RNA-splisointi: intronien poisto ja eksonien liittäminen
RNA-splisointi selitetty: miten spliceosomit poistavat intronit ja liittävät eksonit pre-mRNA:sta lopulliseksi mRNA:ksi — keskeinen askel proteiinisynteesissä.
RNA:n liittäminen on yksi geenin transkription vaihe. Sanansaattaja-RNA (mRNA), joka siirtää koodin DNA:sta proteiineihin, rakentuu kahdessa vaiheessa.
Ensimmäisessä vaiheessa kukin geeni käännetään pre-mRNA:ksi. Sitten pre-mRNA:n eksonit yhdistetään splikoimalla, mikä tapahtuu spliceosomeissa.
Tämä on tarpeen, koska geeni on jaettu koodaaviin osiin, joita kutsutaan eksoneiksi, ja ei-koodaaviin osiksi, joita kutsutaan introneiksi. Eksonit yhdistetään splikoimalla.
Molekyylibiologiassa liittäminen on siis prosessi, jossa intronit poistetaan ja eksonit yhdistetään. Näin syntyy lopullinen mRNA. Tätä lähetti-rna:ta käytetään sitten oikean proteiinin tuottamiseen translaation avulla.
Miten splisointi tapahtuu
Splisosome on suuri nukleoproteiinikompleksi, joka katalysoi pre-mRNA:n liittämisen. Se koostuu pienistä snRNP-yksiköistä (small nuclear ribonucleoproteins), joiden RNA-osat ja proteiinit tunnistavat splisointisignaalit. Tärkeimpiä snRNP-komponentteja ovat U1, U2, U4/U6 ja U5.
Splisoinnin mekanismi käsittää kaksi perättäistä transesterifikaatioreaktiota:
- Ensimmäisessä vaiheessa 2'-hydroksyyliryhmä oksydeetistä (branch point A) hyökkää 5' splice -kohtaan, jolloin introni muodostaa rengasmaiseksi rakenteeksi (lariat).
- Toisessa vaiheessa vapaan 3'-hydroksyyli-ryhmän hyökkäys 3' splice -kohtaan liittää eksonit toisiinsa ja vapauttaa intronin lariattina.
Splisointisignaalit ja säätely
Splisointi perustuu tunnistettuihin sekvensseihin pre-mRNA:ssa. Tyypillisiä elementtejä ovat:
- 5' splice -kohta (yleisesti GU-alku)
- branch point -adeniini (A), jonka ympärillä on konsensussekvenssi
- 3' splice -kohta (yleisesti AG)
Lisäksi cis‑elementit (kuten ESE, ESS, ISE, ISS — eksoni- ja introni‑splisointien tehostajat tai vaimentajat) ja trans‑tekijät (esimerkiksi SR-proteiinit ja hnRNP-perheen jäsenet) säätelevät, mitkä liitytään ja miten tehokkaasti. Näiden säätelijöiden vaikutus määrää pre-mRNA:n vaihtoehtoisen splisoinnin ja näin myös solun proteiinikirjon monimuotoisuuden.
Vaihtoehtoinen splisointi
Vaihtoehtoinen splisointi (alternative splicing) on prosessi, jossa yhdestä geenistä syntyy useita eri mRNA‑muotoja valitsemalla eri eksonien yhdistelmiä. Tyypillisiä vaihtoehtoisen splisoinnin muotoja ovat:
- eksonin ohittaminen (exon skipping)
- vaihtoehtoiset 5' tai 3' liitoskohdat
- vastavuoroisesti eksklusiiviset eksonit (mutually exclusive exons)
- intronin retentio (intron retention)
Erityyppiset intronit ja itsesplisointi
Suurin osa splisoinnista tapahtuu spliceosomissa eukaryooteissa. On kuitenkin myös itsesplisoivia introneita (esim. ryhmä I ja ryhmä II -introneissa), jotka voivat katkaista itsensä ilman spliceosomia. Lisäksi prokaryooteilla introneja on hyvin vähän tai ei lainkaan, ja niiden geenirakenne eroaa eukaryooteista.
Biologinen merkitys ja sairaudet
Oikea splisointi on välttämätöntä toimivien proteiinien tuottamiseksi. Virheet splisoinnissa voivat johtaa proteiinien virheelliseen rakenteeseen tai hapen menetykseen, mikä liittyy moniin sairauksiin, kuten joidenkin perinnöllisten tautien (esim. tietyt beetatalassemian muodot) ja syövän muotojen patogeneesiin. Esimerkkejä vaikutuksista ovat vääristyneet tai vaimentuneet proteiinit sekä epänormaali geeniekspressio.
