrst majhnih jedrskih RNK, imenovanih U1, U2, U4, U5 in U6, pa tudi niz beljakovin.
Ugiba se, da spajanje sodeluje pri zgibanju pre-mRNA, da se pravilno poravna z dvema območjema, kjer bo prišlo do postopka spajanja.
Ta kompleks lahko prepozna konsenzusno zaporedje, ki ga ima večina intronov blizu svojih 5 'in 3' koncev. Treba je opozoriti, da so bili v metazojih najdeni geni, ki nimajo teh zaporedij, za njihovo prepoznavanje pa uporabljajo drugo skupino majhnih jedrskih RNK.
Vrste
V literaturi se izraz spajanje običajno uporablja za postopek, ki vključuje messenger RNA. Vendar pa obstajajo različni postopki spajanja, ki se pojavljajo v drugih pomembnih biomolekulah.
Beljakovine se lahko tudi podležejo, v tem primeru gre za aminokislinsko zaporedje, ki se odstrani iz molekule.
Odstranjeni fragment se imenuje "intein". Ta proces se v organizmih odvija naravno. Molekularni biologiji je s tem načelom uspelo ustvariti različne tehnike, ki vključujejo manipulacijo z beljakovinami.
Podobno se spajanje pojavlja tudi na ravni DNK. Tako sta dve molekuli DNK, ki sta bili prej ločeni, sposobni spajati s kovalentnimi vezmi.
Vrste spajanja RNA
Po drugi strani pa glede na vrsto RNA obstajajo različne kemijske strategije, s katerimi se gen lahko znebi intronov. Zlasti spajanje pre-mRNA je zapleten postopek, saj vključuje vrsto korakov, ki jih katalizira spliceosom. Kemično se postopek dogaja z reakcijami transaterifikacije.
Na primer, pri kvasovkah se postopek začne z odcepitvijo 5 'območja na mestu prepoznavanja, "zanka" intron-eksona nastane skozi 2'-5' fosfodiestersko vez. Proces se nadaljuje z oblikovanjem vrzeli v 3 'regiji in končno pride do združitve obeh eksonov.
Nekatere introne, ki motijo jedrske in mitohondrijske gene, je mogoče zlepiti brez potrebe po encimih ali energiji, temveč preko reakcij transeterifikacije. Ta pojav so opazili v organizmu Tetrahymena thermophila.
Nasprotno večina jedrskih genov spada v skupino intronov, ki potrebujejo stroje za katalizacijo postopka odstranitve.
Nadomestno spajanje
Pri ljudeh so poročali, da obstaja približno 90.000 različnih beljakovin in prej je veljalo, da mora biti enako število genov.
S prihodom novih tehnologij in projektom človeškega genoma je bilo mogoče sklepati, da imamo le približno 25.000 genov. Kako je torej možno, da imamo toliko beljakovin?
Eksoni morda niso sestavljeni v istem vrstnem redu, kot so bili prepisani v RNK, lahko pa so razporejeni z določitvijo novih kombinacij. Ta pojav je znan kot alternativno spajanje. Zaradi tega en sam prepisani gen lahko proizvede več kot eno vrsto beljakovin.
To neskladnost med številom beljakovin in številom genov je raziskal leta 1978 raziskovalec Gilbert, za seboj pa je pustil tradicionalni koncept "za gen obstaja protein".
Vir: Nacionalni inštitut za raziskavo človeškega genoma (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), prek Wikimedia Commons
Lastnosti
Za Kelemen in sod. (2013) je "ena od funkcij tega dogodka povečanje raznolikosti selskih RNA, poleg uravnavanja razmerja med beljakovinami, med proteini in nukleinskimi kislinami ter med proteini in membranami."
Po mnenju teh avtorjev je "alternativno spajanje odgovorno za uravnavanje lokacije beljakovin, njihovih encimskih lastnosti in interakcije z ligandi". Povezana je bila tudi s postopki diferenciacije celic in razvojem organizmov.
Glede na evolucijo se zdi, da je to pomemben mehanizem za spremembe, saj je bilo ugotovljeno, da velik delež višjih evkariontskih organizmov trpi zaradi visokih dogodkov alternativnega spajanja. Poleg tega, da igra pomembno vlogo pri diferenciaciji vrst in pri razvoju genoma.
Nadomestno spajanje in rak
Obstajajo dokazi, da vsaka napaka v teh procesih lahko vodi do nenormalnega delovanja celice, kar ima resne posledice za posameznika. Med temi potencialnimi patologijami izstopa rak.
Zaradi tega je bilo predlagano alternativno spajanje kot nov biološki marker teh nenormalnih stanj v celicah. Če je mogoče popolnoma razumeti osnovo mehanizma, s katerim se bolezen pojavi, bi bilo mogoče predlagati rešitve zanje.
Reference
- Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Sem obrnil.
- De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, E. (2013). Opredelitev eksona in introna pri spajanju pred mRNA. Meddisciplinarni pregledi Wileyja: RNA, 4 (1), 49–60.
- Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Funkcija alternativnega spajanja. Gene, 514 (1), 1–30.
- Lamond, A. (1993). Spliceosom. Bioessays, 15 (9), 595–603.
- Roy, B., Haupt, LM, & Griffiths, LR (2013). Pregled: Alternativno spajanje genov kot pristop k ustvarjanju kompleksnosti beljakovin. Trenutna genomika, 14 (3), 182–194.
- Vila - Perelló, M., & Muir, TW (2010). Biološke aplikacije spajanja beljakovin. Celica, 143 (2), 191–200.
- Liu, J., Zhang, J., Huang, B., & Wang, X. (2015). Mehanizem alternativnega spajanja in njegova uporaba pri diagnostiki in zdravljenju levkemije. Kitajski časopis za laboratorijsko medicino, 38 (11), 730–732.