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.

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.