Συνδέω

ο Συνδέω αντιπροσωπεύει μια κρίσιμη διαδικασία κατά τη μεταγραφή στον πυρήνα των ευκαρυωτικών, κατά την οποία το ώριμο mRNA αναδύεται από το προ-mRNA. Τα ιντρόνια που εξακολουθούν να περιέχονται στο προ-mRNA μετά την μεταγραφή αφαιρούνται και τα υπόλοιπα εξόνια συνδυάζονται για να σχηματίσουν το τελικό mRNA.

Τι είναι το μάτισμα

Το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας δηλώνει ότι η ροή γενετικών πληροφοριών λαμβάνει χώρα από το ϋΝΑ φορέα πληροφοριών μέσω του RNA προς την πρωτεΐνη. Το πρώτο βήμα στην γονιδιακή έκφραση είναι αυτό που είναι γνωστό ως μεταγραφή. Το RNA συντίθεται χρησιμοποιώντας το DNA ως μήτρα. Το DNA είναι ο φορέας των γενετικών πληροφοριών, οι οποίες αποθηκεύονται εκεί με τη βοήθεια ενός κώδικα που αποτελείται από τις τέσσερις βάσεις αδένες, θυμίνη, γουανίνη και κυτοσίνη. Το σύμπλοκο πρωτεΐνης RNA πολυμεράσης διαβάζει τη βασική αλληλουχία του DNA κατά τη διάρκεια της μεταγραφής και παράγει το αντίστοιχο «προ-αγγελιαφόρο RNA» (σύντομο προ-mRNA). Αντί για θυμίνη, η ουρακίλη ενσωματώνεται πάντα.

Τα γονίδια αποτελούνται από εξόνια και ιντρόνια. Τα εξόνια είναι εκείνα τα μέρη του γονιδιώματος που στην πραγματικότητα κωδικοποιούν γενετικές πληροφορίες. Αντίθετα, τα ιντρόνια αντιπροσωπεύουν μη κωδικοποιητικές τομές εντός ενός γονιδίου.Τα γονίδια που είναι αποθηκευμένα στο DNA διασχίζονται από μακρές τομές που δεν αντιστοιχούν σε κανένα αμινοξύ στην μετέπειτα πρωτεΐνη και δεν συμβάλλουν στη μετάφραση.

Ένα γονίδιο μπορεί να έχει έως 60 ιντρόνια, με μήκη μεταξύ 35 και 100.000 νουκλεοτιδίων. Κατά μέσο όρο, αυτά τα ιντρόνια είναι δέκα φορές μεγαλύτερα από τα εξόνια. Το προ-mRNA που παράγεται στο πρώτο στάδιο της μεταγραφής, επίσης συχνά αναφέρεται ως ανώριμο mRNA, εξακολουθεί να περιέχει τόσο εξόνια όσο και ιντρόνια. Εκεί ξεκινά η διαδικασία ματίσματος.

Τα ιντρόνια πρέπει να αφαιρεθούν από το προ-mRNA και τα υπόλοιπα εξόνια πρέπει να συνδεθούν μεταξύ τους. Μόνο τότε μπορεί το ώριμο mRNA να αφήσει τον κυτταρικό πυρήνα και να ξεκινήσει μετάφραση.

Η σύνδεση γίνεται κυρίως με τη βοήθεια του spliceosome (Γερμανικά: spliceosome). Αποτελείται από πέντε snRNPs (μικρά σωματίδια πυρηνικής ριβονουκλεοπρωτεΐνης). Κάθε ένα από αυτά τα snRNP αποτελείται από ένα snRNA και πρωτεΐνες. Ορισμένες άλλες πρωτεΐνες που δεν αποτελούν μέρος των snRNPs είναι επίσης μέρος του σπληγματοσώματος. Τα spliceosomes χωρίζονται σε κύρια και δευτερεύοντα spliceosomes. Το σημαντικότερο σπληλισόσωμα επεξεργάζεται πάνω από το 95% του συνόλου των ανθρώπινων ιντρονίων, ενώ το μικρό σπληλισόσωμα χειρίζεται κυρίως τα εντόνια ATAC.

Για την εξήγηση του ματίσματος, οι Richard John Roberts και Phillip A. Sharp απονεμήθηκαν το βραβείο Νόμπελ στην Ιατρική το 1993. Οι Thomas R. Cech και Sidney Altman έλαβαν το Βραβείο Νόμπελ στη Χημεία το 1989 για την έρευνά τους σχετικά με την εναλλακτική σύνδεση και το καταλυτικό αποτέλεσμα του RNA.

