RNA-splitsingsstappen: gedetailleerde analyse en feiten

by

Splicing is het proces waarbij heteronucleair RNA wordt omgezet in boodschapper-RNA in het eukaryote centrale dogma.

RNA-splitsing is een mechanisme waarbij genetische informatie wordt veranderd in RNA-vorm tijdens eukaryote genexpressie. Het proces wordt post-transcriptionele verwerking genoemd, dwz het is een onderdeel van de RNA-transcriptie van het gen.

Een verklaring van de overdracht van genetische informatie binnen een biologisch systeem is de kern van de moleculaire biologie. Hoewel dit niet de oorspronkelijke betekenis is, wordt het soms geformuleerd als "DNA produceert RNA en RNA maakt eiwit.” Dit is het kernmechanisme van het centrale dogma.

Simpel gezegd betekent het conversie van DNA (gen) naar RNA naar eiwit via transcriptie en vertaling en komt voor in zowel prokaryoten als eukaryoten. De RNA-splitsing stappen worden hieronder besproken.

RNA-splitsingsdefinitie:

In termen van moleculaire biologie, RNA splicing is een van de processen die betrokken zijn bij het omzetten van een mRNA-precursor in een volwassen mRNA. Dit wordt gedaan door de introns of de niet-coderende genen in het pre-mRNA of hnRNA te verwijderen en alleen de coderende genen of exons samen te voegen om de mRNA-keten te vormen.

Voor genen gecodeerd in de kern zoals in eukaryoten, splitsing vindt onmiddellijk na transcriptie plaats en wordt een post-transcriptioneel proces genoemd.

RNA-splitsingsmechanisme:

Het proces van splitsing vindt plaats in verschillende stappen. De RNA-splitsingsstappen zijn:

  • Step1: Vorming en activering van verschillende spliceosoomcomplexen
  • Step2: Het begin- en eindpunt van de introns vinden en verwijderen
  • Step3: De exons samenvoegen.
rna-splicing-stappen
Een illustratie die RNA-splitsingsstappen toont
Afbeelding: Wikipedia

Vorming van het spliceosoom en het spliceosoom locatie de introns en het afsnijden ervan vinden gelijktijdig plaats in dezelfde stap, gevolgd door het samenvoegen van de exons.

VORMING VAN HET SPLICEOSOM:

Splicing in hnRNA wordt geïnitieerd door het spliceosoom, een groot RNA-eiwitcomplex dat bestaat uit vijf kleine nucleaire ribonucleoproteïnen (snRNP's). Het spliceosoom wordt geassembleerd en geactiveerd tijdens de transcriptie van het hnRNA. De RNA-componenten van SnRNP's interageren met het intron en spelen een rol bij katalyse. Er zijn twee soorten spliceosomen (majeur en mineur) die verschillende snRNP's bevatten.

In dit proces worden 2 soorten spliceosomen geproduceerd: de belangrijk spliceosoom en klein spliceosoom. Deze twee soorten spliceosomen hebben duidelijk verschillende functies.

ERKENNING VAN DE INTRON-SITES:

Belangrijkste spliceosoom:

Het Major spliceosoom splitst introns met G (Guanine) U (Uracil) sequentie op de 5'-splitsingsplaats en A (Adenine) G (Guanine) sequentie op de 3'-splitsingsplaats. Het is actief in de kern en bestaat uit de 6 snRNP's-U1, U2, U4, U5 en U6. Spliceosoomvorming vereist ook verschillende eiwitten, waaronder U2 kleine nucleaire RNA-hulpfactor 1 (U2AF35), U2AF2 (U2AF65) en SF1 (splitsingsfactor 1). Tijdens het proces van RNA-splitsing worden verschillende complexen met verschillende functies geproduceerd door het spliceosoom, waaronder:

Intron Miguelferig 1
Afbeelding met de intronsequentie tussen de exons
Afbeelding: Wikipedia

Complexe E:

  • U1 snRNP gaat en bindt zich aan de GU-sequentie in de 5'-splitsingsplaats van een intron
  • Splicing factor1 (SF1) bindt aan de vertakkingspuntsequentie van hetzelfde intron;
  • U2AF1 bindt aan de splitsingsplaats die aanwezig is op het 3'-uiteinde van het intron;
  •  U2AF2 gaat zich binden aan het polypyrimidine-kanaal;

Complex A (pre-spliceosoomcomplex)

  • De U2 snRNP hecht zich aan de vertakkingspuntsequentie en verdringt Splicing Factor 1, waardoor ATP wordt gehydrolyseerd.

Complex B

  • Drie snRNP's-U5, U4 en U6 binden samen om een ​​trimeer complex te vormen, waarbij de U5 snRNP bindt aan exons op de 5'-plaats terwijl U6 bindt aan U2.

Complex B*:

  • Het U1 snRNP-complex wordt vrijgegeven. Nadat de posities van de U5 van het exon naar het intron zijn verschoven, gaat de U6 en bindt zich aan de 5'-splitsingsplaats die eerder door de U5 werd ingenomen.

