Prejsť na obsah
Domov

Spájanie RNA (splicing): proces, intróny, exóny a spliceozóm

Spájanie RNA (splicing): prehľad procesu, funkcia intrónov a exónov, mechanizmus v spliceozóme a význam pre tvorbu mRNA a proteínov.

Autor: Vytvorené: Aktualizované:

Spájanie RNA je fáza transkripcie génov. Posolská RNA (mRNA), ktorá prenáša kód z DNA do proteínov, sa vytvára v dvoch fázach.

V prvej fáze sa každý gén prepisuje do pre-mRNA (tzv. prekurzorová alebo pre-messengerová RNA). Potom sa exóny v pre-mRNA spoja spájaním, ktoré sa uskutočňuje v spliceozómoch. Tento proces je teda súčasťou post-transkripčného spracovania transkriptu a vedie k vytvoreniu zrelého, translácií schopného transkriptu.

Je to potrebné, pretože gén u väčšiny eukaryotov nie je súvislý — je rozdelený na kódové časti nazývané exóny a nekódové časti nazývané intróny. Pri spájaní (splicingu) sú intróny odstránené a exóny spoje tak, aby vznikla súvislá sekvencia kódujúca proteín.

V molekulárnej biológii je splicing proces, pri ktorom sa odstraňujú introny a spájajú exóny. Tým vzniká konečná mRNA. Táto messengerová RNA sa potom používa na výrobu správneho proteínu pomocou translácie.

Galéria obrázkov

2 Obrázky
File:Intron_miguelferig.jpg
en.wikipedia.org · Public domain

Ako prebieha spájanie RNA

Spájanie prebieha vo viacerých krokoch, ktoré zabezpečujú presné rozpoznanie hraníc intrónov a exónov a následné chemické spojenie exónov:

  • Rozpoznanie splicovacích miest: intróny majú konzervované sekvencie pri hraniciach — typicky 5' koniec intrónu začína nukleotidmi GU a 3' koniec končí nukleotidmi AG. Medzi nimi sa nachádza vetvené miesto (branch point) s konzervovaným adenínom a polypyrimidínový úsek pred 3' koncom.
  • Montáž spliceozómu: spliceozóm je veľký ribonukleoproteínový komplex tvorený malými jadrovými ribonukleoproteínmi (snRNPs) U1, U2, U4, U5 a U6 a mnohými proteínmi pomocou ktorých sa presne umiestnia splicovacie miesta.
  • Dve transesterifikačné reakcie: najprv nukleofilný útok adenínového vetvového A na 5' splice site vytvorí lariat (lúčecek) intrónu; následne 3' OH na konci prvého exónu zaútočí na 3' splice site, čím dôjde k vzniku spojenia medzi exónmi a uvoľneniu intrónu vo forme lariat.
  • Disociácia a degradácia intrónu: po spájaní sa spliceozóm rozpadne a uvoľnený intrónový lariat sa obvykle debranší a degraduje v jadre.

Komponenty spliceozómu a signály

Spliceozóm je zložený z snRNA (malých jadrových RNA) spojených s proteínmi v snRNPs a z mnohých ďalších pomocných faktorov. Tieto zložky čítajú cis-regulačné signály v pre-mRNA (konzervované splice site sekvencie, enhancerové alebo silencerové elementy) a koordinujú presné odstránenie intrónov. Existujú dva základné typy intrónov podľa typu spliceozómu: väčšina intrónov sú tzv. U2-typ (major spliceozóm) a malé percento sú U12-typ (minor spliceozóm), ktoré majú odlišné konzervované sekvencie.

Ko-transkripčné spracovanie a ďalšie modifikácie

Splicing často prebieha ko-transkripčne, teda súčasne s transkrípciou DNA RNA polymerázou II. Pred alebo súčasne so spájaním sa k pre-mRNA pridáva 5' čiapka (5' cap) a neskôr sa na 3' koniec pridáva poly(A) chvost. Tieto kroky spolu zabezpečujú stabilitu, export z jadra a efektívnu transláciu mRNA do proteínu. Po spájaní sa na spojné miesta môže viazať aj Exon Junction Complex (EJC), ktorý má úlohu pri exporte transkriptu a pri kontrole kvality.

Alternatívne spájanie a jeho význam

Alternatívne spájanie (alternative splicing) umožňuje z jedného génu vznik viacerých rôznych izoforiem mRNA a tým aj rôznych proteínov. Typy alternatívneho spájania zahŕňajú preskakovanie exónov, výber alternatívnych 5' alebo 3' splice miest, vzájomne sa vylučujúce exóny alebo zadržiavanie intrónov. Regulátormi sú proteíny ako SR proteíny alebo hnRNPs, ktoré viažu regulačné sekvencie a modulujú použitie splicovacích miest.

Alternatívne spájanie výrazne zvyšuje proteómovú rozmanitosť organizmov a je kľúčové pri vývoji, diferencovaní tkanív a odpovedi na signály.

