Splice

Splice ir izšķirošs process transkripcijas laikā eikariotu kodolā, kura laikā nobriedusi mRNS izdalās no pre-mRNS. Intronus, kas pēc transkripcijas joprojām atrodas pre-mRNS, noņem un atlikušos eksonus apvieno, lai izveidotu gatavu mRNS.

Kas ir splicing

Molekulārās bioloģijas centrālā dogma norāda, ka ģenētiskās informācijas plūsma notiek no informācijas nesēja DNS caur RNS uz olbaltumvielām. Pirmais gēnu ekspresijas solis ir tas, ko sauc par transkripciju. RNS tiek sintezēts, izmantojot DNS kā šablonu. DNS ir ģenētiskās informācijas nesējs, kas tajā tiek glabāts ar koda palīdzību, kas sastāv no četrām bāzes adenēm, timīna, guanīna un citozīna. RNS polimerāzes olbaltumvielu komplekss transkripcijas laikā nolasa DNS pamatsekvenci un rada atbilstošo “pre-messenger RNS” (īsi pirms-mRNS). Tiamīna vietā vienmēr tiek iestrādāts uracils.

Gēnus veido eksoni un introni. Exons ir tās genoma daļas, kas faktiski kodē ģenētisko informāciju. Turpretī introni attēlo nekodējošās sekcijas gēnā. Gēni, kas tiek glabāti DNS, šķērso garās sekcijās, kas neatbilst nevienai aminoskābei vēlākajā olbaltumvielā un neveicina translāciju.

Gēnā var būt līdz 60 introniem, kuru garums ir no 35 līdz 100 000 nukleotīdu. Vidēji šie introni ir desmit reizes garāki par eksoniem. Pre-mRNS, kas ražota transkripcijas pirmajā posmā, ko bieži dēvē arī par nenobriedušu mRNS, joprojām satur gan eksonus, gan intronus. Šeit sākas splicēšanas process.

Introniem jābūt noņemtiem no pre-mRNS un atlikušajiem eksoniem jābūt savstarpēji saistītiem. Tikai tad nobriedusi mRNS var atstāt šūnas kodolu un sākt translāciju.

Savienošanu lielākoties veic ar spiceozomas palīdzību (vācu: spliceosome). To veido pieci snRNP (mazu kodola ribonukleoproteīnu daļiņas). Katrs no šiem snRNP sastāv no snRNS un olbaltumvielām. Daži citi proteīni, kas neietilpst snRNPs, ir arī daļa no spliciceozomas. Spliceosomas tiek sadalītas galvenajās un mazajās spiceicezomās. Galvenā splicicezoma apstrādā vairāk nekā 95% no visiem cilvēka introniem, mazākā splicicezoma galvenokārt apstrādā ATAC intronus.

Par splicēšanas skaidrojumu Ričardam Džonam Robertam un Filipam A. Šarpam 1993. gadā tika piešķirta Nobela prēmija medicīnā. Tomass R. Čehs un Sidnijs Altmans 1989. gadā saņēma Nobela prēmiju ķīmijā par pētījumiem par alternatīvu savienošanu un RNS katalītisko iedarbību.

Funkcija un uzdevums

Savienošanas laikā spliciceosoma tiek veidota no jauna no tās atsevišķām daļām. Zīdītājiem snRNP U1 vispirms piestiprinās pie 5'-saišu vietas un sāk atlikušās spiceikozes veidošanos. SnRNP U2 saistās ar introna sazarošanas punktu. Tad arī tri-snRNP saistās.

Spliceozoma katalizē saīsināšanas reakciju ar divu secīgu pāresterifikāciju palīdzību. Reakcijas pirmajā daļā skābekļa atoms no adenozīna 2’-OH grupas no “filiāles punkta secības” (BPS) uzbrūk fosfodiestera saites fosfora atomam 5'-salaiduma vietā. Tas atbrīvo 5 'eksonu un cirkulē intronu. Tagad 5'-eksona brīvās 3'-OH grupas skābekļa atoms tagad saistās ar 3'-savienojuma vietu, kur divi eksoni ir savienoti un introns tiek atbrīvots. Intronu ievieš racionalizētā formā, ko sauc par lariju, kas pēc tam tiek sadalīts.

Pretstatā tam spliciceomos nav nozīmes pašizšūšanā. Šeit intronus no translācijas izslēdz pati RNS sekundārā struktūra. TRNS (pārneses RNS) fermentatīvā savienošana notiek eikariotos un arhejās, bet ne baktērijās.

Savienošanas procesam jānotiek ar vislielāko precizitāti pie eksona-introna robežas, jo novirze tikai ar vienu nukleotīdu novestu pie nepareizas aminoskābju kodēšanas un tādējādi pilnīgi atšķirīgu olbaltumvielu veidošanās.

Pre-mRNS splicēšana var mainīties atšķirīgi vides ietekmes vai audu veida dēļ. Tas nozīmē, ka no vienas un tās pašas DNS sekvences un līdz ar to pašu pre-mRNS var veidoties dažādi proteīni. Šis process ir pazīstams kā alternatīva savienošana. Cilvēka šūnā ir aptuveni 20 000 gēnu, bet alternatīvās splicēšanas dēļ tā spēj saražot vairākus simtus tūkstošus olbaltumvielu. Apmēram 30% no visiem cilvēka gēniem ir alternatīva savienošana.

Savienošanai ir bijusi liela loma evolūcijā. Exons bieži kodē atsevišķus olbaltumvielu domēnus, kurus dažādos veidos var kombinēt. Tas nozīmē, ka tikai dažus eksonus var saražot daudz dažādu olbaltumvielu ar pilnīgi atšķirīgām funkcijām. Šo procesu sauc par eksonu maiņu.

Slimības un kaites

Dažas iedzimtas slimības var būt cieši saistītas ar saišu veidošanos. Nekodējošā introna mutācijas parasti neizraisa kļūdas olbaltumvielu veidošanā. Tomēr, ja mutācija notiek introna daļā, kas ir svarīga splicēšanas regulēšanai, tas var izraisīt kļūdainu pre-mRNS splicēšanu. Pēc tam iegūtā nobriedušā mRNS kodē kļūdainus vai sliktākajā gadījumā kaitīgus proteīnus. Tas attiecas, piemēram, uz dažiem beta talasēmijas veidiem, iedzimtu anēmiju. Citi pārstāvji no slimībām, kas attīstās šādā veidā, ir, piemēram, Ehlera-Danlosa sindroms (EDS) II tips un mugurkaula muskuļu atrofija.