Kroky sestřihu RNA: Podrobná analýza a fakta

by

Sestřih je proces přeměny hetero-nukleární RNA na messenger RNA v eukaryotickém centrálním dogmatu.

Sestřih RNA je mechanismus, při kterém dochází ke změně genetické informace ve formě RNA během eukaryotické genové exprese. Proces se nazývá post-transkripční zpracování, tj. je součástí transkripce RNA z genu.

Vysvětlení přenosu genetické informace uvnitř biologického systému je základním principem molekulární biologie. Ačkoli to není jeho původní význam, někdy je formulován jako „DNA produkuje RNA a RNA tvoří bílkoviny." Toto je základní mechanismus Centrálního dogmatu.

Zjednodušeně to znamená konverzi DNA (genu) na RNA na bílkoviny přes přepis a překlad a vyskytuje se jak u prokaryot, tak u eukaryot. The sestřih RNA kroky jsou popsány níže.

Definice sestřihu RNA:

Z hlediska molekulární biologie RNA sestřih je jedním z procesů zahrnutých v konverzi prekurzoru mRNA na zralou mRNA. To se provádí odstraněním intronů nebo nekódujících genů v pre-mRNA nebo hnRNA a připojením pouze kódujících genů nebo exonů k vytvoření řetězce mRNA.

Pro geny zakódované v jádro jako u eukaryotsestřih nastává bezprostředně po transkripci a nazývá se post-transkripční proces.

Mechanismus sestřihu RNA:

Proces spojování probíhá v několika krocích. Kroky sestřihu RNA jsou:

  • Step1: Tvorba a aktivace různých spliceosomových komplexů
  • Step2: Nalezení počátečních a koncových bodů intronů a jejich odstranění
  • Step3: Spojení exonů dohromady.
rna-splicing-steps
Ilustrace ukazující kroky sestřihu RNA
Obrázek: Wikipedia

Tvorba spliceosomu a umístění intronů ve spliceosomu a jejich odříznutí probíhají současně ve stejném kroku, po kterém následuje spojení exonů.

TVORBA SPLICEOSOM:

Sestřih v hnRNA je iniciován spliceosomem, velkým komplexem RNA-protein tvořeným pěti malými jadernými ribonukleoproteiny (snRNP). Spliceosom je sestaven a aktivován během transkripce hnRNA. Složky RNA SnRNP interagují s intronem a hrají roli v katalýze. Existují dva druhy spliceosomů (hlavní a vedlejší), které obsahují různé snRNP.

V tomto procesu jsou produkovány 2 typy spliceosomů - the hlavní spliceosom a menší spliceosom. Tyto dva typy spliceosomy mají výrazně odlišné funkce.

UZNÁVÁNÍ STRÁNEK INTRON:

Hlavní spliceosom:

Hlavní spliceosom spojuje introny se sekvencí G(guanin)U(Uracil) na 5' sestřihovém místě a sekvencí A(adenin)G(guanin) na 3' sestřihovém místě. Je aktivní v jádře a je tvořen 6 snRNP-U1, U2, U4, U5 a U6. Tvorba spliceosomů také vyžaduje několik proteinů, včetně pomocného faktoru 2 malé jaderné RNA U1 (U2AF35), U2AF2 (U2AF65) a SF1 (faktor sestřihu 1). Během procesu sestřihu RNA spliceosom produkuje několik komplexů s různými funkcemi, včetně:

Intron miguelferig 1
Obrázek ukazující sekvenci intronů mezi exony
Obrázek: Wikipedia

Komplex E:

  • U1 snRNP jde a váže se na sekvenci GU v 5′-sestřihovém místě intronu
  • Sestřihový faktor1 (SF1) se váže na stejnou sekvenci větví intronu;
  • U2AF1 se váže na sestřihové místo přítomné na 3' konci intronu;
  •  U2AF2 se váže na polypyrimidinový trakt;

Komplex A (pre-spliceosomový komplex)

  • U2 snRNP se připojí k sekvenci bodů větvení a vytěsní sestřihový faktor 1, což způsobí hydrolýzu ATP.

Komplex B

  • Tři snRNP-U5, U4 a U6 se spolu vážou za vzniku trimerního komplexu, kde se U5 snRNP váže na exony v místě 5', zatímco U6 se váže na U2.

komplex B*:

  • Uvolňuje se komplex U1 snRNP. Poté, co se pozice U5 posunou z exonu na intron, U6 přejde a naváže se na 5′ sestřihové místo, které bylo dříve obsazeno U5.

Komplex C (katalytický spliceosom):

  • U4 snRNP se uvolňuje Současně U6/U2 katalyzuje transesterifikaci (výměnu organické skupiny R” skupiny molekuly esteru za organickou skupinu R ́ skupiny molekuly alkoholu).
  • 5′ konec intronu jde kolem, aby se navázal na adenin na sebe, čímž se vytvoří lariat; U5 váže exon na 3′ sestřihovém místě a 5′ místo je štěpeno za vzniku lariatu; a U5 váže exon na 3' sestřihovém místě, což způsobí vytvoření lariatu.

Kanonické spojování, také známé jako lariatská cesta, je nejběžnějším druhem sestřihu, který se v přírodě vyskytuje. Tvoří více než 99 % veškerého sestřihu, který se vyskytuje u všech odrůd RNA.

Když sekvence lemující strany intronu nedodržují pravidlo GU-AG (GuanineUracil-GuanineAdenine), označuje se to jako nekanonický sestřih.

Menší spliceosom
Obrázek srovnávající sestřih mezi hlavním a vedlejším spliceosomem
Obrázek: Wikipedia

Menší spliceosom:

Funkce vedlejšího spliceosomu je docela podobná funkci hlavního spliceosomu, ale sestřihuje neobvyklé introny s odlišnými sekvencemi místa sestřihu. Zatímco U5 snRNP je podobný v minoritních i hlavních spliceosomech, minoritní spliceosom má odlišné, ale funkčně analogické snRNP pro U1, U2, U4 a U6, známé jako U11, U12, U4atac a U6atac.

PŘIPOJENÍ EXONŮ:

To zahrnuje komplex C*, což je post-spliceosomální komplex. Posledním krokem sestřihu je štěpení 3′ místa a vedení exonů pomocí hydrolýzy ATP, zatímco U2/U5/U6 zůstávají připojeny k lariatu. The sestřihnutá RNA, lariat a snRNP jsou všechny uvolněny a zničeny před tím, než jsou recyklovány.

A proto získáme mRNA bez intronů a pouze tvořící pouze kódující introny s čepičkou a zakončením na 5' a 3' koncích, v tomto pořadí.

Co se děje při sestřihu RNA?

První RNA transkribovaná z templátu DNA genu musí být zpracována, než se z ní stane zralá messenger RNA (mRNA), která může řídit syntézu proteinů ve většině eukaryotických genů (a některých prokaryotických genech).

Většina eukaryotických genů (a také některé prokaryotické geny) vyžaduje zpracování, než se pre-messenger RNA převede na zralou messenger RNA (mRNA), kterou lze skutečně použít pro syntézu proteinu.

1920px Spliceosom ball cycle new2
Ilustrace spliceosomového cyklu
Obrázek: Wikipedia

Zpracování hnRNA na zralou mRNA vyžaduje celkem 3 kroky:

  • Přidání 7-methylguanosinu na 5' konec
  • Oříznutí 3' konce a přidání 200 "A" nukleotid ocasu enzymem zvaným Poly A polymeráza.
  • Spojování intronů.

Vidíme tedy, že sestřih je pouze jedním z kroků post-transkripčního zpracování RNA.

Jak funguje sestřih RNA?

Biochemický mechanismus sestřihu byl zkoumán v různých situacích a nyní je docela dobře popsán.

Introny jsou eliminovány z hlavních transkriptů pomocí štěpení v místech sestřihu, což jsou konzervované sekvence. Introny mají tato umístění na 5'- a 3'- koncích. Sekvence RNA nejčastěji deletovaná začíná dinukleotidem GU na 5'-konci a končí AG na 3'-konci.

I když je pozměněn jeden nukleotid, může inhibovat celý proces sestřihu; proto je důležité zachování konsensuální nukleotidové sekvence. Další významná oblast se vyskytuje v bodě větvení, který lze nalézt kdekoli mezi nimi 18 a 40 nukleotidů proti proudu od 3'-konce intronu. Adenin v místě větvení je vždy přítomen, zatímco zbytek sekvence je dosti slabě zachován.

Sestřih se provádí v mnoha fázích, přičemž jako katalyzátory působí drobné jaderné ribonukleoproteiny (snRNP, běžně nazývané „odfrkne").

Také čtení: