- Z čoho pozostáva?
- Kde sa to stane?
- druhy
- Typy zostrihu RNA
- Alternatívne zostrihovanie
- Vlastnosti
- Alternatívne zostrihanie a rakovina
- Referencie
Zostrih alebo proces zostrihu RNA, je jav, ktorý sa vyskytuje v eukaryotických organizmoch po transkripciu DNA na RNA, a spočíva v odstránení IntronA génu, oporné exóny. V génovej expresii sa považuje za nevyhnutný.
Vyskytuje sa prostredníctvom udalostí eliminácie fosfodiesterovej väzby medzi exónmi a intrónmi a následným spojením väzby medzi exónmi. K zostrihu dochádza vo všetkých typoch RNA, je však relevantnejší v molekule messenger RNA. Môže sa vyskytovať aj v molekulách DNA a proteínov.
Zdroj: Autor: BCSteve, z Wikimedia Commons
Môže sa stať, že pri montáži exónov dôjde k úprave alebo k akejkoľvek zmene. Táto udalosť je známa ako alternatívne spájanie a má dôležité biologické následky.
Z čoho pozostáva?
Gén je sekvencia DNA s informáciami potrebnými na expresiu fenotypu. Pojem gén nie je striktne obmedzený na sekvencie DNA, ktoré sú exprimované ako proteíny.
Centrálna „dogma“ biológie spočíva v procese transkripcie DNA na medziproduktovú molekulu, messenger RNA. To sa zase prevádza na proteíny pomocou ribozómov.
V eukaryotických organizmoch sú však tieto dlhé génové sekvencie prerušené typom sekvencie, ktorá nie je pre daný gén nevyhnutná: intrónmi. Na efektívnu transláciu messengerovej RNA je potrebné tieto intróny odstrániť.
Zostrih RNA je mechanizmus, ktorý zahŕňa rôzne chemické reakcie používané na odstránenie prvkov, ktoré narušujú sekvenciu určitého génu. Zachované prvky sa nazývajú exóny.
Kde sa to stane?
Spliceozóm je obrovský proteínový komplex, ktorý katalyzuje zostrihové kroky. Pozostáva z piatich typov malých jadrových RNA nazývaných U1, U2, U4, U5 a U6, ako aj zo série proteínov.
Predpokladá sa, že zostrih sa zúčastňuje na skladaní pre-mRNA, aby ho správne zarovnal s dvoma oblasťami, v ktorých nastane proces zostrihu.
Tento komplex je schopný rozoznať konsenzuálnu sekvenciu, ktorú má väčšina intrónov blízko svojich 5 'a 3' koncov. Malo by sa poznamenať, že u Metazoanov sa našli gény, ktoré tieto sekvencie nemajú, a na rozpoznanie používajú inú skupinu malých jadrových RNA.
druhy
V literatúre sa termín zostrih zvyčajne používa na proces, ktorý zahŕňa messenger RNA. V iných dôležitých biomolekulách sa však vyskytujú rôzne procesy spájania.
Proteíny môžu tiež zostrihnúť, v tomto prípade je to aminokyselinová sekvencia, ktorá je z molekuly odstránená.
Odstránený fragment sa nazýva „intein“. Tento proces sa prirodzene vyskytuje v organizmoch. Molekulárna biológia dokázala pomocou tohto princípu vytvoriť rôzne techniky, ktoré zahŕňajú manipuláciu s proteínmi.
Podobne dochádza k zostrihu aj na úrovni DNA. Dve molekuly DNA, ktoré boli predtým separované, sa teda dajú spojiť pomocou kovalentných väzieb.
Typy zostrihu RNA
Na druhej strane, v závislosti od typu RNA, existujú rôzne chemické stratégie, pri ktorých sa gén môže zbaviť intrónov. Zvlášť zostrih pre-mRNA je komplikovaný proces, pretože zahrnuje rad krokov katalyzovaných spliceozómom. Chemicky sa tento proces uskutočňuje transesterifikačnými reakciami.
