Spleißen (Genetik): Woraus besteht es, Typen

Spleißen oder RNA-Spleißen ist ein Phänomen, das in eukaryotischen Organismen nach der Transkription von DNA in RNA auftritt und das Entfernen der Introns eines Gens umfasst, wobei die Exons erhalten bleiben. Es wird als grundlegend für die Genexpression angesehen.

Es tritt durch Eliminierungsereignisse der Phosphodiesterbindung zwischen den Exons und den Introns und die anschließende Bindung der Bindung zwischen den Exons auf. Das Spleißen tritt bei allen Arten von RNA auf, ist jedoch im Messenger-RNA-Molekül relevanter. Es kann auch in DNA- und Proteinmolekülen vorkommen.

Sie können eine Anordnung oder irgendeine Art von Änderung erfahren, wenn sie die Exons zusammenbauen. Dieses Ereignis ist als alternatives Spleißen bekannt und hat wichtige biologische Konsequenzen.

Woraus besteht es?

Ein Gen ist eine DNA-Sequenz mit der Information, die zur Expression eines Phänotyps erforderlich ist. Das Konzept des Gens ist nicht streng auf DNA-Sequenzen beschränkt, die als Proteine ​​exprimiert werden.

Das zentrale "Dogma" der Biologie besteht darin, DNA in eine molekülvermittelte Boten-RNA zu transkribieren. Dies wiederum übersetzt sich mit Hilfe von Ribosomen in Proteine.

In eukaryotischen Organismen werden diese langen Sequenzen von Genen jedoch durch eine Art Sequenz unterbrochen, die für das betreffende Gen nicht erforderlich ist: die Introns. Damit die Messenger-RNA effektiv translatiert werden kann, müssen diese Introns eliminiert werden.

RNA-Spleißen ist ein Mechanismus, der verschiedene chemische Reaktionen umfasst, mit denen Elemente entfernt werden, die die Sequenz eines bestimmten Gens unterbrechen. Die Elemente, die erhalten bleiben, heißen Exons.

Wo passiert es?

Das Spiceosom ist ein riesiger Proteinkomplex, der die Schritte des Spleißens katalysiert. Es besteht neben einer Reihe von Proteinen aus fünf Arten von kleinen Kern-RNAs, die als U1, U2, U4, U5 und U6 bezeichnet werden.

Es wird spekuliert, dass das Spleißosom an der Faltung der prä-mRNA beteiligt ist, um sie korrekt an den beiden Regionen auszurichten, in denen der Spleißprozess stattfinden wird.

Dieser Komplex ist in der Lage, die Konsensussequenz zu erkennen, die die meisten Introns in der Nähe ihrer 5'- und 3'-Enden besitzen. Es sollte beachtet werden, dass Gene in Metazoen gefunden wurden, die diese Sequenzen nicht besitzen und eine andere Gruppe kleiner nuklearer RNAs für ihre Erkennung verwenden.

Typen

In der Literatur wird der Begriff Spleißen üblicherweise auf den Prozess angewendet, bei dem es sich um Messenger-RNA handelt. Bei anderen wichtigen Biomolekülen treten jedoch unterschiedliche Spleißvorgänge auf.

Proteine ​​können auch gespleißt werden, in diesem Fall ist es eine Sequenz von Aminosäuren, die aus dem Molekül entfernt wird.

Das entfernte Fragment heißt "Intein". Dieser Prozess findet natürlich in Organismen statt. Die Molekularbiologie hat es geschafft, mithilfe dieses Prinzips verschiedene Techniken zu entwickeln, bei denen Proteine ​​manipuliert werden.

In gleicher Weise erfolgt das Spleißen auch auf DNA-Ebene. Somit sind zwei DNA-Moleküle, die zuvor mit der Fähigkeit aufgetrennt wurden, mittels kovalenter Bindungen zu binden.

