SILMUKOINTI (GENETIIKKA): MISTÄ SE KOOSTUU, TYYPIT - BIOLOGIA - 2026

Silmukoinnin tai prosessi liitos RNA, on ilmiö, joka esiintyy eukaryoottisissa organismeissa jälkeen DNA: n transkription RNA: ksi ja joudutaan irrottamaan introneja geenin, säilyttäen eksonien. Sitä pidetään välttämättömänä geenien ilmentymisessä.

Se tapahtuu eksonien ja intronien välisen fosfodiesterisidoksen eliminaation ja sitä seuraavan eksonien välisen sidoksen liitoksen kautta. Silmukointia tapahtuu kaikissa RNA-tyypeissä, mutta se on asiaankuuluvampaa RNA-molekyylissä. Sitä voi esiintyä myös DNA- ja proteiinimolekyyleissä.

Lähde: BCSteve, kirjoittanut Wikimedia Commons

Voi olla, että kun eksoneja kootaan, ne käyvät läpi järjestelyn tai minkä tahansa tyyppisen muutoksen. Tämä tapahtuma tunnetaan vaihtoehtoisena silmukointina ja sillä on tärkeitä biologisia seurauksia.

Mistä se koostuu?

Geeni on DNA-sekvenssi, jolla on tarvittavat tiedot fenotyypin ilmentämiseksi. Geenin käsitettä ei rajoiteta tiukasti DNA-sekvensseihin, jotka ekspressoidaan proteiineina.

Biologian keskeinen "dogma" sisältää prosessin DNA: n transkriptioksi välimolekyyliksi, lähetti-RNA: ksi. Tämä puolestaan ​​muunnetaan proteiineiksi ribosomien avulla.

Eukaryoottisissa organismeissa nämä pitkät geenisekvenssit kuitenkin keskeytetään sellaisella sekvenssityypillä, joka ei ole tarpeen kyseiselle geenille: introneilla. Messenger-RNA: n tehokkaan translaation vuoksi nämä intronit on poistettava.

RNA: n silmukointi on mekanismi, joka sisältää erilaisia ​​kemiallisia reaktioita, joita käytetään poistamaan elementtejä, jotka häiritsevät tietyn geenin sekvenssiä. Säilyneitä elementtejä kutsutaan eksoneiksi.

Missä se tapahtuu?

Spliceosomi on valtava proteiinikompleksi, joka katalysoi silmukointivaiheita. Se koostuu viidestä tyypistä pieniä ydin-RNA: eja, nimeltään U1, U2, U4, U5 ja U6, sekä sarjasta proteiineja.

Arvellaan, että silmukointi osallistuu pre-mRNA: n laskostumiseen sen kohdistamiseksi oikein kahteen alueeseen, joissa silmukkaprosessi tapahtuu.

Tämä kompleksi kykenee tunnistamaan konsensussekvenssin, jolla useimmilla introneilla on lähellä niiden 5'- ja 3'-päätä. On huomattava, että metatsoaneista on löydetty geenejä, joilla ei ole näitä sekvenssejä ja jotka käyttävät tunnustamiseen toista ryhmää pieniä ydin-RNA: ita.

Tyypit

Kirjallisuudessa termiä silmukointi käytetään yleensä prosessiin, johon liittyy lähetti-RNA. Muissa tärkeissä biomolekyyleissä esiintyy kuitenkin erilaisia ​​liitosprosesseja.

Proteiinit voivat myös läpikäydä silmukoinnin, tässä tapauksessa se on aminohapposekvenssi, joka poistetaan molekyylistä.

Poistettua fragmenttia kutsutaan "intein". Tämä prosessi tapahtuu luonnossa organismeissa. Molekyylibiologia on onnistunut luomaan tätä tekniikkaa käyttämällä erilaisia ​​tekniikoita, joihin sisältyy proteiinien manipulointi.

Samoin silmukointi tapahtuu myös DNA-tasolla. Siten kaksi aikaisemmin erotettua DNA-molekyyliä voidaan yhdistää kovalenttisten sidosten avulla.

RNA-silmukointityypit

Toisaalta RNA-tyypistä riippuen on olemassa erilaisia ​​kemiallisia strategioita, joissa geeni voi päästä eroon introneista. Erityisesti pre-mRNA: n silmukointi on monimutkainen prosessi, koska siihen sisältyy sarja vaiheita, joita splisiceomi katalysoi. Kemiallisesti prosessi tapahtuu transesteröintireaktioilla.

