SPAJANJE (GENETIKA): OD ČEGA SE SASTOJI, VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

Spajanje ili postupak spajanje RNA, je fenomen koji se javlja u eukariotskim organizmima nakon transkripciju DNA u RNA, a uključuje uklanjanje introna iz gena, potpornih eksona. Smatra se bitnim u ekspresiji gena.

Nastaje događajima eliminacije fosfodiesterske veze između eksona i introna i naknadnim spajanjem veze između egzona. Spajanje se pojavljuje u svim vrstama RNA, no bitnije je u molekuli glasnika RNA. Može se pojaviti i u molekuli DNA i proteina.

Izvor: Autor BCSteve, iz Wikimedia Commons

Može se dogoditi da se pri sastavljanju egzona podvrgnu rasporedu ili bilo kojoj vrsti promjene. Ovaj je događaj poznat kao alternativno spajanje i ima važne biološke posljedice.

Od čega se sastoji?

Gen je DNK slijed s informacijama potrebnim za izražavanje fenotipa. Koncept gena nije strogo ograničen na DNK sekvence koje su izražene kao proteini.

Središnja "dogma" biologije uključuje proces prepisivanja DNK u posrednu molekulu, glasnik RNA. To se zauzvrat prevodi u proteine ​​uz pomoć ribosoma.

Međutim, u eukariotskim organizmima ove sekvence dugih gena prekidaju vrstom niza koji nije potreban za predmetni gen: introni. Kako bi se glasnik RNA mogao učinkovito prevesti, ovi introni se moraju ukloniti.

Spajanje RNA mehanizam je koji uključuje razne kemijske reakcije koje se koriste za uklanjanje elemenata koji remete slijed određenog gena. Elementi koji se čuvaju nazivaju se egzoni.

Gdje se to događa?

Spliceosom je ogroman proteinski kompleks koji katalizira korake spajanja. Sastoji se od pet vrsta malih nuklearnih RNA koje se nazivaju U1, U2, U4, U5 i U6, kao i niz proteina.

Nagađa se da spajanje sudjeluje u presavijanju pre-mRNA kako bi ga pravilno uskladilo s dvije regije u kojima će se dogoditi proces spajanja.

Ovaj kompleks može prepoznati konsenzusni slijed koji većina introna ima blizu svojih 5 'i 3' kraja. Treba napomenuti da su pronađeni geni u metazojama koji nemaju ove sekvence i koriste drugu skupinu malih nuklearnih RNA za njihovo prepoznavanje.

vrste

U literaturi se termin spajanje obično primjenjuje na postupak koji uključuje messenger RNA. Međutim, postoje različiti procesi spajanja koji se događaju u drugim važnim biomolekulama.

Proteini se također mogu podvrgnuti spajanju, u ovom slučaju to je niz aminokiselina koji se uklanja iz molekule.

Uklonjeni fragment naziva se "intein". Taj se proces prirodno odvija u organizmima. Molekularna biologija uspjela je stvoriti različite tehnike koristeći ovaj princip koji uključuju manipuliranje proteinima.

Slično tome, spajanje se događa i na razini DNK. Dvije molekule DNA koje su prethodno razdvojene mogu se spojiti kovalentnim vezama.

Vrste spajanja RNA

S druge strane, ovisno o vrsti RNA, postoje različite kemijske strategije u kojima se gen može riješiti introna. Posebno spajanje pre-mRNA je kompliciran proces, jer uključuje niz koraka kataliziranih spliceosomom. Kemijski se postupak odvija reakcijama transeterifikacije.

Na primjer, u kvascima postupak započinje cijepanjem 5 'područja na mjestu prepoznavanja, "petlja" intron-egzona nastaje kroz 2'-5' fosfodiestersku vezu. Proces se nastavlja formiranjem jaza u 3 'regiji i konačno se događa sjedinjenje dvaju egzona.

Neki od introna koji remete nuklearni i mitohondrijski gen mogu se spajati bez potrebe za enzimima ili energijom, radije putem reakcija transeterifikacije. Taj je fenomen uočen u organizmu termofila Tetrahymena.

Suprotno tome, većina nuklearnih gena pripada skupini introna kojima su potrebni strojevi za kataliziranje procesa uklanjanja.

Alternativno spajanje

Kod ljudi je objavljeno da postoji oko 90 000 različitih proteina i ranije se mislilo da mora postojati identičan broj gena.

Dolaskom novih tehnologija i projektom ljudskog genoma moglo se zaključiti da posjedujemo samo oko 25 000 gena. Pa kako je moguće da imamo toliko proteina?

Eksoni se ne mogu sastaviti istim redoslijedom kojim su prepisani u RNA, ali mogu se organizirati uspostavljanjem novih kombinacija. Ovaj je fenomen poznat i kao alternativno spajanje. Iz tog razloga jedan prepisani gen može proizvesti više od jedne vrste proteina.

Tu nesklad između broja proteina i broja gena razjasnio je 1978. godine istraživač Gilbert, ostavljajući iza sebe tradicionalni koncept "za gen postoji protein".

Izvor: Nacionalni institut za istraživanje ljudskog genoma (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), putem Wikimedia Commons

Značajke

Za Kelemen i sur. (2013) "jedna od funkcija ovog događaja je povećavanje raznolikosti glasnika RNA, osim reguliranja odnosa između proteina, između proteina i nukleinskih kiselina te između proteina i membrana."

Prema tim autorima, "alternativno spajanje odgovorno je za reguliranje lokacije proteina, njihovih enzimskih svojstava i njihove interakcije s ligandima". Također je bila povezana s procesima diferencijacije stanica i razvojem organizama.

U svjetlu evolucije, čini se da je važan mehanizam promjena, jer je utvrđeno da visoki udio viših eukariotskih organizama trpi velike događaje alternativnog spajanja. Pored toga što igra važnu ulogu u diferencijaciji vrsta i u evoluciji genoma.

Alternativno spajanje i rak

Postoje dokazi da svaka greška u tim procesima može dovesti do nepravilnog funkcioniranja stanice, što može stvoriti ozbiljne posljedice za pojedinca. Među tim potencijalnim patologijama ističe se rak.

Iz tog razloga, alternativno spajanje je predloženo kao novi biološki marker za ta nenormalna stanja u stanicama. Isto tako, ako je moguće u potpunosti razumjeti osnovu mehanizma pomoću kojeg se bolest javlja, mogla bi se predložiti rješenja za njih.

Reference

1. Berg, JM, Stryer, L., i Tymoczko, JL (2007). Biokemija. Preokrenuo sam se.
2. De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, E. (2013). Definicija egzona i introna u spajanju pre-mRNA. Wiley Interdisciplinarni osvrti: RNA, 4 (1), 49–60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Funkcija alternativnog spajanja. Gene, 514 (1), 1–30.
4. Lamond, A. (1993.) Spliceosom. Bioessays, 15 (9), 595-603.
5. Roy, B., Haupt, LM, & Griffiths, LR (2013). Pregled: Alternativno spajanje gena kao pristup generiranju složenosti proteina. Trenutna genomika, 14 (3), 182–194.
6. Vila - Perelló, M., i Muir, TW (2010). Biološka primjena proteina preslice. Cell, 143 (2), 191-200.
7. Liu, J., Zhang, J., Huang, B., & Wang, X. (2015). Mehanizam alternativnog spajanja i njegova primjena u dijagnostici i liječenju leukemije. Kineski časopis za laboratorijsku medicinu, 38 (11), 730–732.