SAVIENOŠANA (ĢENĒTIKA): NO KĀ TĀ SASTĀV, VEIDI - BIOLOĢIJA - 2025

Splicing vai process splicing RNS, ir parādība, kas notiek eikariotu organismiem pēc atšifrējot DNS uz RNS un ietver izņemšanu introns no gēna, saglabājot exons. To uzskata par būtisku gēnu ekspresijā.

Tas notiek caur fosfodiestera saites izdalīšanos starp eksoniem un introniem un sekojošo saites veidošanos starp eksoniem. Savienošana notiek visu veidu RNS, tomēr tas ir vairāk būtisks RNS molekulā. Tas var rasties arī DNS un olbaltumvielu molekulās.

Avots: Autors BCSteve, no Wikimedia Commons

Var būt, ka, montējot eksonus, tie tiek izkārtoti vai mainīti. Šis notikums ir pazīstams kā alternatīva savienošana, un tai ir svarīgas bioloģiskās sekas.

No kā tas sastāv?

Gēns ir DNS sekvence ar informāciju, kas nepieciešama fenotipa izteikšanai. Gēna jēdziens nav stingri ierobežots ar DNS sekvencēm, kuras tiek izteiktas kā olbaltumvielas.

Bioloģijas centrālā "dogma" ir saistīta ar DNS transkripcijas procesu starpmolekulā, kurjeru RNS. Tas savukārt tiek pārveidots olbaltumvielās ar ribosomu palīdzību.

Tomēr eikariotu organismos šīs garās gēnu sekvences tiek pārtrauktas ar tāda veida sekvenci, kas attiecīgajam gēnam nav nepieciešama: intronus. Lai kurjera RNS varētu efektīvi tulkot, šie introni ir jānoņem.

RNS splicing ir mehānisms, kas ietver dažādas ķīmiskas reakcijas, kuras izmanto, lai noņemtu elementus, kas izjauc noteikta gēna secību. Elementus, kas tiek saglabāti, sauc par eksoniem.

Kur tas notiek?

Spliceozoma ir milzīgs olbaltumvielu komplekss, kas katalizē splicēšanas soļus. To veido piecu veidu mazu kodolu RNS, ko sauc par U1, U2, U4, U5 un U6, kā arī virkne olbaltumvielu.

Tiek spekulēts, ka splicēšana piedalās pre-mRNS salocīšanā, lai to pareizi izlīdzinātu ar diviem reģioniem, kur notiks splicēšanas process.

Šis komplekss spēj atpazīt vienprātības secību, kas lielākajai daļai intronu ir tuvu to 5 'un 3' galiem. Jāatzīmē, ka Metazoānos ir atrasti gēni, kuriem nav šo secību un kuru atpazīšanai izmanto citu mazu kodolu RNS grupu.

Veidi

Literatūrā terminu splicing parasti lieto procesam, kas ietver Messenger RNS. Tomēr pastāv dažādi splicēšanas procesi, kas notiek citās svarīgās biomolekulēs.

Olbaltumvielas var arī tikt savienotas, šajā gadījumā no molekulas tiek noņemta aminoskābju secība.

Izņemto fragmentu sauc par "intein". Šis process organismos notiek dabiski. Molekulārajai bioloģijai ir izdevies izveidot dažādas metodes, izmantojot šo principu, kas ietver manipulācijas ar olbaltumvielām.

Līdzīgi splicing notiek arī DNS līmenī. Tādējādi divas iepriekš atdalītas DNS molekulas var savienot ar kovalento saišu palīdzību.

RNS saīsināšanas veidi

No otras puses, atkarībā no RNS veida, pastāv dažādas ķīmiskās stratēģijas, kurās gēns var atbrīvoties no introniem. Īpaši pre-mRNS splicēšana ir sarežģīts process, jo tas ietver virkni darbību, kuras katalizē spliciceosoma. Ķīmiski process notiek ar pāresterifikācijas reakcijām.

Piemēram, raugā process sākas ar 5 'reģiona šķelšanos atpazīšanas vietā, intron-eksona "cilpa" tiek veidota caur 2'-5' fosfodiestera saiti. Process turpinās ar plaisas veidošanos 3 'reģionā, un visbeidzot notiek divu eksonu savienojums.