Esimerkiksi hiivassa prosessi alkaa 5'-alueen pilkkomisella tunnistuskohdassa, introni-eksoni "silmukka" muodostetaan 2'-5'-fosfodiesterisidoksen kautta. Prosessi jatkuu raon muodostumisella 3'-alueelle ja lopulta tapahtuu kahden eksonin liitto.

Jotkut ydin- ja mitokondriaaligeenejä hajottavista introneista voidaan silmukoida ilman entsyymien tai energian tarvetta, vaan pikemminkin transesteröintireaktioiden kautta. Tämä ilmiö havaittiin Tetrahymena thermophila-organismissa.

Sitä vastoin suurin osa ydingeeneistä kuuluu introneiden ryhmään, jotka tarvitsevat koneita poistamisprosessin katalysoimiseksi.

Vaihtoehtoinen liitos

Ihmisillä on todettu, että proteiineja on noin 90 000, ja aiemmin ajateltiin, että geenien on oltava identtinen määrä.

Uusien tekniikoiden ja ihmisgenomiprojektin tultua voitiin päätellä, että meillä on vain noin 25 000 geeniä. Joten miten on mahdollista, että meillä on niin paljon proteiinia?

Eksoneja ei saa koota samassa järjestyksessä kuin ne transkriptoitiin RNA: han, mutta ne voidaan järjestää perustamalla uusia yhdistelmiä. Tämä ilmiö tunnetaan vaihtoehtona. Tästä syystä yksi transkriptoitu geeni voi tuottaa useampaa kuin yhtä proteiinityyppiä.

Tätä proteiinien lukumäärän ja geenien lukumäärän välistä epäjohdonmukaisuutta selvitti tutkija Gilbert vuonna 1978 jättäen perinteisen käsitteen "sillä geenillä on proteiini".

Lähde: Kansallinen ihmisgenomitutkimuslaitos (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), Wikimedia Commonsin kautta

ominaisuudet

Kelemen et al. (2013): "yksi tämän tapahtuman tehtävistä on lisätä lähetti-RNA: ien monimuotoisuutta proteiinien, proteiinien ja nukleiinihappojen sekä proteiinien ja membraanien välisten suhteiden säätelemisen lisäksi".

Näiden kirjoittajien mukaan "vaihtoehtoinen silmukointi on vastuussa proteiinien sijainnin, niiden entsymaattisten ominaisuuksien ja vuorovaikutuksen ligandien säätelystä". Se on liittynyt myös solujen erilaistumisprosesseihin ja organismien kehitykseen.

Evoluution valossa se näyttää olevan tärkeä muutosmekanismi, koska suuren osan korkeamman määrän eukaryoottisia organismeja on havaittu kärsivän suuria vaihtoehtoisen silmukoinnin tapahtumia. Sen lisäksi, että sillä on tärkeä rooli lajien erilaistumisessa ja genomin kehityksessä.

Vaihtoehtoinen silmukointi ja syöpä

On näyttöä siitä, että mikä tahansa virhe näissä prosesseissa voi johtaa solun epänormaaliin toimintaan, aiheuttaen vakavia seurauksia yksilölle. Näistä mahdollisista patologioista erottuu syöpä.

Tästä syystä vaihtoehtoista silmukointia on ehdotettu uutena biologisena markkerina näille solujen epänormaaleille tiloille. Samoin, jos on mahdollista ymmärtää täysin mekanismin perusta, jolla tauti esiintyy, niihin voitaisiin ehdottaa ratkaisuja.

Viitteet

1. Berg, JM, Stryer, L., ja Tymoczko, JL (2007). Biokemia. Käänsin.
2. De Conti, L., Baralle, M., ja Buratti, E. (2013). Eksonin ja intronin määritelmä pre - mRNA - silmukoinnissa. Wileyn tieteidenväliset arvostelut: RNA, 4 (1), 49–60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Vaihtoehtoisen liitoksen toiminta. Gene, 514 (1), 1–30.
4. Lamond, A. (1993). Bioessays, 15 (9), 595 - 603.
5. Roy, B., Haupt, LM, & Griffiths, LR (2013). Katsaus: Geenien vaihtoehtoinen silmukointi (AS) lähestymistapana proteiinin monimutkaisuuden luomiseen. Nykyinen genomiikka, 14 (3), 182–194.
6. Vila - Perelló, M., ja Muir, TW (2010). Proteiinin silmukoinnin biologiset sovellukset. Cell, 143 (2), 191-200.
7. Liu, J., Zhang, J., Huang, B., ja Wang, X. (2015). Vaihtoehtoisen silmukoinnin mekanismi ja sen käyttö leukemian diagnosoinnissa ja hoidossa. Chinese Journal of Laboratory Medicine, 38 (11), 730–732.