Spajanje predstavlja presudan proces tijekom transkripcije u jezgri eukariota, u kojem zrela mRNA izlazi iz pre-mRNA. U tom se procesu uklanjaju introni koji su i dalje prisutni u pre-mRNA nakon transkripcije, a preostali se egzoni kombiniraju u konačnu mRNA.
Što je spajanje?
Prvi korak u gen izraz se naziva transkripcija. U tom se procesu sintetizira RNA, koristeći DNA kao predložak. Središnja je dogma molekularne biologije da je protok genetskih informacija od DNA nositelja informacija do RNA do proteina. Prvi korak u gen izraz je transkripcija. U tom se procesu sintetizira RNA, koristeći DNA kao predložak. DNA je nositelj genetske informacije koja se tamo pohranjuje uz pomoć koda koji se sastoji od četiri baze adenin, timin, gvanin i citozin. Tijekom transkripcije, kompleks proteina RNA polimeraze očitava bazni slijed DNA i stvara odgovarajuću "pre-messenger RNA" (kratko pre-mRNA). U tom se procesu umjesto timina uvijek ubacuje uracil. Geni se sastoje od egzona i introna. Egzoni su oni dijelovi genetskog materijala koji zapravo kodiraju genetske informacije. Introni, s druge strane, predstavljaju nekodirajuće odjeljke unutar a gen. Geni pohranjeni u DNK tako su prošarani dugim segmentima koji ne odgovaraju aminokiseline u kasnijem proteinu i ne pridonose prevođenju. Gen može imati do 60 introna, duljine između 35 i 100,000 XNUMX nukleotida. U prosjeku su ti introni deset puta duži od egzona. Pre-mRNA nastala u prvom koraku transkripcije, koja se često naziva i nezrela mRNA, još uvijek sadrži i eksone i introne. Tu započinje postupak spajanja. Introni se moraju ukloniti iz pre-mRNA, a preostali egzoni moraju biti povezani. Tek tada zrela mRNA može napustiti jezgru i započeti translaciju. Spajanje se uglavnom provodi uz pomoć spliceosoma. Sastoji se od pet snRNP-a (male nuklearne čestice ribonukleoproteina). Svaki od tih snRNP sastoji se od snRNA i proteini, Neki drugi proteini koji nisu dio snRNP-a, također su dio spliceosoma. Spliceosomi se dijele na glavne i male spliceosome. Glavni spliceosom obrađuje više od 95% svih ljudskih introna, a manji spliceosom uglavnom obrađuje ATAC introne. Za objašnjenje spajanja Richard John Roberts i Phillip A. Sharp dobili su Nobelovu nagradu za medicinu 1993. Za svoja istraživanja o alternativnom spajanju i katalitičkom djelovanju RNA Thomas R. Cech i Sidney Altman dobili su Nobelovu nagradu za kemiju 1989. godine. .
Funkcija i zadatak
U procesu spajanja, spliceosom se svaki put iznova stvara iz svojih pojedinih dijelova. U sisavaca se snRNP U1 prvo veže na mjesto 5-spoja i inicira stvaranje ostatka spliceosoma. SnRNP U2 veže se na mjesto grananja introna. Nakon toga, tri-snRNP se također veže. Spliceosom katalizira reakciju spajanja pomoću dvije uzastopne transesterifikacije. U prvom dijelu reakcije, an kisik atom iz 2′-OH skupine an adenozin iz napada "slijed točaka grananja" (BPS) a fosfor atom fosfodiesterske veze na 5′-spojnom mjestu. Ovo oslobađa 5′-ekson i intron cirkulira. The kisik atom sada slobodne 3′-OH skupine 5′-egzona veže se na mjesto 3′-spajanja, povezujući dva egzona i oslobađajući intron. Intron se time dovodi u konformaciju u obliku shligena, koja se naziva lariat, a koja se nakon toga razgrađuje. Suprotno tome, spliceosomi ne igraju nikakvu ulogu u autokatalitičkom spajanju (samo-spajanje). Ovdje su introni isključeni iz prevođenja sekundarnom strukturom same RNA. Enzimsko spajanje tRNA (transfer RNA) događa se u eukariota i arheja, ali ne i u bakterija. Proces spajanja mora se odvijati s iznimnom preciznošću točno na granici egzon-intron, jer bi odstupanje samo jednog nukleotida dovesti na netočno kodiranje aminokiseline a time i do formiranja posve različitih proteini. Spajanje pre-mRNA može varirati zbog utjecaja okoline ili vrste tkiva. To znači da se iz iste sekvence DNA mogu stvoriti različiti proteini, a time i ista pre-mRNA. Taj se postupak naziva alternativno spajanje. Ljudska stanica sadrži oko 20,000 30 gena, ali je sposobna stvoriti nekoliko stotina tisuća proteina zbog alternativnog spajanja. Oko XNUMX% svih ljudskih gena pokazuje alternativno spajanje. Spajanje je imalo glavnu ulogu u toku evolucije. Egzoni često kodiraju pojedine domene proteina, koje se mogu kombinirati na razne načine. To znači da se iz samo nekoliko egzona može generirati velika raznolikost bjelančevina s potpuno različitim funkcijama. Taj se proces naziva miješanjem eksona.
Bolesti i poremećaji
Neke nasljedne bolesti mogu nastati usko povezane sa spajanjem. Mutacije u nekodirajućim intronima obično ne rade dovesti na nedostatke u stvaranju proteina. Međutim, ako se mutacija dogodi u dijelu introna koji je važan za regulaciju spajanja, to može dovesti do neispravnog spajanja pre-mRNA. Rezultirajuća zrela mRNA tada kodira neispravne ili, u najgorem slučaju, štetne proteine. To je slučaj, na primjer, kod nekih vrsta beta-talasemija, nasljedna anemija. Ostali predstavnici bolesti koje nastaju na ovaj način uključuju Ehlers-Danlosov sindrom (EDS) tip II i spinalna mišićna atrofija.
