SESTŘIH (GENETIKA): Z ČEHO SE SKLÁDÁ, TYPY - BIOLOGIE - 2025

Sestřih nebo proces sestřihu RNA, je jev, který se vyskytuje v eukaryotických organismech po transkripci DNA na RNA, a spočívá v odstranění intronů genu, opěrné exony. V genové expresi je považován za zásadní.

Vyskytuje se prostřednictvím událostí eliminace fosfodiesterové vazby mezi exony a introny a následným spojením vazby mezi exony. K sestřihu dochází u všech typů RNA, je však relevantnější v molekule messenger RNA. Může se také vyskytovat v molekulách DNA a proteinů.

Zdroj: BCSteve, z Wikimedia Commons

Může se stát, že při sestavování exonů dojde k uspořádání nebo k jakékoli změně. Tato událost je známá jako alternativní sestřih a má důležité biologické důsledky.

Z čeho se skládá?

Gen je sekvence DNA s informacemi nezbytnými pro expresi fenotypu. Koncept genu není přísně omezen na sekvence DNA, které jsou exprimovány jako proteiny.

Centrální „dogma“ biologie zahrnuje proces transkripce DNA do intermediární molekuly, messengerové RNA. To se zase převádí na proteiny pomocí ribozomů.

U eukaryotických organismů jsou však tyto dlouhé genové sekvence přerušeny typem sekvence, která není pro daný gen nezbytná: introny. Aby mohla být messengerová RNA účinně přeložena, musí být tyto introny odstraněny.

Sestřih RNA je mechanismus, který zahrnuje různé chemické reakce používané k odstranění prvků, které narušují sekvenci určitého genu. Zachované prvky se nazývají exony.

Kde se to stane?

Spliceozom je obrovský proteinový komplex, který katalyzuje sestřihové kroky. Skládá se z pěti typů malých jaderných RNA zvaných U1, U2, U4, U5 a U6, jakož i ze série proteinů.

Předpokládá se, že sestřih se podílí na skládání pre-mRNA, aby byl správně vyrovnán se dvěma oblastmi, ve kterých nastane proces sestřihu.

Tento komplex je schopen rozpoznat konsenzuální sekvenci, kterou má většina intronů blízko svých 5 'a 3' konců. Je třeba poznamenat, že v metazoanech byly nalezeny geny, které tyto sekvence nemají a pro jejich rozpoznávání používají jinou skupinu malých jaderných RNA.

Typy

V literatuře se termín sestřih obvykle používá na proces, který zahrnuje messengerovou RNA. V jiných důležitých biomolekulách však existují různé sestřihové procesy.

Proteiny mohou také podléhat sestřihu, v tomto případě je to aminokyselinová sekvence, která je z molekuly odstraněna.

Odebraný fragment se nazývá "intein". Tento proces se přirozeně vyskytuje v organismech. Molekulární biologie dokázala pomocí tohoto principu vytvořit různé techniky, které zahrnují manipulaci s proteiny.

Podobně dochází ke spojování také na úrovni DNA. Dvě molekuly DNA, které byly předtím separovány, se tedy mohou spojit pomocí kovalentních vazeb.

Typy sestřihu RNA

Na druhé straně, v závislosti na typu RNA, existují různé chemické strategie, ve kterých se gen může zbavit intronů. Zejména sestřih pre-mRNA je komplikovaný proces, protože zahrnuje řadu kroků katalyzovaných spliceosomem. Chemicky k tomuto procesu dochází transesterifikačními reakcemi.

Například u kvasinek začíná proces štěpením 5 'oblasti v rozpoznávacím místě, "smyčka" intron-exon je tvořena 2'-5' fosfodiesterovou vazbou. Proces pokračuje vytvořením mezery v oblasti 3 'a nakonec dojde ke spojení obou exonů.

Některé z intronů, které narušují jaderné a mitochondriální geny, mohou být sestřiženy bez potřeby enzymů nebo energie, ale spíše transesterifikačními reakcemi. Tento jev byl pozorován v organismu termofilů Tetrahymena.

Naproti tomu většina jaderných genů patří do skupiny intronů, které potřebují k urychlení procesu odstranění mechanismus.

Alternativní sestřih

U lidí se uvádí, že existuje asi 90 000 různých proteinů a dříve se předpokládalo, že musí existovat stejný počet genů.

S příchodem nových technologií a projektem lidského genomu bylo možné dojít k závěru, že máme jen asi 25 000 genů. Jak je tedy možné, že máme tolik bílkovin?

Exony nemohou být sestaveny ve stejném pořadí, v jakém byly přepsány do RNA, ale mohou být uspořádány zavedením nových kombinací. Tento jev je znám jako alternativní sestřih. Z tohoto důvodu může jeden transkribovaný gen produkovat více než jeden typ proteinu.

Tento nesoulad mezi počtem bílkovin a počtem genů byl objasněn v roce 1978 výzkumníkem Gilbertem, přičemž zanechal tradiční koncept „pro gen existuje protein“.

Zdroj: Národní ústav pro výzkum lidského genomu (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), prostřednictvím Wikimedia Commons

Funkce

Pro Kelemen et al. (2013) „je jednou z funkcí této události zvýšení diverzity messengerových RNA, kromě regulace vztahů mezi proteiny, mezi proteiny a nukleovými kyselinami a mezi proteiny a membránami.“

Podle těchto autorů je „alternativní sestřih zodpovědný za regulaci lokalizace proteinů, jejich enzymatických vlastností a jejich interakce s ligandy“. Také se to týkalo procesů buněčné diferenciace a vývoje organismů.

Ve světle evoluce se jeví jako důležitý mechanismus změny, protože bylo zjištěno, že vysoký podíl vyšších eukaryotických organismů trpí vysokými událostmi alternativního sestřihu. Kromě toho, že hraje důležitou roli v diferenciaci druhů a ve vývoji genomu.

Alternativní sestřih a rakovina

Existují důkazy, že jakákoli chyba v těchto procesech může vést k abnormálnímu fungování buňky, což může mít pro jednotlivce vážné následky. Mezi těmito potenciálními patologiemi vyniká rakovina.

Z tohoto důvodu bylo navrženo alternativní sestřihování jako nový biologický marker pro tyto abnormální stavy v buňkách. Podobně, pokud je možné plně porozumět základu mechanismu, kterým se nemoc vyskytuje, lze pro ně navrhnout řešení.

Reference

1. Berg, JM, Stryer, L., & Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Obrátil jsem se.
2. De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, E. (2013). Definice exonu a intronu při sestřihu pre - mRNA. Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA, 4 (1), 49–60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Funkce alternativního sestřihu. Gene, 514 (1), 1-30.
4. Lamond, A. (1993). Spliceosom. Bioessays, 15 (9), 595-603.
5. Roy, B., Haupt, LM a Griffiths, LR (2013). Recenze: Alternativní sestřih (AS) genů jako přístup ke generování proteinové složitosti. Current Genomics, 14 (3), 182–194.
6. Vila - Perelló, M. a Muir, TW (2010). Biologické aplikace sestřihu proteinů. Cell, 143 (2), 191-200.
7. Liu, J., Zhang, J., Huang, B. a Wang, X. (2015). Mechanismus alternativního sestřihu a jeho aplikace v diagnostice a léčbě leukémie. Chinese Journal of Laboratory Medicine, 38 (11), 730–732.