Complex C (katalytisch spliceosoom):

  • De U4 snRNP komt vrij. Tegelijkertijd katalyseert de U6/U2 transverestering (verwisseling van de organische groep R”-groep van een estermolecuul met de organische groep R'-groep van een alcoholmolecuul).
  • Het 5'-uiteinde van het intron gaat rond om te ligeren aan de Adenine op zichzelf en vormt een lasso; de U5 bindt exon op de 3'-splitsingsplaats en de 5'-plaats wordt gesplitst, waardoor de lasso wordt gevormd; en de U5 bindt exon op de 3'-splitsingsplaats, waardoor de lasso wordt gevormd.

Canonical splicing, ook bekend als de lasso route, is de meest voorkomende vorm van splicing die in de natuur voorkomt. Het is verantwoordelijk voor meer dan 99% van alle splicing die in alle RNA-variëteiten voorkomt.

Wanneer de sequenties die aan de zijkanten van het intron flankeren, niet voldoen aan de GU-AG-regel (GuanineUracil-GuanineAdenine), wordt dit niet-canonieke splicing genoemd.

Klein spliceosoom
Afbeelding waarin splitsing tussen majeur en klein spliceosoom wordt vergeleken
Afbeelding: Wikipedia

Klein spliceosoom:

De functie van het kleine spliceosoom is vrij gelijkaardig aan die van het belangrijkste spliceosoom, maar het splitst ongebruikelijke introns met verschillende splitsingsplaatssequenties. Hoewel de U5 snRNP vergelijkbaar is in zowel de kleine als de grote spliceosomen, heeft het kleine spliceosoom verschillende maar functioneel analoge snRNP's voor U1, U2, U4 en U6, respectievelijk bekend als U11, U12, U4atac en U6atac.

AANSLUITEN VAN DE EXONS:

Het gaat om Complex C*, een post-spliceosomaal complex. De laatste stap van splitsing bestaat uit het splitsen van de 3'-site en procesvoering van de exons met behulp van ATP-hydrolyse, terwijl U2/U5/U6 aan de lasso gehecht blijft. De gesplitst RNA, de lasso en de snRNP's worden allemaal vrijgegeven en vernietigd voordat ze worden gerecycled.

En daardoor krijgen we mRNA dat vrij is van introns en alleen bestaat uit coderende introns die respectievelijk aan de 5'- en 3'-uiteinden zijn afgetopt en van een staart voorzien.

Wat gebeurt er bij RNA-splitsing??

Het eerste RNA dat van de DNA-matrijs van een gen wordt getranscribeerd, moet worden verwerkt voordat het een volgroeid boodschapper-RNA (mRNA) wordt dat de eiwitsynthese in de meeste eukaryote genen (en sommige prokaryotische genen) kan regelen.

De meeste eukaryote genen (en ook sommige prokaryotische genen) moeten worden verwerkt voordat het pre-messenger-RNA wordt omgezet in een volgroeid messenger-RNA (mRNA) dat daadwerkelijk kan worden gebruikt voor het synthetiseren van eiwitten.

1920px Spliceosome balcyclus nieuw2
Illustratie van de spliceosoomcyclus
Afbeelding: Wikipedia

De verwerking van hnRNA tot rijp mRNA vereist in totaal 3 stappen:

  • Toevoeging van 7-methylguanosine aan het 5'-uiteinde
  • Trimmen van het 3'-uiteinde en toevoeging van een 200 "A" nucleotide staart door een enzym genaamd Poly A Polymerase.
  • Splicing van de introns.

We zien dus dat splicing slechts een van de stappen is van post-transcriptionele verwerking van RNA.

Hoe werkt RNA-splitsing??

Het biochemische mechanisme van Splicing is in verschillende situaties onderzocht en is nu redelijk goed beschreven.

Introns worden geëlimineerd uit hoofdtranscripten door splitsing op splitsingsplaatsen, die geconserveerde sequenties zijn. Introns hebben deze locaties aan de 5'- en 3”- uiteinden. De RNA-sequentie die het meest typisch wordt verwijderd, begint met het dinucleotide GU aan het 5'-uiteinde en eindigt met AG aan het 3'-uiteinde.

Zelfs als een enkel nucleotide wordt gewijzigd, kan het het hele splitsingsproces remmen; daarom is het belangrijk om de consensus-nucleotidesequentie te behouden. Een ander belangrijk gebied vindt plaats op het vertakkingspunt, dat zich overal tussen kan bevinden 18 en 40 nucleotiden stroomopwaarts van het 3'-uiteinde van een intron. De adenine op het vertakkingspunt is altijd aanwezig, terwijl de rest van de reeks nogal zwak bewaard is gebleven.

Splicing wordt in verschillende fasen uitgevoerd, waarbij kleine nucleaire ribonucleoproteïnen als katalysatoren werken (snRNP's, gewoonlijk "snurft").

Lees ook: