Splice

Splice tähistab eukarüootide rakutuumas transkriptsiooni ajal üliolulist protsessi, mille käigus küps mRNA väljub pre-mRNA-st. Intronid, mis pärast transkriptsiooni jäävad endiselt mRNA-sse, eemaldatakse ja ülejäänud eksonid ühendatakse valmis mRNA moodustamiseks.

Mis on splaissimine

Molekulaarbioloogia keskne dogma väidab, et geneetilise teabe voog toimub infokandja DNA-st RNA kaudu valku. Geeniekspressiooni esimene samm on nn transkriptsioon. RNA sünteesimisel kasutatakse matriitsina DNA-d. DNA on geneetilise teabe kandja, mida talletatakse koodiga, mis koosneb neljast alusest - amiinist, tümiinist, guaniinist ja tsütosiinist. RNA polümeraasi valgukompleks loeb transkriptsiooni ajal DNA alusjärjestust ja tekitab vastava “Messengeri-eelse RNA” (lühidalt pre-mRNA). Tümiini asemel lisatakse alati uratsiil.

Geenid koosnevad eksonitest ja intronitest. Eksonid on need genoomi osad, mis tegelikult kodeerivad geneetilist teavet. Introns tähistab vastupidiselt geeni mittekodeerivaid lõike. DNA-s talletatud geenid läbivad pikad lõigud, mis ei vasta hilisema valgu ühelegi aminohappele ega aita kaasa translatsioonile.

Geenil võib olla kuni 60 intronit, pikkusega 35 kuni 100 000 nukleotiidi. Keskmiselt on need intronid kümme korda pikemad kui eksonid. Transkriptsiooni esimeses etapis toodetud pre-mRNA, mida sageli nimetatakse ka ebaküpseks mRNA-ks, sisaldab endiselt nii eksoone kui ka introne. Siit algab splaissimisprotsess.

Intronid tuleb pre-mRNA-st eemaldada ja ülejäänud eksonid tuleb omavahel ühendada. Ainult siis võib küps mRNA lahkuda rakutuumast ja algatada translatsiooni.

Liimimine toimub enamasti splitseosoomi (saksa: spliceosome) abil. See koosneb viiest snRNP-st (väikesed tuuma ribonukleoproteiini osakesed). Kõik need snRNP-d koosnevad snRNA-st ja valkudest. Splitseosoomi kuuluvad ka mõned muud valgud, mis ei kuulu snRNP-desse. Spliceosoomid jagunevad peamisteks ja väiksemateks spiceosoomideks. Suurim splitsosoom töötleb üle 95% kõigist inimese intronitest, väiksem splitsosoom võtab peamiselt üle ATAC intronid.

Splaissimise selgitamise eest pälvisid Richard John Roberts ja Phillip A. Sharp 1993. aastal Nobeli meditsiinipreemia. Thomas R. Cech ja Sidney Altman said 1989. aastal Nobeli keemiapreemia teadusuuringute eest RNA alternatiivse splaissingu ja katalüütilise toime uurimise eest.

Funktsioon ja ülesanne

Splaissimisprotsessi käigus moodustatakse splitsosoom uuesti selle üksikutest osadest. Imetajatel akumuleerub snRNP U1 kõigepealt 5'-splaissikohas ja algatab järelejäänud spicefisoomi moodustumise. SnRNP U2 seondub introni hargnemispunktiga. Seejärel seostub ka tri-snRNP.

Splitseosoom katalüüsib splaissimisreaktsiooni kahe järjestikuse ümberesterdamise abil. Reaktsiooni esimeses osas ründab "hargnemispunkti järjestusest" (BPS) pärit adenosiini 2'-OH rühma hapnikuaatom fosfodiestersideme fosforiaatomit 5'-splaissimiskohas. See vabastab 5 'eksoni ja ringleb introni. 5'-eksoni nüüd vaba 3'-OH rühma hapnikuaatom seondub nüüd 3'-splaiss-kohaga, mille kaudu kaks eksonit on ühendatud ja intron vabaneb. Intron viiakse voolujoonelisse kehaehitusse, mida nimetatakse vastseks, mis seejärel lagundatakse.

Vastupidiselt sellele ei mängi splitsosoomid ise splaissimisel rolli. Siin välistatakse intronite translatsioon RNA enda sekundaarse struktuuri poolt. TRNA (siirde-RNA) ensümaatiline splaissimine toimub eukarüootides ja arheas, kuid mitte bakterites.

Splaissimisprotsess peab toimuma ülima täpsusega täpselt eksoni-introni piiril, kuna kõrvalekalle vaid ühe nukleotiidi korral tooks kaasa aminohapete vale kodeerimise ja seega täiesti erinevate valkude moodustumise.

Eel-mRNA splaissimine võib muutuda keskkonnamõjude või koetüübi tõttu teisiti. See tähendab, et samast DNA järjestusest ja seega samast pre-mRNA-st saab moodustada erinevaid valke. Seda protsessi nimetatakse alternatiivseks splaissimiseks. Inimese rakk sisaldab umbes 20 000 geeni, kuid on alternatiivse splaissingu tõttu võimeline tootma mitusada tuhat valku. Umbes 30% kõigist inimese geenidest omavad alternatiivset splaissingut.

Liimimine on evolutsioonis suurt rolli mänginud. Eksonid kodeerivad sageli valkude üksikuid domeene, mida saab omavahel erineval viisil kombineerida. See tähendab, et vaid paarist eksonist saab toota väga erinevaid valke, millel on täiesti erinevad funktsioonid. Seda protsessi nimetatakse eksoni segamiseks.

Haigused ja tervisehäired

Mõni pärilik haigus võib tekkida splaissinguga tihedas seoses. Mittekodeerivate intronite mutatsioonid ei põhjusta tavaliselt valkude moodustumise vigu. Kui aga mutatsioon toimub introni osas, mis on oluline splaissingu reguleerimiseks, võib see põhjustada pre-mRNA vigase splaissingu. Saadud küps mRNA kodeerib siis vigaseid või halvimal juhul kahjulikke valke. See kehtib näiteks teatud tüüpi beeta-talasseemia, päriliku aneemia korral. Teised sel viisil arenevate haiguste esindajad on näiteks Ehlers-Danlosi sündroom (EDS) II tüüp ja seljaaju lihaste atroofia.