Splitsa

De Splitsa representerar en avgörande process under transkription i cellkärnan hos eukaryoter, under vilken det mogna mRNA kommer från pre-mRNA. Introner som fortfarande finns i pre-mRNA efter transkription avlägsnas och de återstående exonerna kombineras för att bilda det färdiga mRNA.

Vad är skarvning

Den centrala dogmen i molekylärbiologi säger att flödet av genetisk information sker från informationsbärarens DNA via RNA till proteinet. Det första steget i genuttryck är vad som kallas transkription. RNA syntetiseras med användning av DNA som en mall. DNA är bäraren av den genetiska informationen, som lagras där med hjälp av en kod som består av de fyra baserna adener, tymin, guanin och cytosin. RNA-polymeras-proteinkomplexet läser bassekvensen för DNA under transkription och producerar motsvarande "pre-messenger RNA" (pre-mRNA för kort). Istället för tymin är uracil alltid införlivat.

Gener består av exoner och introner. Exoner är de delar av genomet som faktiskt kodar genetisk information. I motsats till detta representerar introner icke-kodande sektioner i en gen. Genen lagrade på DNA: n genomgås av långa sektioner som inte motsvarar några aminosyror i det senare proteinet och inte bidrar till translation.

En gen kan ha upp till 60 introner med en längd mellan 35 och 100 000 nukleotider. I genomsnitt är dessa introner tio gånger längre än exoner. Det pre-mRNA som producerats i det första transkriptionsteget, även ofta benämnt omoget mRNA, innehåller fortfarande både exoner och introner. Det är här skarvningsprocessen börjar.

Intronerna måste avlägsnas från pre-mRNA och de återstående exonerna måste kopplas samman. Först då kan det mogna mRNA lämna cellkärnan och initiera translation.

Skarven sker mest med hjälp av spliceosomen (tyska: spliceosome). Detta består av fem snRNP: er (små nukleära ribonukleoproteinpartiklar). Var och en av dessa snRNP: er består av ett snRNA och proteiner. Vissa andra proteiner som inte ingår i snRNP: erna är också en del av spliceosomen. Spliceosomer är indelade i större och mindre spliceosomes. Den stora spliceosomen bearbetar över 95% av alla mänskliga introner, den mindre spliceosomen hanterar huvudsakligen ATAC-intronerna.

För förklaringen av skarvning tilldelades Richard John Roberts och Phillip A. Sharp Nobelpriset i medicin 1993. Thomas R. Cech och Sidney Altman fick Nobelpriset i kemi 1989 för sin forskning om alternativ skarvning och den katalytiska effekten av RNA.

Funktion & uppgift

Under skarvningsprocessen bildas spliceosomen på nytt från dess enskilda delar. Hos däggdjur fästs snRNP U1 sig först på 5-skarvplatsen och initierar bildandet av den återstående spliceosomen. SnRNP U2 binder till intronets förgreningspunkt. Därefter binder även tri-snRNP.

Spiceosomen katalyserar skarvningsreaktionen med hjälp av två på varandra följande transesterifieringar. I den första delen av reaktionen, attackerar en syreatom från 2'-OH-gruppen av ett adenosin från "grenpunktssekvensen" (BPS) en fosforatom av en fosfodiesterbindning i 5'-skarvplatsen. Detta släpper 5-exonet och cirkulerar intronet. Syreatomen i den nu fria 3'-OH-gruppen i 5'-exon binder nu till 3'-skarvplatsen, varigenom de två exonerna är anslutna och intronet frigörs. Intronet föras in i en strömlinjeformad konformation, kallad lariat, som sedan bryts ned.

I motsats till detta spelar inte spliceosomer någon roll i självskarvning. Här utesluts intronerna från översättning av RNA: s sekundära struktur. Den enzymatiska skarvningen av tRNA (transfer RNA) sker i eukaryoter och archeae, men inte i bakterier.

Skarvningsprocessen måste äga rum med extrem precision exakt vid exon-introngränsen, eftersom en avvikelse med bara en enda nukleotid skulle leda till felaktig kodning av aminosyror och därmed till bildning av helt olika proteiner.

Skarvningen av en pre-mRNA kan visa sig annorlunda på grund av miljöpåverkan eller vävnadstyp. Detta innebär att olika proteiner kan bildas från samma DNA-sekvens och därmed samma pre-mRNA. Denna process kallas alternativ skarvning. En mänsklig cell innehåller cirka 20 000 gener, men kan producera flera hundra tusen proteiner på grund av alternativ skarvning. Cirka 30% av alla mänskliga gener har alternativ skarvning.

Skarvning har spelat en viktig roll i evolutionen. Exoner kodar ofta för enskilda domäner av proteiner, som kan kombineras med varandra på olika sätt. Detta innebär att ett stort antal proteiner med helt olika funktioner kan produceras från några exoner. Denna process kallas exon shuffling.

Sjukdomar och sjukdomar

Vissa ärftliga sjukdomar kan vara nära relaterade till skarvning. Mutationer i de icke-kodande intronerna leder vanligtvis inte till fel i bildandet av proteiner. Men om en mutation inträffar i en del av en intron som är viktig för reglering av skarvning, kan detta leda till felaktig skarvning av pre-mRNA. Det resulterande mogna mRNA kodar sedan felaktiga eller i värsta fall skadliga proteiner. Detta är till exempel fallet med vissa typer av beta-talassemi, en ärftlig anemi. Andra representanter för sjukdomar som utvecklas på detta sätt är till exempel Ehlers-Danlos syndrom (EDS) typ II och spinal muskelatrofi.