Napríklad v kvasinkách proces začína štiepením 5 'oblasti v rozpoznávacom mieste, „slučka“ intrón-exón je vytvorená prostredníctvom 2'-5' fosfodiesterovej väzby. Proces pokračuje vytváraním medzery v 3 'oblasti a nakoniec dochádza k spojeniu oboch exónov.
Niektoré intróny, ktoré narušujú jadrové a mitochondriálne gény, sa môžu zostrihnúť bez potreby enzýmov alebo energie, ale skôr transesterifikačnými reakciami. Tento jav sa pozoroval v organizme thermophila Tetrahymena.
Naopak, väčšina jadrových génov patrí do skupiny intrónov, ktoré potrebujú mechanizmy na katalyzovanie procesu odstránenia.
Alternatívne zostrihovanie
U ľudí sa uvádza, že existuje asi 90 000 rôznych proteínov a predtým sa predpokladalo, že musí existovať rovnaký počet génov.
S príchodom nových technológií a projektu ľudského genómu bolo možné dospieť k záveru, že máme len asi 25 000 génov. Ako je možné, že máme toľko bielkovín?
Exóny sa nemôžu zostavovať v rovnakom poradí, v akom boli transkribované do RNA, ale môžu sa usporiadať zavedením nových kombinácií. Tento jav sa nazýva alternatívne spájanie. Z tohto dôvodu môže jediný transkribovaný gén produkovať viac ako jeden typ proteínu.
Túto nezrovnalosť medzi počtom bielkovín a počtom génov objasnil v roku 1978 výskumník Gilbert, pričom zanechal tradičný koncept „pre gén existuje proteín“.
Zdroj: Národný inštitút pre výskum ľudského genómu (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), prostredníctvom Wikimedia Commons
Vlastnosti
Pre Kelemen et al. (2013) „je jednou z funkcií tejto udalosti zvýšenie diverzity messengerových RNA, okrem regulácie vzťahov medzi proteínmi, medzi proteínmi a nukleovými kyselinami a medzi proteínmi a membránami.“
Podľa týchto autorov „alternatívne zostrihovanie je zodpovedné za reguláciu lokalizácie proteínov, ich enzymatických vlastností a ich interakcie s ligandami“. Súvisí to tiež s procesmi bunkovej diferenciácie a vývojom organizmov.
Vo svetle evolúcie sa zdá, že je to dôležitý mechanizmus zmeny, pretože sa zistilo, že vysoký podiel vyšších eukaryotických organizmov trpí vysokými udalosťami alternatívneho zostrihu. Okrem toho, že hrá dôležitú úlohu pri diferenciácii druhov a pri vývoji genómu.
Alternatívne zostrihanie a rakovina
Existujú dôkazy, že akákoľvek chyba v týchto procesoch môže viesť k abnormálnemu fungovaniu bunky, čo môže mať vážne následky pre jednotlivca. Spomedzi týchto potenciálnych patológií vyniká rakovina.
Z tohto dôvodu bola navrhnutá alternatívna zostriha ako nový biologický marker pre tieto abnormálne stavy v bunkách. Podobne, ak je možné úplne porozumieť základu mechanizmu, ktorým sa choroba vyskytuje, mohli by sa navrhnúť riešenia.
Referencie
- Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochémie. Obrátil som sa.
- De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, E. (2013). Definícia exónu a intrónu pri zostrihu pred mRNA. Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA, 4 (1), 49–60.
- Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Funkcia alternatívneho zostrihu. Gene, 514 (1), 1-30.
- Lamond, A. (1993), spliceozóm. Bioessays, 15 (9), 595-603.
- Roy B., Haupt, LM a Griffiths, LR (2013). Recenzia: Alternatívne zostrihy (AS) génov ako prístup k vytváraniu proteínovej komplexnosti. Current Genomics, 14 (3), 182–194.
- Vila - Perelló, M. a Muir, TW (2010). Biologické aplikácie proteínového zostrihu. Cell, 143 (2), 191-200.
- Liu, J., Zhang, J., Huang, B. a Wang, X. (2015). Mechanizmus alternatívneho zostrihu a jeho aplikácia v diagnostike a liečbe leukémie. Chinese Journal of Laboratory Medicine, 38 (11), 730 - 732.