Sestřih představuje rozhodující proces během transkripce v jádře eukaryot, při kterém zralá mRNA vychází z pre-mRNA. V tomto procesu jsou odstraněny introny, které jsou stále přítomny v pre-mRNA po transkripci, a zbývající exony jsou spojeny za vzniku konečné mRNA.
Co je sestřih?
První krok dovnitř gen výraz se nazývá transkripce. V tomto procesu je RNA syntetizována pomocí DNA jako šablony. Ústředním dogmatem molekulární biologie je, že tok genetické informace probíhá z informačního nosiče DNA na RNA k proteinu. První krok dovnitř gen výraz je transkripce. V tomto procesu se syntetizuje RNA pomocí DNA jako templátu. DNA je nositelem genetické informace, která se tam ukládá pomocí kódu skládajícího se ze čtyř základy adenin, thymin, guanin a cytosin. Během transkripce přečte proteinový komplex RNA polymeráza základní sekvenci DNA a vytvoří odpovídající „pre-messenger RNA“ (zkráceně pre-mRNA). V tomto procesu se místo thyminu vždy vloží uracil. Geny se skládají z exonů a intronů. Exony jsou ty části genetického materiálu, které skutečně kódují genetickou informaci. Introny na druhé straně představují nekódující sekce v rámci a gen. Geny uložené na DNA jsou tak rozptýleny dlouhými segmenty, které neodpovídají aminokyseliny v pozdějším proteinu a nepřispívají k překladu. Gen může mít až 60 intronů s délkami mezi 35 a 100,000 XNUMX nukleotidy. V průměru jsou tyto introny desetkrát delší než exony. Pre-mRNA vytvořená v prvním kroku transkripce, také často označovaná jako nezralá mRNA, stále obsahuje jak exony, tak introny. Zde začíná proces spojování. Introny musí být odstraněny z pre-mRNA a zbývající exony musí být spojeny dohromady. Teprve potom může zralá mRNA opustit jádro a zahájit translaci. Spojování se většinou provádí pomocí spliceosomu. Skládá se z pěti snRNP (malých jaderných ribonukleoproteinových částic). Každá z těchto snRNP se skládá ze snRNA a Proteinů. Nějaký jiný Proteinů které nejsou součástí snRNP, jsou také součástí spliceosomu. Spliceosomy se dělí na hlavní a vedlejší spliceosomy. Major spliceosome zpracovává více než 95% všech lidských intronů a minoritní spliceosome zpracovává hlavně introny ATAC. Za vysvětlení sestřihu získali Richard John Roberts a Phillip A. Sharp Nobelovu cenu za medicínu v roce 1993. Za výzkum alternativního sestřihu a katalytického působení RNA obdrželi Thomas R. Cech a Sidney Altman v roce 1989 Nobelovu cenu za chemii. .
Funkce a úkol
V procesu sestřihu se spliceosom vždy znovu vytvoří ze svých jednotlivých částí. U savců se snRNP U1 nejprve váže na místo 5'-splice a iniciuje tvorbu zbytku spliceosomu. SnRNP U2 se váže na větvicí místo intronu. Poté se také váže tri-snRNP. Spliceosom katalyzuje sestřihovou reakci dvěma po sobě následujícími transesterifikacemi. V první části reakce, an kyslík atom ze 2'-OH skupiny an adenosin z „sekvence pobočkových bodů“ (BPS) napadá a fosfor atom fosfodiesterové vazby v místě 5'-sestřihu. Tím se uvolní 5'-exon a intron cirkuluje. The kyslík atom nyní volné 3'-OH skupiny 5'-exonu se nyní váže na místo 3'-splice, spojuje dva exony a uvolňuje intron. Intron je tak přiveden do schligenovité konformace, zvané lariat, která je následně degradována. Naproti tomu spliceosomy nehrají žádnou roli při autokatalytickém sestřihu (samostříkání). Zde jsou introny vyloučeny z translace sekundární strukturou samotné RNA. Enzymatické sestřih tRNA (transfer RNA) se vyskytuje u eukaryot a archeae, ale ne u bakterie. Proces sestřihu musí probíhat s extrémní přesností přesně na hranici exon-intron, protože odchylka pouze o jeden nukleotid by vést k nesprávnému kódování aminokyseliny a tím k tvorbě úplně jiného Proteinů. Sestřih pre-mRNA se může lišit v důsledku vlivů prostředí nebo typu tkáně. To znamená, že ze stejné sekvence DNA a tedy ze stejné pre-mRNA mohou být vytvořeny různé proteiny. Tento proces se nazývá alternativní sestřih. Lidská buňka obsahuje asi 20,000 30 genů, ale díky alternativnímu sestřihu je schopna tvořit několik set tisíc proteinů. Asi XNUMX% všech lidských genů vykazuje alternativní sestřih. Spojování hrálo v průběhu evoluce hlavní roli. Exony často kódují jednotlivé domény proteinů, které lze kombinovat různými způsoby. To znamená, že z několika exonů lze generovat velké množství proteinů se zcela odlišnými funkcemi. Tento proces se nazývá míchání exonů.
Nemoci a poruchy
Některá dědičná onemocnění mohou vzniknout v těsné souvislosti se sestřihem. Mutace v nekódujících intronech normálně ne vést k poruchám tvorby bílkovin. Pokud však dojde k mutaci v části intronu, která je důležitá pro regulaci sestřihu, je to možné vést k defektnímu sestřihu pre-mRNA. Výsledná zralá mRNA pak kóduje defektní nebo v nejhorším případě škodlivé proteiny. To je například případ některých typů beta-thalassemia, dědičný anémie. Mezi další zástupce nemocí, které vznikají tímto způsobem, patří Ehlers-Danlosův syndrom (EDS) typu II a spinální svalová atrofie.
