snRNP (pieni ydin-RNA): spliceosomit, snRNA ja vaihtoehtoinen pilkkominen
snRNP (pieni ydin‑RNA): miten snRNA ja spliceosomit ohjaavat vaihtoehtoista pilkkomista, tunnistavat intronien rajat ja luovat proteiinien monimuotoisuutta.
snRNP tarkoittaa pienitäydin-ribonukleoproteiinipartikkeleita (engl. small nuclear ribonucleoproteins). Ne muodostuvat proteiinien ja pienen ydin-RNA:n (snRNA, engl. small nuclear RNA) komplekseista ja ovat spliceosomien perusyksiköitä. Spliceosomit säätelevät vaihtoehtoista pilkkomista ja yleisesti pre-mRNA:n pilkkoutumista eksonien ja intronien välillä.
Mikä on snRNA ja mikä on snRNP?
snRNA on pieni, noin 100–300 nukleotidin pituinen RNA-molekyyli (usein ~150 nukleotidia), joka sitoutuu useisiin proteiineihin muodostaen snRNP-kompleksin. snRNA tunnistaa spesifisiä sekvenssejä intronien päissä ja haarautumiskohtia, ja yhdessä proteiinien kanssa se ohjaa pilkkoutumisreaktion tarkkaa paikkaa ja ajoitusta. SnRNAs toimivat sekä rakenteellisina että katalyyttisinä elementteinä spliceosomissa, eli niillä on ribosyymi-ominaisuuksia.
Spliceosomin rakenne ja toiminta
Spliceosomi kootaan vaiheittain useista snRNP:istä ja liitännäisistä säätelyproteiineista. Tavallisia snRNA-tyyppejä ovat niin sanotut U-snRNA:t: U1, U2, U4, U5 ja U6, jotka yhdessä muodostavat suurimman osan eukarootin pääspliceosomista. Näiden osien tehtäviä lyhyesti:
- U1 tunnistaa 5' splice site -alueen.
- U2 sitoutuu haarapisteen adeniiniin (branch point), mikä aktivoi splicing-prosessin.
- U4/U6 ja U5 liittyvät tri-snRNP:inä ja muodostavat katalyyttisen ympäristön, jossa introni poistetaan ja eksonit liitetään yhteen.
Useimpien intronien päissä on konsensussekvenssit, esimerkiksi niin sanottu GU–AG-tyyppi (5' päässä GU, 3' päässä AG) ja sisäinen haarapisteen A. SnRNP:t tunnistavat ja pariutuvat näihin sekvensseihin, ja snRNA:n emäsparitus on keskeinen spesifisyyden määrääjä.
Vaihtoehtoinen pilkkominen ja säätely
Vaihtoehtoinen pilkkominen (alternative splicing) tarkoittaa, että yhdestä geenistä voi muodostua useita erilaisten eksoniyhdistelmien kautta syntyviä lähetti-RNA:ita, jolloin proteiinimonimuotoisuus kasvaa ilman uusien geenien syntyä. Spliceosomit ja snRNP:t ohjaavat pilkkomisen yksityiskohtia, mutta lopullinen vaihtoehtoihin päätyminen riippuu myös monista säätelytekijöistä:
- SR-proteiinit (serine/arginine-rich) ja heterogeeniset nukleaariset ribonukleoproteiinit (hnRNP) vaikuttavat eksonien tunnistukseen ja snRNP-fofittiokseen.
- Kudostyyppikohtaiset tai kehitysvaiheen mukaiset tekijät muokkaavat splicing-valintaa.
Tämän seurauksena vaihtoehtoinen liittäminen voi tuottaa eri proteiineja, joilla on erilaiset toiminnot tai paikantuminen solussa. Vaihtelut splicingissä liittyvät myös moniin sairauksiin, jos splicing-sääntely häiriintyy.