Λειτουργία & εργασία

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ματίσματος, το spliceosome σχηματίζεται εκ νέου από τα μεμονωμένα μέρη του. Στα θηλαστικά, το snRNP U1 προσκολλάται πρώτα στη θέση ματίσματος 5'και ξεκινά το σχηματισμό του υπόλοιπου σπληλισοσώματος. Το snRNP U2 συνδέεται με το σημείο διακλάδωσης του ιντρονίου. Στη συνέχεια δεσμεύει επίσης το tri-snRNP.

Το spliceosome καταλύει την αντίδραση ματίσματος μέσω δύο διαδοχικών διεστεροποιήσεων. Στο πρώτο μέρος της αντίδρασης, ένα άτομο οξυγόνου από την ομάδα 2'-ΟΗ μιας αδενοσίνης από την "ακολουθία σημείου διακλάδωσης" (BPS) προσβάλλει ένα άτομο φωσφόρου ενός δεσμού φωσφοδιεστέρα στη θέση σύνδεσης 5'. Αυτό απελευθερώνει το εξόνιο 5 'και κυκλοφορεί το ιντρόνιο. Το άτομο οξυγόνου της τώρα ελεύθερης ομάδας 3'-ΟΗ του 5'-εξονίου συνδέεται τώρα με τη θέση συναρμολόγησης 3', συνδέοντας τα δύο εξόνια και απελευθερώνοντας το ιντρόνιο. Το ιντρόνιο μεταφέρεται σε μια απλουστευμένη διαμόρφωση, που ονομάζεται λάρυγα, η οποία στη συνέχεια διασπάται.

Σε αντίθεση με αυτό, τα spliceosomes δεν παίζουν ρόλο στην αυτοσύνδεση. Εδώ τα ιντρόνια αποκλείονται από τη μετάφραση από τη δευτερεύουσα δομή του ίδιου του RNA. Το ενζυματικό μάτισμα του tRNA (μεταφορά RNA) εμφανίζεται σε ευκαρυώτες και archeae, αλλά όχι σε βακτήρια.

Η διαδικασία ματίσματος πρέπει να πραγματοποιηθεί με εξαιρετική ακρίβεια ακριβώς στο όριο εξονίων-ιντρονίων, καθώς μια απόκλιση από ένα μόνο νουκλεοτίδιο θα οδηγούσε σε εσφαλμένη κωδικοποίηση των αμινοξέων και συνεπώς στον σχηματισμό εντελώς διαφορετικών πρωτεϊνών.

Το μάτισμα ενός προ-mRNA μπορεί να αποδειχθεί διαφορετικά λόγω περιβαλλοντικών επιδράσεων ή τύπου ιστού. Αυτό σημαίνει ότι διαφορετικές πρωτεΐνες μπορούν να σχηματιστούν από την ίδια αλληλουχία DNA και επομένως από το ίδιο προ-mRNA. Αυτή η διαδικασία είναι γνωστή ως εναλλακτική σύνδεση. Ένα ανθρώπινο κύτταρο περιέχει περίπου 20.000 γονίδια, αλλά είναι σε θέση να παράγει αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες πρωτεΐνες λόγω εναλλακτικού ματίσματος. Περίπου το 30% όλων των ανθρώπινων γονιδίων έχουν εναλλακτικό μάτισμα.

Η σύνδεση έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη. Τα εξόνια συχνά κωδικοποιούν μεμονωμένους τομείς πρωτεϊνών, οι οποίοι μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους με διαφορετικούς τρόπους. Αυτό σημαίνει ότι μια μεγάλη ποικιλία πρωτεϊνών με εντελώς διαφορετικές λειτουργίες μπορεί να παραχθεί από λίγα εξόνια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ανακάτεμα exon.

Ασθένειες και παθήσεις

Ορισμένες κληρονομικές ασθένειες μπορεί να σχετίζονται στενά με το μάτισμα. Οι μεταλλάξεις στα μη κωδικοποιούμενα ιντρόνια συνήθως δεν οδηγούν σε σφάλματα στο σχηματισμό πρωτεϊνών. Ωστόσο, εάν εμφανιστεί μια μετάλλαξη σε ένα μέρος ενός ιντρονίου που είναι σημαντικό για τη ρύθμιση του ματίσματος, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ελαττωματική σύνδεση του προ-mRNA. Το προκύπτον ώριμο mRNA στη συνέχεια κωδικοποιεί ελαττωματικές ή, στη χειρότερη περίπτωση, επιβλαβείς πρωτεΐνες. Αυτό συμβαίνει, για παράδειγμα, με ορισμένους τύπους β-θαλασσαιμίας, μια κληρονομική αναιμία. Άλλοι εκπρόσωποι ασθενειών που αναπτύσσονται με αυτόν τον τρόπο είναι, για παράδειγμα, το σύνδρομο Ehlers-Danlos (EDS) τύπου II και η μυϊκή ατροφία του νωτιαίου μυελού.