Спајање

Тхе Спајање представља пресудан процес током транскрипције у ћелијском језгру еукариота, током кога зрела мРНА излази из пре-мРНА. Интрони који се још увек налазе у пре-мРНА након транскрипције су уклоњени, а преостали егзони су комбиновани да би се формирала готова мРНА.

Шта је спајање

Централна догма молекуларне биологије каже да се проток генетске информације одвија од ДНК носиоца информација преко РНА до протеина. Први корак у експресији гена је оно што је познато као транскрипција. РНА се синтетише користећи ДНК као образац. ДНК је носилац генетске информације, који се тамо складишти уз помоћ кода који се састоји од четири базе адена, тимина, гванина и цитозина. РНА полимеразни протеин комплекс чита базну секвенцу ДНК током транскрипције и ствара одговарајућу „пре-мессенгер РНА“ (пре-мРНА укратко). Уместо тимијана увек је укључен урацил.

Гени се састоје од егзона и интрона. Егзони су они делови генома који заправо кодирају генетске информације. Супротно томе, интрони представљају некодирајуће секције унутар гена. Гени похрањени на ДНК пролазе дугим пресецима који не одговарају ниједној аминокиселини у каснијем протеину и не доприносе транслацији.

Ген може имати до 60 интрона, дужине између 35 и 100.000 нуклеотида. У просеку, ови интрони су десет пута дужи од егзона. Пре-мРНА произведена у првом кораку транскрипције, која се такође често назива и незрела мРНА, још увек садржи и ексоне и интроне. Ту започиње процес спајања.

Интрони се морају уклонити из пре-мРНА, а преостали егзони морају бити повезани. Тек тада зрела мРНА напушта ћелијско језгро и започиње транслацију.

Спајање се углавном врши уз помоћ сплицеосома (немачки: сплицеосоме). Састоји се од пет снРНП (малих нуклеарних честица рибонуклеопротеина). Сваки од ових снРНП се састоји од снРНА и протеина. Неки други протеини који нису део снРНП такође су део сплицеосома. Сплицеосоми се деле на главне и мање сплицеосоме. Главни сплицеосом процесира преко 95% свих хуманих интрона, а мањи сплицеосом углавном управља АТАЦ интронсима.

За објашњење спајања, Рицхард Јохн Робертс и Пхиллип А. Схарп су 1993. добили Нобелову награду за медицину. Тхомас Р. Цецх и Сиднеи Алтман добили су Нобелову награду за хемију 1989. за своја истраживања о алтернативном спајању и каталитичком ефекту РНА.

Функција и задатак

Током процеса спајања, сплицеосом се изнова ствара из појединих делова. Код сисара, снРНП У1 се најпре веже на месту спајања 5 и иницира стварање преосталог сплицеосома. СнРНП У2 се веже на тачку разгранавања Интрона. Потом се такође веже три-снРНП.

Сплицеосом катализује реакцију спајања помоћу две узастопне резетерификације. У првом делу реакције, атом кисеоника из 2'-ОХ групе аденозина из "секвенце тачке грана" (БПС) напада атом фосфора у вези фосфодиестера на месту 5'-спајања. То ослобађа 5 'егзона и циркулира унутар. Атом кисеоника сада слободне 3'-ОХ групе 5'-егзона веже се на место 3'-спајања, при чему су два егзона спојена и интрон се ослобађа. Интро је доведен у поједностављену конформацију, звану лариат, која се затим разбија.

За разлику од тога, сплицеосоми не играју улогу у самоискрипљивању. Овде су интрони искључени из превођења секундарном структуром саме РНА. Ензимско спајање тРНА (трансфер РНА) јавља се у еукариотама и археама, али не и у бактеријама.

Процес спајања мора да се одвија са највећом прецизношћу тачно на граници егзона-интрона, јер би одступање од само једног нуклеотида довело до погрешног кодирања аминокиселина, а тиме и до стварања потпуно различитих протеина.

Спајање пре-мРНА може испасти различито због утицаја околине или типа ткива. То значи да се из исте ДНК секвенце могу формирати различити протеини и самим тим иста пре-мРНА. Овај поступак је познат и као алтернативно спајање. Људска ћелија садржи око 20 000 гена, али је способна да произведе неколико стотина хиљада протеина захваљујући алтернативном спајању. Око 30% свих људских гена има алтернативно спајање.

Спајање је играло главну улогу у еволуцији. Егзони често кодирају појединачне домене протеина који се могу комбиновати један са другим на различите начине. То значи да се велики број протеина са потпуно различитим функцијама може произвести из само неколико егзона. Овај поступак се назива премештање егзона.

Болести и тегобе

Неке наследне болести могу бити уско повезане са спајањем. Мутације у некодирајућим интронима обично не доводе до грешака у стварању протеина. Међутим, ако се догоди мутација у делу интрона који је важан за регулацију спајања, то може довести до неисправног спајања пре-мРНА. Добијена зрела мРНА затим кодира неисправне или, у најгорем случају, штетне протеине. То је случај, на пример, са неким врстама бета-таласемије, наследне анемије. Остали представници болести које се развијају на овај начин су, на пример, Ехлерс-Данлос синдром (ЕДС) тип ИИ и спинална мишићна атрофија.