СПЛАЙСИНГ (ГЕНЕТИКА): З ЧОГО СКЛАДАЄТЬСЯ, ТИПИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Сплайсинг або процес сплайсинг РНК, являє собою явище , яке відбувається в еукаріотичних організмах після транскрипції ДНК в РНК і включає в себе видалення інтронів гена, підпірних Екзони. Вважається важливим при експресії генів.

Це відбувається через події елімінації фосфодіефірної зв’язки між екзонами та інтронами та подальшим об'єднанням зв’язків між екзонами. Сплайсинг відбувається у всіх типах РНК, однак він більш доречний у молекулі РНК-месенджера. Він також може виникати в молекулах ДНК і білка.

Джерело: За BCSteve, з Wikimedia Commons

Можливо, коли збираються екзони, вони зазнають домовленостей або будь-якого типу змін. Ця подія відома як альтернативне сплайсинг і має важливі біологічні наслідки.

З чого він складається?

Ген - це послідовність ДНК з інформацією, необхідною для експресії фенотипу. Поняття гена не суворо обмежується послідовностями ДНК, які експресуються білками.

Центральна «догма» біології передбачає процес транскрипції ДНК в проміжну молекулу, месенджер РНК. Це в свою чергу переводиться на білки за допомогою рибосом.

Однак в еукаріотичних організмах ці довгі послідовності генів перериваються типом послідовності, яка не потрібна гену, про який йде мова: інтрони. Для того, щоб РНК месенджера був ефективно переведений, ці інтрони необхідно видалити.

Спланування РНК - це механізм, який передбачає різні хімічні реакції, що використовуються для видалення елементів, які порушують послідовність певного гена. Елементи, які зберігаються, називаються екзонами.

Де це відбувається?

Сплайсосома - це величезний білковий комплекс, який каталізує етапи сплайсингу. Він складається з п'яти типів малих ядерних РНК під назвою U1, U2, U4, U5 і U6, а також із ряду білків.

Припускається, що сплайсинг бере участь у складенні пре-мРНК, щоб правильно вирівняти його з двома областями, де буде відбуватися процес сплайсингу.

Цей комплекс здатний розпізнавати консенсусну послідовність, яку має більшість інтронів біля своїх 5 'та 3' кінців. Слід зазначити, що гени були знайдені в метазоях, які не мають цих послідовностей, і використовують іншу групу малих ядерних РНК для їх розпізнавання.

Типи

У літературі термін сплайсинг зазвичай застосовується до процесу, що включає месенджерну РНК. Однак існують різні процеси сплайсингу, які відбуваються в інших важливих біомолекул.

Білки можуть також зазнавати сплайсингу, в цьому випадку це амінокислотна послідовність, яка виводиться з молекули.

Вилучений фрагмент називається "intein". Цей процес відбувається природним шляхом в організмах. Молекулярна біологія зуміла створити різні методи, використовуючи цей принцип, які передбачають маніпулювання білками.

Аналогічно сплайсинг також відбувається на рівні ДНК. Таким чином, дві молекули ДНК, які раніше були розділені, здатні з'єднуватися за допомогою ковалентних зв'язків.

Типи сплайсингу РНК

З іншого боку, залежно від типу РНК, існують різні хімічні стратегії, за допомогою яких ген може позбутися інтронів. Особливо сплайсинг пре-мРНК є складним процесом, оскільки він включає низку етапів, каталізованих сплайкосомою. Хімічно процес відбувається за рахунок реакцій переетерифікації.

Наприклад, у дріжджах процес починається з розщеплення 5 'області на місці розпізнавання, "петля" інтрон-екзону утворюється через зв'язок фосфодіестера 2'-5'. Процес триває з утворенням розриву в 3 'області і нарешті відбувається об'єднання двох екзонів.

Деякі з інтронів, які руйнують ядерні та мітохондріальні гени, можуть бути сплайсовані без потреби в ферментах або енергії, а скоріше через реакції переетерифікації. Це явище спостерігалося в організмі тетрафімена термофіла.

Навпаки, більшість ядерних генів належать до групи інтронів, яким потрібна техніка для каталізації процесу видалення.

Альтернативно сплайсинг

У людей повідомлялося, що існує близько 90 000 різних білків, і раніше вважалося, що має бути однакова кількість генів.

З появою нових технологій та проекту геному людини можна було зробити висновок, що ми маємо лише близько 25 000 генів. То як можливо, що у нас так багато білка?

Екзони можуть бути зібрані не в тому порядку, в якому вони були переписані в РНК, але вони можуть бути впорядковані шляхом встановлення нових комбінацій. Це явище відоме як альтернативне сплайсинг. З цієї причини один транскрибований ген може виробляти більше одного типу білка.

Цю невідповідність між кількістю білків та кількістю генів з'ясував у 1978 році дослідник Гілберт, залишивши позаду традиційне поняття "для гена є білок".

Джерело: Національний науково-дослідний інститут геному людини (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), через Wikimedia Commons

Особливості

Для Kelemen et al. (2013) "однією з функцій цієї події є збільшення різноманітності месенджерних РНК, крім регулювання взаємозв'язків між білками, між білками та нуклеїновими кислотами та між білками та мембранами".

На думку цих авторів, "альтернативне сплайсинг відповідає за регулювання розташування білків, їх ферментативних властивостей та їх взаємодії з лігандами". Це також було пов'язане з процесами диференціації клітин та розвитку організмів.

Зважаючи на еволюцію, це представляється важливим механізмом змін, оскільки, як виявлено, висока частка вищих еукаріотичних організмів зазнає великих подій альтернативного сплайсингу. Крім того, що відіграє важливу роль у диференціації видів і в еволюції геному.

Альтернативні сплайсинг і рак

Є дані про те, що будь-яка помилка в цих процесах може призвести до порушення роботи клітини, що спричинить серйозні наслідки для людини. Серед цих потенційних патологій виділяється рак.

З цієї причини було запропоновано альтернативне сплайсинг як новий біологічний маркер цих аномальних умов у клітинах. Так само, якщо можливо повністю зрозуміти основу механізму, за яким виникає захворювання, можна запропонувати їх рішення.

Список літератури

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Біохімія. Я перевернувся.
2. De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, E. (2013). Визначення екзона та інтрону при сплайсінгу до мРНК. Міддисциплінарні огляди Вілі: РНК, 4 (1), 49–60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Функція альтернативного сплайсингу. Гена, 514 (1), 1–30.
4. Lamond, A. (1993). Біоаналізи, 15 (9), 595-603.
5. Roy, B., Haupt, LM, & Griffiths, LR (2013). Огляд: Альтернативне сплайсинг (AS) генів як підхід до генерування складності білка. Поточна геноміка, 14 (3), 182–194.
6. Vila - Perelló, M., & Muir, TW (2010). Біологічне застосування сплаювання білків. Сот., 143 (2), 191-200.
7. Лю, Дж., Чжан, Дж., Хуанг, Б., І Ванг, X. (2015). Механізм альтернативного сплайсингу та його застосування в діагностиці та лікуванні лейкемії. Китайський журнал лабораторної медицини, 38 (11), 730–732.