Työkalut ja tutkimus
Splisoinnin tutkimuksessa käytetään mm. RT‑PCR:ää, RNA-sekvensointia (RNA-seq) ja mutaatiotutkimuksia, joilla kartoitetaan splicaustapahtumia ja niiden säätelyä. Nykyaikaiset genomitutkimusmenetelmät ovat paljastaneet laajan vaihtoehtoisen splisoinnin roolin solubiologiassa ja sairaussignaaleissa.
Yhteenvetona: RNA‑splisointi on keskeinen vaihe eukaryoottigeenien ilmentymisessä: intronit poistetaan ja eksonit liitetään yhteen spliceosomien ohjaamina, ja tätä prosessia säätelevät sekä sekvenssipiirteet että proteiinisäätelijät. Vaihtoehtoinen splisointi lisää proteiinimonimuotoisuutta mutta myös altistaa virheille, joilla voi olla terveydellisiä seurauksia.
Yksinkertainen kuva pre-mRNA:n eksoneista ja introneista sekä kypsän mRNA:n muodostumisesta splikoimalla. UTR:t ovat eksonien koodaamattomia osia mRNA:n päissä.
Vaihtoehtoinen liittäminen
Monissa tapauksissa spleikkausprosessi luo erilaisia ainutlaatuisia proteiineja vaihtelemalla saman lähetti-rna:n eksonikoostumusta. Tätä ilmiötä kutsutaan vaihtoehtoiseksi liitokseksi. Vaihtoehtoinen splikointi voi tapahtua monella tavalla. Eksoneja voidaan pidentää tai ohittaa tai introneja voidaan säilyttää.
Eukaryootit vs. prokaryootit
Splikointia esiintyy kaikissa elämän valtakunnissa tai alueilla, mutta sen laajuus ja tyypit voivat kuitenkin vaihdella suuresti eri valtakuntien välillä. Eukaryootit pilkkovat monia proteiineja koodaavia lähetti- RNA:ita ja joitakin ei-koodaavia RNA:ita. Prokaryootit sen sijaan pilkkovat harvoin. Toinen tärkeä ero on se, että prokaryooteilta puuttuvat kokonaan spliceosomit.
Discovery
Phillip Sharp ja Richard Roberts saivat vuonna 1993 fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinnon intronien ja yhdysrakenteiden yhdistämisprosessin löytämisestä.
Vuonna 1977 Sharpin ja Robertsin laboratorioiden työ osoitti, että korkeampien organismien geenit ovat "jakautuneet" eli ne ovat useissa eri osissa DNA-molekyyliä.
Geenin koodaavien alueiden välissä on ei-koodaavaa DNA:ta, joka ei osallistu proteiinin ilmentymiseen. Ei-koodaavat alueet, intronit, leikataan mRNA:n esiasteesta prosessissa, jota kutsutaan terävästi "liittämiseksi". Jakautuneen geenirakenteen todettiin olevan yhteinen useimmille eukaryoottigeeneille.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on RNA:n liittäminen?
V: RNA:n splikointi on prosessi, jossa intronit poistetaan ja eksonit yhdistetään pre-mRNA:ssa lopullisen mRNA:n tuottamiseksi, jota käytetään proteiinien tuotantoon.
K: Mikä on RNA:n splikoinnin tarkoitus?
V: RNA:n splikoinnin tarkoituksena on poistaa introneiksi kutsuttuja koodaamattomia osia ja yhdistää eksoneiksi kutsuttuja koodaavia osia lopullisen mRNA:n luomiseksi, jota voidaan käyttää proteiinien tuotantoon.
K: Mikä on sanansaattaja-RNA?
V: Messenger RNA (mRNA) on eräänlainen RNA, joka siirtää geneettisen koodin DNA:lta proteiineille.
K: Kuinka monta vaihetta lähetin-RNA:n rakentamisessa on?
V: Lähetti-RNA:n rakentamisessa on kaksi vaihetta.
K: Mitä tapahtuu lähetti- RNA:n rakentumisen ensimmäisessä vaiheessa?
V: Lähetti-RNA:n rakentamisen ensimmäisessä vaiheessa jokainen geeni käännetään pre-mRNA:ksi.
K: Mitä ovat spliceosomit?
V: Spliceosomit ovat solun koneita, jotka suorittavat RNA:n splikointia poistamalla introneja ja yhdistämällä eksoneja pre-mRNA:ssa.
K: Miten lähetin-RNA:sta tuotetaan oikea proteiini?
V: Oikea proteiini tuotetaan sanansaattaja-RNA:sta translaatioprosessilla, jossa mRNA:ssa olevan geneettisen koodin avulla aminohapot kootaan proteiiniksi.
Etsiä