Poruchy spájania a klinický význam

Mutácie, ktoré narušia splicovacie miesta alebo regulačné elementy, môžu viesť k chybnému spájaniu a následnej tvorbe nefunkčných proteínov. Takéto chyby sú príčinou mnohých genetických chorôb (napr. určité formy beta-talasémie) a sú tiež často spojované s rakovinou či neurodegeneratívnymi ochoreniami. Moderné terapie zahŕňajú napríklad antisense oligonukleotidy, ktoré dokážu meniť spájanie konkrétnych transkriptov (príkladom je liečba spinálnej svalovej atrofie).

Zhrnutie

Spájanie RNA je nevyhnutný proces post-transkripčného spracovania, pri ktorom sa z pre-mRNA odstránia intróny a spoja exóny, aby vznikla zrelá messengerová RNA pripravená na transláciu. Kontrola a regulácia spájania umožňuje bunkám flexibilne tvoriť rôzne proteíny z jedného génu, pričom chyby v tomto procese môžu viesť k závažným ochoreniam.

Jednoduché znázornenie exónov a intronov v pre-mRNA a tvorba zrelej mRNA spájaním. UTR sú nekódujúce časti exónov na koncoch mRNA.
Jednoduché znázornenie exónov a intronov v pre-mRNA a tvorba zrelej mRNA spájaním. UTR sú nekódujúce časti exónov na koncoch mRNA.

Alternatívne spájanie

V mnohých prípadoch vzniká pri procese spájania celý rad jedinečných proteínov tým, že sa mení zloženie exónov tej istej posolovej RNA. Tento jav sa nazýva alternatívne spájanie. K alternatívnemu spájaniu môže dochádzať mnohými spôsobmi. Exóny sa môžu predĺžiť alebo vynechať, prípadne sa môžu zachovať intróny.

Eukaryoty vs prokaryoty

Spájanie sa vyskytuje vo všetkých ríšach alebo oblastiach života, avšak rozsah a typy spájania sa môžu medzi hlavnými divíziami veľmi líšiť. Eukaryotické organizmy spájajú mnohé proteín kódujúce posolové RNA a niektoré nekódujúce RNA. Na druhej strane prokaryoty spájanie vykonávajú len zriedkavo. Ďalším dôležitým rozdielom je, že prokaryotám úplne chýbajú spliceozómy.

Vyhľadávanie

Phillip Sharp a Richard Roberts získali v roku 1993 Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu za objav intronov a procesu spájania.

V roku 1977 práca Sharpovho a Robertsovho laboratória ukázala, že gény vyšších organizmov sú "rozdelené" alebo sa nachádzajú v niekoľkých odlišných segmentoch pozdĺž molekuly DNA.

Kódujúce oblasti génu sú oddelené nekódujúcou DNA, ktorá sa nepodieľa na expresii proteínov. Nekódujúce oblasti, introny, sa odstrihávajú od prekurzorov mRNA v procese, ktorý sa nazýva "splicing". Zistilo sa, že rozdelená štruktúra génu je spoločná pre väčšinu eukaryotických génov.

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to spájanie RNA?

Odpoveď: Spájanie RNA je proces odstraňovania intronov a spájania exónov v pre-mRNA s cieľom vytvoriť konečnú mRNA používanú na výrobu bielkovín.

Otázka: Aký je účel spájania RNA?

Odpoveď: Účelom spájania RNA je odstrániť nekódujúce úseky nazývané introny a spojiť kódujúce úseky nazývané exóny, aby sa vytvorila konečná mRNA, ktorá sa môže použiť na výrobu bielkovín.

Otázka: Čo je to messengerová RNA?

Odpoveď: Messenger RNA (mRNA) je typ RNA, ktorá prenáša genetický kód z DNA do proteínov.

Otázka: V koľkých štádiách prebieha tvorba messengerovej RNA?

Odpoveď: Pri budovaní messengerovej RNA existujú dve fázy.

Otázka: Čo sa deje v prvej fáze budovania messengerovej RNA?

Odpoveď: V prvom štádiu budovania messengerovej RNA sa každý gén prekladá do pre-mRNA.

Otázka: Čo sú to spliceozómy?

Odpoveď: Spliceozómy sú bunkové stroje, ktoré vykonávajú spájanie RNA odstraňovaním intronov a spájaním exónov v pre-mRNA.

Otázka: Ako sa z messengerovej RNA vytvára správny proteín?

Odpoveď: Správny proteín vzniká z posolovej RNA procesom translácie, pri ktorom sa genetický kód v mRNA používa na zostavenie aminokyselín do proteínu.

Súvisiace články

Autor

AlegsaOnline.com Spájanie RNA (splicing): proces, intróny, exóny a spliceozóm

URL: https://sk.alegsaonline.com/art/83203

Zdieľať

Zdroje