RNA-splitsning: Hur introner tas bort och exoner sammanfogas i mRNA
RNA-splitsning: hur introner klipps bort och exoner fogas i pre-mRNA till moget mRNA — avgörande för korrekt proteinbildning och genuttryck.
RNA-splicing är ett steg i genernas transkription. Messenger RNA (mRNA), som överför koden från DNA till proteiner, byggs upp i flera steg innan det kan användas i översättning.
I det första steget transkriberas varje gen till ett primärt transkript, ofta kallat pre-mRNA. Därefter tas icke‑kodande delar bort och kodande delar fogas ihop: introner skärs bort och exoner sammanfogas genom splicing, en process som utförs av spliceosomerna i cellkärnan.
Orsaken till att splicing behövs är att de flesta eukaryota gener består av avbrutna sekvenser: de kodande regionerna (exoner) är åtskilda av icke‑kodande regioner (introner). Endast när exonerna är korrekt sammanfogade bildas ett funktionellt mRNA som kan ge upphov till ett komplett protein.
Hur splicing går till
- Spliceosomen känner igen korta, bevarade sekvenser vid intronets början och slut (ofta en 5'-splice-site som börjar med "GU" och en 3'-splice-site som slutar med "AG") samt en grenpunkt (en adeninbas) inne i intronet.
- Spliceosomen består av små nukleära RNA och proteiner (snRNPs) som tillsammans organiserar reaktionen. Typiska snRNP-komponenter är U1, U2, U4, U5 och U6.
- Splicing katalyseras genom två på varandra följande transesterifieringsreaktioner:
- Först attackerar grenpunktens 2'-OH den fosfodiesterbindning som markerar intronets 5'-ände, vilket skapar en loopformad "larv" (lariat) kvarvarande kopplad till 3'-änden av det första (upstream) exonet.
- Därefter attackerar den fria 3'-OH-gruppen på det första exonet 3'-splice-stället, vilket förenar de två exonerna och frigör lariat-intronet.
- Det frigjorda lariat‑intronet bryts snabbt ner och nukleotiderna återanvänds.
Spliceosomen och reglering
Spliceosomen är ett stort, dynamiskt komplex som monteras och omorganiseras vid varje intron. Processen regleras av proteiner som SR-proteiner (som ofta främjar splitsning) och hnRNP-familjen (som kan blockera eller ändra splicingen). Dessutom finns cis‑regulatoriska sekvenser i pre‑mRNA (exon‑ och intron‑splicing‑enhancers och silencers) som styr vilka splice‑sites som används.
Alternativ splitsning
Ett viktigt resultat av splicing är möjligheten till alternativ splitsning: samma gen kan användas för att skapa flera olika mRNA-varianter genom att välja olika kombinationer av exoner. Vanliga typer av alternativ splitsning är:
- Exon‑uteslutning (skipping)
- Mutuellt exklusiva exoner
- Alternativa 5'- eller 3'-splice‑sites
- Intron‑retention (ett intron som inte tas bort)
Alternativ splitsning ökar den proteomiska mångfalden och är särskilt vanlig i nervvävnad och under utveckling.
Funktionell betydelse och kvalitetssäkring
- Rätt splicing är nödvändig för att bilda proteiner med korrekt aminosyresekvens och funktion.
- Efter splicing lämnar ofta ett exon junction complex (EJC) mRNA vid exon‑exon‑sömmarna; EJC hjälper till vid export från kärnan och vid kvalitetssäkring, bland annat i samband med nonsense‑mediated decay (NMD) som avlägsnar mRNA med för tidiga stopkodon.
- Splicing sker ofta samtidigt med själva transkriptionen (co‑transcriptional splicing), vilket kopplar genuttryck och mRNA‑bearbetning.
Fel i splicing och sjukdom
Mutationer som påverkar splice‑sites, regulatoriska element eller splicing‑faktorer kan leda till felaktiga eller saknade proteiner och orsaka sjukdomar. Exempel är vissa former av β‑thalassemi, ärftliga muskelsjukdomar och bidragande förändringar i cancer. Moderna terapier använder bland annat antisense‑oligonukleotider för att modulera splicing (exempelvis behandlingar som riktar om splitsning vid spinal muskelatrofi).
Sammanfattning
Inom molekylärbiologin är splicing alltså processen där introner tas bort och exoner sammanfogas för att bilda moget messenger‑RNA. Det mogna messenger‑RNA används sedan för att producera ett korrekt protein genom översättning. Splicing är både ett precisionsarbete och en källa till biologisk mångfald via alternativ splitsning.
Enkel illustration av exoner och introner i pre-mRNA och bildandet av moget mRNA genom skarvning. UTR:erna är icke-kodande delar av exoner i ändarna av mRNA.
Alternativ splicing
I många fall skapar splicingprocessen en rad unika proteiner genom att variera exonsammansättningen i samma budbärar-RNA. Detta fenomen kallas alternativ splicing. Alternativ splicing kan förekomma på många olika sätt. Exonerna kan förlängas eller hoppas över, eller intronerna kan behållas.
Eukaryoter vs prokaryoter
Splicing förekommer i alla livets riken eller domäner, men omfattningen och typerna av splicing kan skilja sig mycket åt mellan de större divisionerna. Eukaryoter skarvar många proteinkodande budbärar-RNA:er och vissa icke-kodande RNA:er. Prokaryoter, å andra sidan, skarvar sällan. En annan viktig skillnad är att prokaryoter helt saknar spliceosomer.
Upptäckt
Phillip Sharp och Richard Roberts tilldelades 1993 Nobelpriset i fysiologi eller medicin för sin upptäckt av introner och splicingprocessen.
År 1977 visade arbete från Sharp- och Robertslaboratorierna att generna i högre organismer är "uppdelade" eller finns i flera olika segment längs DNA-molekylen.
Genens kodande områden är åtskilda av icke-kodande DNA som inte är involverat i proteinuttrycket. De icke-kodande områdena, intronerna, skärs av från mRNA-prekursorerna i en process som Sharp kallar "splicing". Den delade genstrukturen visade sig vara gemensam för de flesta eukaryota gener.
Frågor och svar
F: Vad är RNA-splicing?
S: RNA-splicing är processen att ta bort introner och sammanfoga exoner i pre-mRNA för att producera ett slutligt mRNA som används för proteinproduktion.
F: Vad är syftet med RNA-splicing?
S: Syftet med RNA-splicing är att ta bort icke-kodande delar som kallas introner och föra samman kodande delar som kallas exoner för att skapa ett slutgiltigt mRNA som kan användas för proteinproduktion.
F: Vad är budbärar-RNA?
S: Budbärar-RNA (mRNA) är en typ av RNA som överför den genetiska koden från DNA till proteiner.
F: Hur många steg finns det i uppbyggnaden av budbärar-RNA?
S: Det finns två steg i uppbyggnaden av budbärar-RNA.
F: Vad händer i det första steget i uppbyggnaden av budbärar-RNA?
S: I det första steget i uppbyggnaden av budbärar-RNA översätts varje gen till ett pre-mRNA.
F: Vad är spliceosomer?
S: Spliceosomer är cellulära maskiner som utför RNA-splicing genom att avlägsna introner och sammanfoga exoner i pre-mRNA.
F: Hur produceras ett korrekt protein från budbärar-RNA?
S: Ett korrekt protein produceras från budbärar-RNA genom translationsprocessen, där den genetiska koden i mRNA används för att montera aminosyror till ett protein.
Sök