Сплайсинг на РНК — процесът, който премахва интрони и съединява екзони
Сплайсинг на РНК: как сплайсозомите премахват интрони и съединяват екзони, формирайки функционална мРНК за правилно производство на протеини.
Сплитингът на РНК е етап от транскрипцията на гените. Месинджърната РНК (мРНК), която пренася кода от ДНК към протеините, се изгражда на два етапа. На първия етап всеки ген се транскрибира в пре-мРНК. След това екзоните в пре-мРНК се съединяват чрез сплайсинг, който се извършва в сплайсозомите. Това е необходимо, защото генът е разделен на кодиращи части, наречени екзони, и некодиращи части, наречени интрони. Екзоните се обединяват чрез сплайсинг.
В молекулярната биология сплайсингът е процес, при който се премахват интрони и се съединяват екзони. Така се получава крайната мРНК. След това тази месинджър РНК се използва за производството на правилен протеин чрез транслация.
Молекулен механизъм на сплайсинга
Сплайсингът се извършва от голям протеиново-РНКен комплекс, наречен сплайсозома. Тя се състои от няколко малки ядрени рибонуклеопротеинови частици (snRNPs), обозначени като U1, U2, U4, U5 и U6, и множество допълнителни протеини. Процесът включва две последователни трансестерификационни реакции: първо образуване на т.нар. „лагер“ (lariat) чрез атаката на аденин в местото на branch point, след което изключване на интрона и свързване на съседните екзони.
Ключови последователности в пре-мРНК указват къде трябва да се реже: консенсусни мотиви в 5'-края на интрона (обикновено започващи с GU), точка на аденин-полезност (branch point) и 3'-край на интрона (обикновено завършващи с AG). Разпознаването на тези сигнали от snRNPs и спомагателни фактори гарантира точност при свързване на екзоните.
Алтернативен сплайсинг и биологично значение
Не всички пре-мРНК се сплайсват по един и същи начин. Алтернативният сплайсинг позволява от един единствен ген да се образуват няколко различни mRNA и съответно различни протеинови варианти. Това увеличава разнообразието на протеомите при еукариотните организми и е особено важно за развитието и функционирането на нервната система и имунния отговор.
Най-често срещаните типове алтернативен сплайсинг включват:
- пропускане на екзон (exon skipping),
- взаимно изключващи се екзони (mutually exclusive exons),
- алтернативни 5' или 3' сплайсинг-сайтове,
- задържане на интрон (intron retention).
Регулация и влияние върху здравето
Сплайсингът се контролира от множество регулаторни протеини, като SR-протеините и hnRNPs, които разпознават стимулиращи или потискащи елементи в екзоните и интроните (ESE/ESS, ISE/ISS). Промени в тези фактори или в самите сплайс-сигнали могат да доведат до неправилно сплайсиране и заболявания. Примери за заболявания, свързани с дефекти в сплайсинга, са някои форми на β-таласемия, спинална мускулна атрофия и различни карциноми.
За терапевтични цели вече се използват или разработват технологии, които коригират сплайсинга — например анти-смислени олигонуклеотиди (ASO), насочени да променят разпознаването на сплайс-сайтове (един известен лекарствен пример е nusinersen за спинална мускулна атрофия).
Кога и къде се извършва сплайсингът
В еукариотните клетки сплайсингът обикновено се извършва в ядрото преди експортирането на зрелата мРНК в цитоплазмата. Често сплайсингът става ко-транскрипционно — тоест докато РНК полимеразата все още синтезира пре-мРНК, сплайсозомите вече формират и обработват новосинтезираните участъци.
Бележки и контекст
При прокариотите интроните и сложният сплайсинг са рядкост; те са характерни за еукариотните геноми, където интроните често са значително дълги и многочислени в сравнение с малките и компактни гени на бактерии и археи. Сплайсингът е един от основните механизми, които позволяват на ограничен брой гени да осигурят голямо функционално разнообразие на белтъците.
Кратко резюме: сплайсингът премахва интрони и съединява екзони, като крайната резултатна месинджър РНК се ползва за синтез на функционални протеини. Процесът е прецизно регулрием, има голямо значение за клетъчната функция и е мишена за нови терапии.
Опростена илюстрация на екзоните и интроните в пре-мРНК и образуването на зряла мРНК чрез сплайсинг. UTR са некодиращите части на екзоните в края на мРНК.
Алтернативно снаждане
В много случаи процесът на сплайсинг създава редица уникални протеини чрез промяна на състава на екзоните на една и съща месинджър РНК. Това явление се нарича алтернативен сплайсинг. Алтернативният сплайсинг може да се прояви по много начини. Екзоните могат да бъдат удължени или пропуснати, а интроните могат да бъдат запазени.
Еукариоти срещу прокариоти
Сплитингът се среща във всички царства или области на живота, но степента и видовете на сплайсинг могат да бъдат много различни в различните основни подразделения. Еукариотите сплитат много кодиращи белтъци месинджър РНК и някои некодиращи РНК. Прокариотите, от друга страна, се сплитат рядко. Друга важна разлика е, че при прокариотите напълно липсват сплайсозоми.
Откриване
Филип Шарп и Ричард Робъртс са удостоени с Нобелова награда за физиология или медицина за 1993 г. за откриването на интроните и процеса на сплайсинг.
През 1977 г. работата на лабораториите Шарп и Робъртс показва, че гените на висшите организми са "разделени" или се намират в няколко отделни сегмента по молекулата на ДНК.
Кодиращите области на гена са разделени от некодираща ДНК, която не участва в експресията на протеини. Некодиращите участъци, интроните, се изрязват от прекурсорите на мРНК в процес, наречен от Sharp "сплайсинг". Установено е, че структурата на разцепения ген е обща за повечето еукариотни гени.
Въпроси и отговори
Въпрос: Какво представлява РНК сплайсингът?
О: РНК сплайсингът е процес на отстраняване на интрони и присъединяване на екзони в пре-мРНК, за да се получи окончателна мРНК, използвана за производството на протеини.
В: Каква е целта на РНК сплайсинга?
О: Целта на РНК сплайсинга е да се премахнат некодиращи участъци, наречени интрони, и да се съединят кодиращи участъци, наречени екзони, за да се създаде окончателна мРНК, която може да се използва за производство на протеини.
В: Какво представлява месинджър РНК?
О: Месинджър РНК (мРНК) е вид РНК, която прехвърля генетичния код от ДНК към протеини.
В: Колко етапа има при изграждането на месинджър РНК?
О: Има два етапа в изграждането на месинджър РНК.
В: Какво се случва на първия етап от изграждането на месинджър РНК?
О: На първия етап от изграждането на месинджър РНК всеки ген се транслира в премРНК.
В: Какво представляват сплайсозомите?
О: Сплицозомите са клетъчни машини, които извършват сплайсинг на РНК, като премахват интрони и съединяват екзони в пре-мРНК.
В: Как се произвежда правилен протеин от месинджър РНК?
О: Правилният протеин се произвежда от месинджър РНК чрез процеса на транслация, при който генетичният код в мРНК се използва за сглобяване на аминокиселини в протеин.
обискирам