RNA-splejsningstrin: Detaljeret analyse og fakta

Splejsning er processen med at omdanne hetero-nukleært RNA til messenger-RNA i det eukaryote centrale dogme.

RNA-splejsning er en mekanisme, hvor genetisk information ændres, mens den er i RNA-form under eukaryotisk genekspression. Processen kaldes post-transkriptionel behandling, dvs. den er en del af RNA-transskription fra genet.

En forklaring på transmissionen af ​​genetisk information inde i et biologisk system er kerneprincippet i molekylærbiologi. Selvom dette ikke er dens oprindelige betydning, er det nogle gange formuleret som "DNA producerer RNA, og RNA laver protein." Dette er kernemekanismen i det centrale dogme.

Forenklet betyder det konvertering af DNA(gen) til RNA til protein via transkription , oversættelse og forekommer i både prokaryoter og eukaryoter. Det RNA-splejsning trin diskuteres nedenfor.

RNA-splejsningsdefinition:

Med hensyn til molekylærbiologi, RNA splejsning er en af ​​de processer, der er involveret i at konvertere en mRNA-precursor til et modent mRNA. Dette gøres ved at fjerne intronerne eller de ikke-kodende gener i præ-mRNA eller hnRNA og kun forbinde de kodende gener eller exoner for at danne mRNA-kæden.

For gener kodet i kerne som i eukaryotersplejsning sker umiddelbart efter transskription og kaldes en post-transkriptionel proces.

RNA-splejsningsmekanisme:

Processen med splejsning sker i flere trin. RNA-splejsningstrinene er:

  • Step1: Dannelse og aktivering af forskellige spliceosomkomplekser
  • Step2: Finde start- og slutpunkterne for intronerne og fjerne dem
  • Step3: Sammenføjning af exonerne.
rna-splejsningstrin
En illustration, der viser RNA-splejsningstrin
Billede: Wikipedia

Dannelse af spliceosomet og spliceosomplaceringen af ​​intronerne og afskæring af dem sker samtidigt i det samme trin, efterfulgt af sammenføjningen af ​​exonerne.

DANNELSE AF SPLICEOSOME:

Splejsning i hnRNA initieres af spliceosomet, et stort RNA-proteinkompleks, der består af fem små nukleare ribonukleoproteiner (snRNP'er). Spliceosomet samles og aktiveres under transkriptionen af ​​hnRNA'et. SnRNPs' RNA-komponenter interagerer med intronen og spiller en rolle i katalyse. Der er to slags spliceosomer (større og mindre), der indeholder forskellige snRNP'er.

I denne proces produceres 2 typer spliceosomer - den større spliceosom og mindre spliceosom. Disse to typer spliceosomer har tydeligt forskellige funktioner.

ANERKENDELSE AF INTRON-STEDERNE:

Større splejsosom:

Major splejseosomet splejser introner med G(Guanin)U(Uracil)-sekvensen ved 5'-splejsningsstedet og A(Adenin)G(Guanin)-sekvensen ved 3'-splejsningsstedet. Det er aktivt i kernen og består af de 6 snRNPs-U1, U2, U4, U5 og U6. Spliceosomdannelse kræver også flere proteiner, herunder U2 lille nuklear RNA hjælpefaktor 1 (U2AF35), U2AF2 (U2AF65) og SF1 (splejsningsfaktor 1). Under processen med RNA-splejsning produceres flere komplekser med forskellige funktioner af spliceosomet, herunder:

Intron miguelferig 1
Billede, der viser intronsekvensen mellem exonerne
Billede: Wikipedia

Kompleks E:

  • U1 snRNP går og binder til GU-sekvensen i en introns 5'-splejsningssted
  • Splejsningsfaktor1(SF1) binder til den samme introns forgreningspunktsekvens;
  • U2AF1 binder til splejsningsstedet på 3'-enden af ​​intronen;
  •  U2AF2 går til at binde sig til polypyrimidinkanalen;

Kompleks A (præ-spliceosomkompleks)

  • U2 snRNP'et binder til forgreningspunktsekvensen og fortrænger splejsningsfaktor 1, hvilket forårsager at ATP hydrolyseres.

Kompleks B

  • Tre snRNPs-U5, U4 og U6 binder sammen for at danne et trimerisk kompleks, hvor U5 snRNP binder til exoner på 5′-stedet, mens U6 binder til U2.

