СПЛАЙСИНГ (ГЕНЕТИКА): ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ, ВИДЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Сплайсинг или процесс сплайсинг РНК, представляет собой явление , которое происходит в эукариотических организмах после транскрипции ДНК в РНК и включает в себя удаление интронов гена, подпорных экзоны. Считается важным для экспрессии генов.

Это происходит в результате ликвидации фосфодиэфирной связи между экзонами и интронами и последующего объединения связи между экзонами. Сплайсинг происходит во всех типах РНК, однако он более актуален в молекуле информационной РНК. Это также может происходить в молекулах ДНК и белков.

Источник: BCSteve, из Wikimedia Commons.

Может случиться так, что когда экзоны собраны, они претерпевают расположение или любые изменения. Это событие известно как альтернативный сплайсинг и имеет важные биологические последствия.

Из чего он состоит?

Ген - это последовательность ДНК, содержащая информацию, необходимую для выражения фенотипа. Концепция гена не ограничивается строго последовательностями ДНК, которые выражаются в виде белков.

Центральная «догма» биологии включает процесс транскрибирования ДНК в промежуточную молекулу, информационную РНК. Это, в свою очередь, переводится в белки с помощью рибосом.

Однако у эукариотических организмов эти длинные последовательности генов прерываются типом последовательности, который не является необходимым для рассматриваемого гена: интронами. Чтобы информационная РНК транслировалась эффективно, эти интроны должны быть удалены.

Сплайсинг РНК - это механизм, который включает различные химические реакции, используемые для удаления элементов, нарушающих последовательность определенного гена. Сохраняемые элементы называются экзонами.

Где это происходит?

Сплайсосома - это огромный белковый комплекс, который катализирует этапы сплайсинга. Он состоит из пяти типов малых ядерных РНК, называемых U1, U2, U4, U5 и U6, а также ряда белков.

Предполагается, что сплайсинг принимает участие в сворачивании пре-мРНК, чтобы правильно выровнять ее с двумя областями, где будет происходить процесс сплайсинга.

Этот комплекс способен распознавать консенсусную последовательность, которая есть у большинства интронов возле их 5 'и 3' концов. Следует отметить, что у Metazoans были обнаружены гены, которые не имеют этих последовательностей и используют другую группу малых ядерных РНК для своего распознавания.

Типы

В литературе термин «сплайсинг» обычно применяется к процессу, в котором участвует информационная РНК. Однако существуют другие процессы сплайсинга, которые происходят в других важных биомолекулах.

Белки также могут подвергаться сплайсингу, в этом случае из молекулы удаляется аминокислотная последовательность.

Удаленный фрагмент называется «интеин». Этот процесс происходит в организмах естественным образом. Молекулярная биология сумела создать различные методы, использующие этот принцип, которые включают манипуляции с белками.

Точно так же сплайсинг также происходит на уровне ДНК. Таким образом, две молекулы ДНК, которые ранее были разделены, могут быть соединены посредством ковалентных связей.

Типы сплайсинга РНК

С другой стороны, в зависимости от типа РНК существуют разные химические стратегии, с помощью которых ген может избавляться от интронов. В частности, сплайсинг пре-мРНК представляет собой сложный процесс, поскольку он включает серию шагов, катализируемых сплайсосомой. Химически процесс происходит за счет реакций переэтерификации.

У дрожжей, например, процесс начинается с расщепления 5'-области на сайте узнавания, «петля» интрон-экзон формируется через 2'-5'-фосфодиэфирную связь. Процесс продолжается с образованием щели в 3'-области и, наконец, происходит объединение двух экзонов.

Некоторые интроны, разрушающие ядерные и митохондриальные гены, могут быть сплайсированы без потребности в ферментах или энергии, а скорее посредством реакций переэтерификации. Это явление наблюдалось в организме Tetrahymena thermophila.

Напротив, большинство ядерных генов принадлежат к группе интронов, которым необходим механизм, чтобы катализировать процесс удаления.

Альтернативная сварка

Сообщалось, что у людей существует около 90 000 различных белков, и ранее считалось, что должно быть одинаковое количество генов.

С появлением новых технологий и проекта генома человека можно было сделать вывод, что у нас есть только около 25 000 генов. Так как же возможно, что у нас так много белка?

Экзоны не могут быть собраны в том же порядке, в котором они были транскрибированы в РНК, но они могут быть организованы путем создания новых комбинаций. Это явление известно как альтернативное сращивание. По этой причине один транскрибируемый ген может продуцировать более одного типа белка.

Это несоответствие между количеством белков и количеством генов было выяснено в 1978 году исследователем Гилбертом, оставив позади традиционную концепцию «для гена есть белок».

Источник: Национальный институт исследования генома человека (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), через Wikimedia Commons

Характеристики

По мнению Келемена и др. (2013), «одна из функций этого события заключается в увеличении разнообразия информационных РНК, в дополнение к регулированию отношений между белками, между белками и нуклеиновыми кислотами, а также между белками и мембранами».

По словам этих авторов, «альтернативный сплайсинг отвечает за регулирование расположения белков, их ферментативных свойств и их взаимодействия с лигандами». Это также было связано с процессами дифференцировки клеток и развития организмов.

В свете эволюции это представляется важным механизмом изменения, поскольку было обнаружено, что большая часть высших эукариотических организмов страдает от высоких событий альтернативного сплайсинга. Помимо того, что он играет важную роль в дифференциации видов и в эволюции генома.

Альтернативный сплайсинг и рак

Есть свидетельства того, что любая ошибка в этих процессах может привести к ненормальному функционированию клетки, что приведет к серьезным последствиям для человека. Среди этих потенциальных патологий выделяется рак.

По этой причине альтернативный сплайсинг был предложен в качестве нового биологического маркера этих аномальных состояний в клетках. Точно так же, если возможно полностью понять основы механизма возникновения болезни, можно предложить решения для них.

Ссылки

1. Берг, Дж. М., Страйер, Л., и Тимочко, Дж. Л. (2007). Биохимия. Я поменял направление.
2. Де Конти, Л., Баралле, М., и Буратти, Э. (2013). Определение экзонов и интронов при сплайсинге пре-мРНК. Междисциплинарные обзоры Wiley: РНК, 4 (1), 49–60.
3. Келемен, О., Конвертини, П., Чжан, З., Вэнь, Ю., Шен, М., Фалалеева, М., и Штамм, С. (2013). Функция альтернативной сварки. Джин, 514 (1), 1–30.
4. Ламонд А. (1993) Сплайсосома. Биологические исследования, 15 (9), 595-603.
5. Рой Б., Хаупт Л. М. и Гриффитс Л. Р. (2013). Обзор: Альтернативный сплайсинг (AS) генов как подход к созданию белковой сложности. Текущая геномика, 14 (3), 182–194.
6. Вила - Перелло, М., и Мьюир, Т.В. (2010). Биологические применения белкового сплайсинга. Ячейка, 143 (2), 191-200.
7. Лю, Дж., Чжан, Дж., Хуанг, Б., и Ван, X. (2015). Механизм альтернативного сплайсинга и его применение в диагностике и лечении лейкозов. Китайский журнал лабораторной медицины, 38 (11), 730–732.