RNA splaissimine: kuidas intronid eemaldatakse ja eksonid liidetakse

RNA splaissimine: kuidas intronid eemaldatakse ja eksonid liidetakse — selge ülevaade pre-mRNA-st, splaissosoomidest ja lõpliku mRNA tekkest valgu sünteesiks.

RNA splaissing on geenitranskriptsiooni üks oluline samm rakkudes. Sõnumitooja-RNA (mRNA), mis kannab järjestust DNA-st valkudesse, tekib sageli kahes peamises etapis: kõigepealt sünteesitakse pre-mRNA ja seejärel sellest eemaldatakse mittekodeerivad lõigud ehk intronid ning liidetakse kokku kodeerivad lõigud ehk eksonid. Splaissing toimub tavaliselt raku tuumas splaissosoomides ning lõpptulemusena tekib lõplik mRNA, mida kasutatakse seejärel translatsiooni teel õige valgu tootmiseks.

Kuidas splaissing praktiliselt toimub

Splaissingut viib läbi suur, dünaamiline valgulis-RNA komplekt, mida kutsutakse splaissosoomideks. Peamised komponendid on väiksed nukleaar-RNA-d (snRNA-d) koos valkudega, moodustades snRNP-e (U1, U2, U4, U5 ja U6). Protsessis eristatakse tavaliselt järgmisi samme:

• Tuvastamine: Splaissosoomi komponendid tunnevad ära spetsiifilised signaalid pre-mRNA-l – 5' splicingukoha (tavaliselt nukleotiidijada, mis algab GU-ga), oksakohaks nimetatud harupunkti (branch point, sageli A), polü-püriimidijada ja 3' splicingukoha (tavaliselt AG). Need signaalid võimaldavad splaissosoomil õiged kohad kokku tuua.
• Komplekseerumine: snRNP-id ja teised valguadapterid liiguvad järjestikku pre-mRNA-le (E-, A-, B- ja C-komplekside moodustumine), toimuvad konformatsioonilised muutused ja katalüütiline aktiivsus tekib.
• Esimene transesterifikatsioon: 5' lõik säästutakse ja 5' ots lõigatakse; samaaegselt seob oksakohas olev adeniin (A) 5' otsa, moodustades lõnga ehk lariadi-sarnase struktuuri.
• Teine transesterifikatsioon: Lõpuks lõigatakse 3' splicingukoht ja kahe eksoni otsad liidetakse omavahel, vabastades introni lariadina, mis hiljem debranšeeritakse ja lõhutakse.

Regulatsioon ja alternatiivne splaissing

Splaissing ei ole ainult "kõik-või-mitte-midagi" protsess — seda reguleerivad arvukad valgud ja RNA-elemendid. Spetsiifilised RNA-sekventsialikud nädalad, nagu eksoni splaissinguks mõeldud enhanserid ja silencerid, ning valgurühmad (nt SR-valgud ja hnRNP-id) soodustavad või takistavad teatud lõikude äratundmist. Selle tulemusena võib ühest geenist tekkida mitu erinevat mRNA-varianti ehk isoform’i — seda nimetatakse alternatiivseks splaissinguks.

• Alternatiivne splaissing võimaldab rakkudel ja kudedel toota samalt geenilt erinevaid valke, mis on oluline arengus ja koe-spetsiifiliste funktsioonide jaoks.
• Tüüpilised alternatiivse splaissingu vormid on eksonite välja jätmine (exon skipping), mitu eksoni vaheldumine (mutually exclusive exons), alternatiivsed 5' või 3' lõpp-punktid ja intronite säilimine (intron retention).
• Splaissingukatkestused või väärad valikud võivad põhjustada haigusi — tuntud näited on mitmed pärilikud ja onkoloogilised haigused, kus vale splaissing viib funktsionaalselt muutunud või mittetoimivate valkudeni.

Erinevad intronitüübid ja isesplaissing

Pärastkuigi enamik eukarüootseid introneid töödeldakse tavalise U2-tüüpi splaissosoomiga, eksisteerib ka väike U12-tüüpi splaissosoom, mis tunneb ära haruldasemaid lõikejadasid. Lisaks esinevad mõned intronid bakterites ja mitokondrites, mis suudavad iseseisvalt ("group I" ja "group II" intronid) läbi viia kemikaalselt sarnase transesterifikatsiooni ilma raku splaissosoomita; group II intronite mehhanism sarnaneb evolutsiooniliselt täiskasvanud splaissosoomi mehhanismiga.

Pärast splaissingut: kvaliteedikontroll ja edasine töötlemine

Pärast eksonite liitmist märgistatakse mRNA-lt tavaliselt exon–eksoni liitekohtade lähedusse spetsiifilised valgukompleksid (näiteks exon junction complex), mis osalevad mRNA transpordis tuumast tsütoplasmasse, translatsioonis ja kvaliteedikontrollis. Kui splaissing jätab sisse peatusekoodoni (stop-kodoni ebaõiges kohas), saab rakus aktiveeruda nonsense-mediated decay-sarnane mehhanism, mis suunab defektse mRNA lagundamiseks, vältides potentsiaalselt kahjulike valkude tootmist.

Miks splaissing on oluline

Splaissing võimaldab rakkudel hoida geene modulaarsetena — geenid võivad sisaldada eksonite ja intronite jadasid, mida saab erinevalt kombineerida, et reguleerida valgufunktsioone ajas ja koes. Õige splaissing tagab, et lõplik Sõnumitooja-RNA kannab täpset koodijada, mida kasutatakse translatsiooni käigus õige valgu tootmiseks; vale splaissing võib aga põhjustada rakkude talitlushäireid ja haigusi.

Kokkuvõtlikult: splaissing on täpselt juhitud ja reguleeritud protsess, mille jooksul intronid eemaldatakse ja eksonid liidetakse, et toota funktsionaalne mRNA, mis juhib õigete valkude sünteesi.

Küsimused ja vastused

K: Mis on RNA splaissing?

K: Mis on RNA splaissingu eesmärk?

K: Mis on messenger RNA?

K: Mitu etappi on sõnumitooja-RNA ehitamisel?

K: Mis toimub sõnumitooja-RNA ehitamise esimeses etapis?

K: Mis on spliksosoomid?

K: Kuidas toodetakse sõnumitooja-RNA-st õige valk?

Otsing