Сплайс

The Сплайс являє собою вирішальний процес під час транскрипції в ядрі еукаріотів, під час якого зріла мРНК виходить з пре-мРНК. Інтрони, які все ще містяться в пре-мРНК після транскрипції, видаляються, а решта екзонів об'єднують для утворення готової мРНК.

Що таке сплайсинг

Центральна догма молекулярної біології стверджує, що потік генетичної інформації відбувається від ДНК-носія інформації через РНК до білка. Перший крок експресії генів - це те, що відомо як транскрипція. РНК синтезується з використанням ДНК як матриці. ДНК є носієм генетичної інформації, яка зберігається там за допомогою коду, що складається з чотирьох основ аденів, тиміну, гуаніну та цитозину. Білковий комплекс РНК-полімерази зчитує базову послідовність ДНК під час транскрипції і виробляє відповідну «РНК перед месенджером» (коротко попередня мРНК). Замість тиміну завжди включається урацил.

Гени складаються з екзонів та інтронів. Екзони - це ті частини геному, які фактично кодують генетичну інформацію. На відміну від цього, інтрони являють собою некодуючі ділянки гена, гени, що зберігаються в ДНК, проходять довгими ділянками, які не відповідають жодним амінокислотам у пізнішому білку і не сприяють трансляції.

Ген може мати до 60 інтронів, довжиною між 35 і 100 000 нуклеотидів. У середньому ці інтрони вдесятеро довші за екзони. Пре-мРНК, що утворюється на першій стадії транскрипції, також часто називається незрілою мРНК, все ще містить як екзони, так і інтрони. Тут починається процес сплайсингу.

Інтрони повинні бути видалені з пре-мРНК, а решта екзонів повинні бути зв'язані між собою. Тільки тоді зріла мРНК залишає клітинне ядро ​​і ініціює трансляцію.

Сплайсинг здебільшого здійснюється за допомогою сплайсосоми (німецька: spliceosome). Складається з п'яти snRNP (дрібних ядерних рибонуклеопротеїнових частинок). Кожен із цих snRNP складається з snRNA та білків. Деякі інші білки, які не входять до складу snRNP, також є частиною спліцеосоми. Сплицеосоми поділяються на основні та незначні сплайсосоми. Основні сплізеосоми переробляють понад 95% усіх людських інтронів, другорядна спліцеосома в основному обробляє інтрони ATAC.

За пояснення сплайсингу Річард Джон Робертс та Філіп А. Шарп були удостоєні Нобелівської премії з медицини в 1993 році. Томас Р. Чех та Сідні Альтман отримали Нобелівську премію з хімії в 1989 році за дослідження альтернативних сплайсингу та каталітичного ефекту РНК.

Функція та завдання

Під час процесу сплайсингу сплайсосома утворюється заново з окремих її частин. У ссавців snRNP U1 спочатку приєднується до місця 5-сплайсингу і ініціює формування решти сплайсосоми. SnRNP U2 прив’язується до точки розгалуження інтрону. Після цього також пов'язує три-snRNP.

Сплайсосома каталізує реакцію сплайсингу за допомогою двох послідовних переетерифікацій. У першій частині реакції атом кисню з групи 2'-ОН аденозину з "послідовності точок гілки" (BPS) атакує атом фосфору фосфодіефірної зв'язку в 5'-з’єднанні. Це вивільняє 5 'екзон і циркулює інтрони. Атом кисню тепер вільної 3'-ОН-групи 5'-екзона тепер зв'язується з 3'-сплайс-сайтом, в результаті чого два екзони з'єднуються і інтрон вивільняється. Інтрон приводиться в обтічну конформацію, що називається ларіатом, яка потім розпадається.

На відміну від цього, сплайсосоми не відіграють ролі в самосплавленні. Тут інтрони виключаються з трансляції вторинною структурою самої РНК. Ферментативне сплайсинг тРНК (переносна РНК) відбувається у еукаріотів та археїв, але не у бактерій.

Процес сплайсингу повинен проходити з максимальною точністю на межі екзон-інтрону, оскільки відхилення лише одним нуклеотидом призведе до неправильного кодування амінокислот і, отже, до утворення абсолютно різних білків.

Спланування пре-мРНК може виявитися по-різному через вплив навколишнього середовища або тип тканини. Це означає, що різні білки можуть утворюватися з однієї і тієї ж послідовності ДНК і, отже, тієї ж попередньої мРНК. Цей процес відомий як альтернативне сплайсинг. Людська клітина містить близько 20000 генів, але здатна виробляти кілька сотень тисяч білків завдяки альтернативному сплайсингу. Близько 30% усіх людських генів мають альтернативні сплайсинг.

Сплайсинг відіграв головну роль в еволюції. Екзони часто кодують окремі домени білків, які можна комбінувати між собою різними способами. Це означає, що велика різноманітність білків з абсолютно різними функціями може вироблятися всього за кілька екзонів. Цей процес називається переміщенням екзону.

Хвороби та недуги

Деякі спадкові захворювання можуть бути тісно пов'язані зі сплайсингом. Мутації в некодуючих інтронах зазвичай не призводять до помилок у формуванні білків. Однак якщо мутація відбувається в частині інтрону, що важливо для регуляції сплайсингу, це може призвести до помилкового сплайсингу пре-мРНК. Потім отримана зріла мРНК кодує несправні або, в гіршому випадку, шкідливі білки. Це стосується, наприклад, деяких видів бета-таласемії, спадкової анемії. Іншими представниками захворювань, що розвиваються таким чином, є, наприклад, синдром Елера-Данлоса (ЕЦП) II типу та м’язова атрофія хребта.