Arten des RNA-Spleißens

Andererseits gibt es je nach Art der RNA Unterschiede bei den chemischen Strategien, bei denen das Gen die Introns loswerden kann. Insbesondere das Spleißen der prä-mRNA ist ein komplizierter Prozess, da es eine Reihe von Schritten umfasst, die durch das Spleißosom katalysiert werden. Chemisch läuft der Prozess durch Umesterungsreaktionen ab.

Bei Hefen beginnt der Prozess beispielsweise mit dem Aufbrechen der 5'-Region an der Erkennungsstelle, die Intron-Exon- "Schleife" wird durch eine 2'-5'-Phosphodiesterbindung gebildet. Der Prozess setzt sich mit der Bildung einer Lücke in der 3'-Region fort und schließlich findet die Vereinigung der beiden Exons statt.

Einige der Introns, die nukleare und mitochondriale Gene unterbrechen, können ihre Spleißung durchführen, ohne dass Enzyme oder Energie benötigt werden, sondern mittels Umesterungsreaktionen. Dieses Phänomen wurde im Organismus Tetrahymena thermophila beobachtet .

Im Gegensatz dazu gehören die meisten nuklearen Gene zur Gruppe der Introns, die Maschinen benötigen, die den Eliminierungsprozess katalysieren.

Alternatives Spleißen

Es wurde berichtet, dass es beim Menschen etwa 90.000 verschiedene Proteine ​​gibt, und zuvor wurde angenommen, dass es eine identische Anzahl von Genen geben sollte.

Mit der Einführung neuer Technologien und des Humangenomprojekts wurde der Schluss gezogen, dass wir nur etwa 25.000 Gene haben. Wie ist es möglich, dass wir so viele Proteine ​​haben?

Die Exons können möglicherweise nicht in der gleichen Reihenfolge zusammengesetzt werden, in der sie in die RNA transkribiert wurden, aber sie werden durch Etablieren neuer Kombinationen angeordnet. Dieses Phänomen ist als alternatives Spleißen bekannt. Aus diesem Grund kann ein einzelnes transkribiertes Gen mehr als eine Proteinart produzieren.

Diese Inkongruenz zwischen der Anzahl von Proteinen und der Anzahl von Genen wurde 1978 von dem Forscher Gilbert aufgeklärt, wobei das traditionelle Konzept "für ein Gen gibt es ein Protein" hinterlassen wurde.

Funktionen

Für Kelemen und Mitarbeiter (2013) "Eine der Aufgaben dieser Veranstaltung ist es, die Diversität der Boten-RNA zu erhöhen und die Beziehungen zwischen Proteinen, zwischen Proteinen und Nukleinsäuren sowie zwischen Proteinen und Membranen zu regulieren."

Diesen Autoren zufolge ist "alternatives Spleißen für die Regulierung der Lokalisierung von Proteinen, ihrer enzymatischen Eigenschaften und ihrer Wechselwirkung mit Liganden verantwortlich". Es wurde auch auf die Prozesse der Zelldifferenzierung und die Entwicklung von Organismen bezogen.

Im Lichte der Evolution scheint dies ein wichtiger Mechanismus für Veränderungen zu sein, da festgestellt wurde, dass ein hoher Anteil von höheren eukaryotischen Organismen unter häufigen Ereignissen des alternativen Spleißens leidet. Darüber hinaus spielen sie eine wichtige Rolle bei der Differenzierung von Arten und bei der Evolution des Genoms.

Alternatives Spleißen und Krebs

Es gibt Hinweise darauf, dass Fehler in diesen Prozessen zu einer abnormalen Funktionsweise der Zelle führen und schwerwiegende Folgen für den Einzelnen haben können. Innerhalb dieser potenziellen Pathologien sticht Krebs hervor.

Aus diesem Grund wurde alternatives Spleißen als neuer biologischer Marker für diese abnormalen Zustände in Zellen vorgeschlagen. Wenn Sie die Grundlagen des Mechanismus, durch den die Krankheit auftritt, gründlich verstehen, können Sie ebenfalls Lösungen vorschlagen.