Dažu intronu, kas izjauc kodola un mitohondriju gēnus, var sašķelt, neizmantojot fermentus vai enerģiju, bet gan ar pāresterifikācijas reakcijām. Šī parādība tika novērota organismā Tetrahymena thermophila.

Turpretī lielākā daļa kodolgēnu pieder intronu grupai, kurai ir vajadzīgas iekārtas noņemšanas procesa katalizēšanai.

Alternatīva savienošana

Cilvēkiem ir ziņots, ka ir aptuveni 90 000 dažādu olbaltumvielu, un iepriekš tika uzskatīts, ka jābūt identiskam gēnu skaitam.

Ar jaunu tehnoloģiju ienākšanu un cilvēka genoma projektu varēja secināt, ka mums ir tikai aptuveni 25 000 gēnu. Tātad, kā tas ir iespējams, ka mums ir tik daudz olbaltumvielu?

Eksonus nedrīkst samontēt tādā pašā secībā, kādā tie tika transkribēti RNS, bet tos var sakārtot, izveidojot jaunas kombinācijas. Šī parādība ir pazīstama kā alternatīva savienošana. Šī iemesla dēļ viens transkribēts gēns var ražot vairāk nekā viena veida olbaltumvielas.

Šo neatbilstību starp olbaltumvielu un gēnu skaitu 1978. gadā noskaidroja pētnieks Gilberts, atstājot aiz sevis tradicionālo jēdzienu “jo gēnā ir proteīns”.

Avots: Autors: Nacionālais cilvēka genoma pētījumu institūts (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), izmantojot Wikimedia Commons

Iespējas

Kelemen et al. (2013) "viena no šī notikuma funkcijām ir palielināt kurjeru RNS daudzveidību, papildus regulējot attiecības starp olbaltumvielām, starp olbaltumvielām un nukleīnskābēm, kā arī starp olbaltumvielām un membrānām."

Pēc šo autoru domām, "alternatīva savienošana ir atbildīga par olbaltumvielu atrašanās vietas, to fermentatīvo īpašību un mijiedarbības ar ligandiem regulēšanu". Tas ir bijis saistīts arī ar šūnu diferenciācijas procesiem un organismu attīstību.

Ņemot vērā evolūciju, tas, šķiet, ir svarīgs pārmaiņu mehānisms, jo ir konstatēts, ka liels daudzums augstāku eikariotu organismu cieš no lieliem alternatīvas savienošanas gadījumiem. Papildus tam, ka tai ir svarīga loma sugu diferenciācijā un genoma attīstībā.

Alternatīva savienošana un vēzis

Ir pierādījumi, ka jebkura kļūda šajos procesos var izraisīt šūnas patoloģisku darbību, radot nopietnas sekas indivīdam. Starp šīm iespējamām patoloģijām izceļas vēzis.

Šī iemesla dēļ kā jauns bioloģiskais marķieris šiem patoloģiskajiem apstākļiem šūnās ir ierosināta alternatīva savienošana. Tāpat, ja var pilnībā izprast slimības rašanās mehānisma pamatus, tiem varētu piedāvāt risinājumus.

Atsauces

1. Bergs, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Bioķīmija. Es apgriezos.
2. De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, E. (2013). Eksonu un intronu definīcija pirms-mRNS splicēšanā. Vailija starpnozaru atsauksmes: RNS, 4 (1), 49–60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Alternatīvas savienošanas funkcija. Gēns, 514 (1), 1. – 30.
4. Lamonds, A. (1993). Bioesijas, 15 (9), 595–603.
5. Roy, B., Haupt, LM, & Griffiths, LR (2013). Pārskats: Alternatīva gēnu savienošana (AS) kā pieeja olbaltumvielu sarežģītības radīšanai. Pašreizējā genomika, 14 (3), 182–194.
6. Vila - Perelló, M., un Muir, TW (2010). Olbaltumvielu savienošanas bioloģiskie pielietojumi. Šūna, 143 (2), 191-200.
7. Liu, J., Zhang, J., Huang, B., & Wang, X. (2015). Alternatīvās savienošanas mehānisms un tā pielietojums leikēmijas diagnostikā un ārstēšanā. Ķīniešu laboratorijas medicīnas žurnāls, 38 (11), 730–732.