SnRNP:n rakenne ja biogeneesi
SnRNP:t koostuvat snRNA:sta ja joukosta proteiineja, joista tunnettu ryhmä ovat Sm-proteiinit (esim. B/B', D1, D2, D3, E, F, G), jotka rakentavat ns. Sm-rengin snRNA:n ympärille. SnRNP-biogeneesi alkaa snRNA-transkriptiossa tumassa, jatkuu sytoplasmaan siirtyvällä proteiini- ja Sm-kokoonpanojen liitoksella (SMN-kompleksi on tässä välttämätön) ja päättyy snRNP:ien paluuseen tumaan, usein Cajal-elinten kautta tapahtuvassa kypsytyksessä. SnRNA:t kokevat kemiallisia modifikaatioita kuten 2'-O-metylaatiota ja pseudouridinylaatiota, jotka ovat tärkeitä niiden toiminnalle.
Vaihtoehtoiset spliceosomit ja poikkeukset
Lisäksi solussa on niin kutsuttu pieni (minor) spliceosomi, joka käsittelee harvinaisempia U12-tyypin introneja. Tämä spliceosomi käyttää eri snRNA-tyyppejä: U11, U12, U4atac, U6atac sekä U5 yhteisenä komponenttina.
Merkitys terveydelle ja taudeille
SnRNP- ja splicing-virheet liittyvät moniin sairauksiin. Esimerkkejä:
- Spinaalinen lihasatrofia (SMA) liittyy SMN1-geenin mutaatioon, mikä heikentää snRNP-assemblia ja vaikuttaa hermosolujen toimintaan.
- Autoimmuunitaudit, esimerkiksi systeeminen punahukka (SLE), sisältävät usein vasta-aineita snRNP-proteiineja vastaan (anti-Sm-vasta-aineet).
- Useat syövät ja perinnölliset sairaudet johtuvat vaihtoehtoisen pilkkomisen häiriöistä.
Historialliset havainnot
SnRNP:t tunnistivat Michael Lerner ja Joan Steitz, jotka osoittivat näiden kompleksien olemassaolon ja roolin RNA:n prosessoinnissa. Lisäksi Thomas Cech ja Sidney Altman osallistuivat löytäen, että RNA voi toimia katalysaattorina; tästä löydöstä heille myönnettiin Nobelin kemianpalkinto vuonna 1989. Nämä havainnot muuttivat käsityksen siitä, että vain proteiinit voivat olla entsyymejä, ja korostivat RNA:n aktiivista roolia solun biokemiassa.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on snRNP?
A: SnRNP (tai 'snurp') on pieni ydin-RNA-molekyyli, joka yhdistyy proteiinien kanssa muodostaakseen spliceosomeja.
K: Mitä vaihtoehtoinen liittäminen sisältää?
V: Vaihtoehtoiseen splikointiin kuuluu geenin osien uudelleenjärjestäminen, jotta samasta geenistä voidaan tuottaa erilaisia proteiineja. Tämä prosessi tuottaa vaihtoehtoisia sanansaattaja-RNA:ita, jotka sitten luovat erilaisia proteiineja.
K: Kuinka pitkä snRNA-osa on tyypillisesti?
V: Snurpin snRNA-komponentin pituus on yleensä noin 150 nukleotidia.
K: Mikä rooli snRNP:illä on solun kehityksessä?
V: SnRNP:t toimivat sekä entsyyminä (katalysaattorina) että rakentavat rakennetta, ja niillä on tärkeä rooli solun kehityksessä.
K: Kuka löysi snRNP:t?
V: Michael Lerner ja Joan Steitz löysivät snRNP:t ensimmäisinä, vaikka myös Thomas Cech ja Sidney Altman osallistuivat niiden löytämiseen, ja he saivat Nobelin kemianpalkinnon vuonna 1989 itsenäisistä havainnoistaan, joiden mukaan RNA voi toimia katalysaattorina solun kehityksessä.
K: Mitä ovat eksonit ja intronit?
V: Eksonit ovat geeneissä esiintyviä koodaavia osia, jotka koodaavat proteiineja, kun taas intronit ovat geeneissä eksonien välissä olevia ei-koodaavia osia.
K: Miten spliceosomit ohjaavat vaihtoehtoista splikointia?
V: Spliceosomit valvovat vaihtoehtoisen splikoinnin yksityiskohtia tunnistamalla intronien päissä ja haarautumiskohdissa olevia sekvenssejä käyttämällä erityisiä pieniä ydin-RNA:ita (snRNA).
Etsiä