Splice

De Splice representerer en avgjørende prosess under transkripsjon i cellekjernen til eukaryoter, der det modne mRNA kommer ut fra pre-mRNA. Introner som fremdeles er inneholdt i pre-mRNA etter transkripsjon blir fjernet og de gjenværende eksonene ble kombinert for å danne det ferdige mRNA.

Hva er skjøting

Den sentrale dogmen i molekylærbiologi sier at flyten av genetisk informasjon foregår fra informasjonsbæreren DNA via RNA til proteinet. Det første trinnet i genuttrykk er det som kalles transkripsjon. RNA syntetiseres ved bruk av DNA som mal. DNAet er bærer av genetisk informasjon, som lagres der ved hjelp av en kode som består av de fire basene adener, tymin, guanin og cytosin. RNA-polymerase-proteinkomplekset leser basesekvensen til DNAet under transkripsjonen og produserer det tilsvarende “pre-messenger RNA” (pre-mRNA for kort). I stedet for tymin er uracil alltid innarbeidet.

Gener består av eksoner og introner. Eksoner er de delene av genomet som faktisk koder for genetisk informasjon. I kontrast representerer introner ikke-kodende seksjoner i et gen. Genene som er lagret på DNAet krysses av lange seksjoner som ikke tilsvarer noen aminosyrer i det senere proteinet og ikke bidrar til translasjon.

Et gen kan ha opptil 60 introner, med lengder mellom 35 og 100 000 nukleotider. I gjennomsnitt er disse intronene ti ganger lengre enn eksoner. Pre-mRNA produsert i det første trinnet av transkripsjon, også ofte referert til som umoden mRNA, inneholder fortsatt både eksoner og introner. Det er her spleiseprosessen begynner.

Intronene må fjernes fra pre-mRNA, og de gjenværende eksonene må kobles sammen. Først da kan det modne mRNA forlate cellekjernen og sette i gang translasjon.

Spleisingen er stort sett gjort ved hjelp av spliceosome (tysk: spliceosome). Dette består av fem snRNPs (små kjernefysiske ribonukleoproteinpartikler). Hver av disse snRNP-ene består av et snRNA og proteiner. Noen andre proteiner som ikke er en del av snRNP-er, er også en del av spliceosome. Spliceosomes er delt inn i større og mindre spliceosomes. De viktigste spliceosome behandler over 95% av alle menneskelige introner, det mindre spliceosomet håndterer hovedsakelig ATAC-intronene.

For forklaring av spleising ble Richard John Roberts og Phillip A. Sharp tildelt Nobelprisen i medisin i 1993. Thomas R. Cech og Sidney Altman mottok Nobelprisen i kjemi i 1989 for sin forskning på alternativ spleising og den katalytiske effekten av RNA.

Funksjon & oppgave

Under spleiseprosessen dannes spliceosomet på nytt fra sine individuelle deler. Hos pattedyr fester snRNP U1 seg først til 5-spleisestedet og initierer dannelsen av det gjenværende spleisosomet. SnRNP U2 binder seg til intronets forgreningspunkt. Deretter binder også tri-snRNP.

Spleisosomet katalyserer skjøtningsreaksjonen ved hjelp av to påfølgende transesterifikasjoner. I den første delen av reaksjonen angriper et oksygenatom fra 2'-OH-gruppen til et adenosin fra "gren punkt-sekvensen" (BPS) et fosforatom med en fosfodiesterbinding i 5'-skjøtestedet. Dette frigjør 5 ‘eksonet og sirkulerer intronet. Oksygenatomet i den nå frie 3'-OH-gruppen til 5'-eksonet binder seg nå til 3'-skjøtestedet, som et resultat av hvilket de to eksonene er koblet sammen og intronet frigjøres. Intronet bringes inn i en strømlinjeformet konformasjon, kalt en lariat, som deretter brytes ned.

I motsetning til dette spiller ikke spleisosomer noen rolle i selvskjøting. Her er intronene ekskludert fra oversettelse av den sekundære strukturen til selve RNA. Den enzymatiske spleisingen av tRNA (transfer RNA) forekommer i eukaryoter og archeae, men ikke i bakterier.

Spleisingsprosessen må skje med den største presisjon ved ekson-intron grensen, ettersom et avvik av bare et enkelt nukleotid ville føre til feil koding av aminosyrer og dermed til dannelse av helt forskjellige proteiner.

Spleising av et pre-mRNA kan vise seg annerledes på grunn av miljøpåvirkning eller vevstype. Dette betyr at forskjellige proteiner kan dannes fra den samme DNA-sekvensen og dermed den samme pre-mRNA. Denne prosessen er kjent som alternativ skjøting. En menneskelig celle inneholder rundt 20 000 gener, men er i stand til å produsere flere hundre tusen proteiner på grunn av alternativ spleising. Cirka 30% av alle menneskelige gener har alternativ skjøting.

Spleising har spilt en stor rolle i evolusjonen. Eksoner koder ofte for individuelle domener til proteiner, som kan kombineres med hverandre på forskjellige måter. Dette betyr at et stort utvalg proteiner med helt forskjellige funksjoner kan produseres fra noen få eksoner. Denne prosessen kalles exon shuffling.

Sykdommer og plager

Noen arvelige sykdommer kan være nært knyttet til skjøting. Mutasjoner i de ikke-kodende intronene fører vanligvis ikke til feil i dannelsen av proteiner. Imidlertid, hvis en mutasjon forekommer i en del av et intron som er viktig for regulering av spleising, kan dette føre til feil spleising av pre-mRNA. Det resulterende modne mRNA koder da for defekte eller i verste fall skadelige proteiner. Dette er for eksempel tilfelle med noen typer beta-talassemi, en arvelig anemi. Andre representanter for sykdommer som utvikler seg på denne måten er for eksempel Ehlers-Danlos syndrom (EDS) type II og spinal muskelatrofi.