Kompleks B*:

  • U1 snRNP-komplekset frigives. Efter positionerne af U5 skifter fra exon til intron, går U6 og binder sig til 5′ splejsningsstedet, der tidligere var optaget af U5.

Kompleks C (katalytisk spliceosom):

  • U4 snRNP frigives. Samtidig katalyserer U6/U2 transesterificering (udskiftning af den organiske gruppe R"-gruppe i et estermolekyle med den organiske gruppe R'-gruppe i et alkoholmolekyle).
  • 5′-enden af ​​intronen går rundt for at ligere til Adenin på sig selv og danner et lariat; U5 binder exonet på 3'-splejsningsstedet, og 5'-stedet spaltes og danner lariat; og U5 binder exon på 3'-splejsningsstedet, hvilket får lariat til at dannes.

Kanonisk splejsning, også kendt som lariat rute, er den mest almindelige form for splejsning, der forekommer i naturen. Det tegner sig for mere end 99% af al splejsning, der forekommer i alle RNA-varianter.

Når sekvenserne, der flankerer på siderne af intronen, ikke overholder GU-AG (GuanineUracil-GuanineAdenine) reglen, omtales det som ikke-kanonisk splejsning.

Mindre splejsosom
Billede, der sammenligner splejsning mellem større og mindre splejsosom
Billede: Wikipedia

Mindre splejsosom:

Funktionen af ​​det mindre splejseosom er ret lig funktionen af ​​det store splejsosom, men det splejser ualmindelige introner med forskellige splejsningsstedsekvenser. Mens U5 snRNP er ens i både de mindre og større spliceosomer, har det mindre spliceosom distinkte, men funktionelt analoge snRNP'er for U1, U2, U4 og U6, kendt som henholdsvis U11, U12, U4atac og U6atac.

SAMLING AF EXONERNE:

Dette involverer kompleks C*, som er et post-spliceosomalt kompleks. Det sidste trin af splejsning udgør spaltningen af ​​3'-stedet og litigation af exonerne ved hjælp af ATP-hydrolyse, mens U2/U5/U6 forbliver knyttet til lariatet. Det splejset RNA, lariat og snRNP'erne frigives alle og destrueres før de genbruges.

Og derfor får vi mRNA fri for introner og kun udgørende af kodende introner, der er lukket og hale i henholdsvis 5' og 3' enderne.

Hvad sker der ved RNA-splejsning?

Det første RNA, der transskriberes fra et gens DNA-skabelon, skal behandles, før det bliver et modent messenger-RNA (mRNA), der kan kontrollere proteinsyntesen i de fleste eukaryote gener (og nogle prokaryote gener).

De fleste eukaryote gener (og nogle prokaryote gener også) kræver bearbejdning, før pre-messenger-RNA'et omdannes til et modent messenger-RNA (mRNA), der faktisk kan bruges til at syntetisere protein.

1920px Spliceosom kuglecyklus ny2
Illustration af spliceosomcyklussen
Billede: Wikipedia

Behandlingen af ​​hnRNA til modent mRNA kræver 3 trin i alt:

  • Tilsætning af 7-methylguanosin i 5'-enden
  • Trimning af 3'-enden og tilføjelse af 200 "A" nukleotid hale af et enzym kaldet Poly A Polymerase.
  • Splejsning af intronerne.

Så vi ser, at splejsning kun er et af trinene i post-transkriptionel behandling af RNA.

Hvordan fungerer RNA-splejsning?

Splejsningens biokemiske mekanisme er blevet undersøgt i en række forskellige situationer og er nu ret godt beskrevet.

Introner elimineres fra hovedtranskriptioner ved spaltning ved splejsningssteder, som er konserverede sekvenser. Introns har disse placeringer i 5'- og 3"- enderne. RNA-sekvensen deleterede mest typisk starter med dinukleotidet GU i 5'-enden og slutter med AG i 3'-enden.

Selv hvis et enkelt nukleotid ændres, kan det hæmme hele splejsningsprocessen; derfor er det vigtigt at bevare konsensus-nukleotidsekvensen. En anden væsentlig region forekommer ved forgreningspunktet, som kan findes hvor som helst imellem 18 og 40 nukleotider opstrøms fra en introns 3'-ende. Adeninen ved forgreningspunktet er altid til stede, mens resten af ​​sekvensen er ret svagt bevaret.

Splejsning udføres i adskillige faser, hvor små nukleare ribonukleoproteiner fungerer som katalysatorer (snRNP'er, almindeligvis kaldet "snurper").

Læs også: