Определение альтернативного сплайсинга
Альтернативный сплайсинг – это метод, используемый клетками для создания множества белков из одной и той же цепи ДНК. Это также называется альтернативным сплайсингом РНК. В обычной ДНК перевод, специализированные белки создают мессенджер РНК (мРНК ) из шаблона ДНК. Эта мРНК затем находит свой путь к рибосома где код РНК переводится в структуру нового белка. В альтернативном сплайсинге, взаимодействия между различными белками, клетка и среда может привести к тому, что разные сегменты исходной ДНК будут исключены из мРНК. Когда это происходит, альтернативная мРНК транслируется в совершенно другой белок.
Белки различаются только по основному расположению их аминокислоты, что продиктовано мРНК. Как только это изменяется, функция белка изменяется. Используя метод альтернативного сплайсинга, организмы могут производить гораздо больше белков, чем может указывать их ДНК. Например, у людей есть около 20 000 генов, которые кодируют белок. Тем не менее, считается, что в организме человека содержится более 100 000 различных белков. Альтернативный сплайсинг создает эти разные формы.
Как работает альтернативный сплайсинг?
Альтернативный сплайсинг происходит после того, как первичная мРНК создана из ДНК. Этот процесс называется транскрипция, поскольку языки РНК и ДНК в основном одинаковы. Они оба полагаются на 4 нуклеотид основы. Когда рибосома читает этот язык, она переводит сообщение на язык белков, который состоит из примерно 21 аминокислоты.
Следовательно, прежде чем первичная мРНК транслируется в белок, она должна быть сначала модифицирована и отредактирована. При нормальном сплайсинге особый комплекс белка и РНК, называемый сплайсосомой, присоединяется к первичной мРНК. Первичная мРНК имеет различные области, называемые интронами и экзонами. Эти области смешиваются вместе, и интроны должны быть удалены, чтобы создать функциональный белок.
Сплайсосома специально оборудована для удаления интронов. Сплайсосомы состоят из четырех различных субъединиц, называемых маленькими ядерными рибонуклеопротеинами (snRNP или «snurp»). Каждый «рывок» имеет две маленькие ядерные РНК (snRNAs). Эти специальные цепи РНК содержат последовательности нуклеотидов, которые соответствуют определенным местоположениям в экзонах и связываются с ними. Белковая часть сплайсосомы затем действует как фермент, удаляя интроны и связывая вместе экзоны. Эта сплайсированная мРНК теперь готова для трансляции в белок.
Однако может также иметь место альтернативный сплайсинг. Хотя весь механизм не совсем понятен, известно, что определенные химические факторы могут стимулировать работу сплайсосомы по-разному. Может быть дан сигнал, чтобы исключить экзон или даже несколько экзонов из конечной мРНК. Другие сигналы и пути могут привести к тому, что сплайсосома оставит нетронутыми интроны или пропустит большие участки белка. Наши тела имеют много разных применений для белков, и часто могут использовать один и тот же план ДНК, чтобы сделать многие из этих белков. См. Раздел примеров для конкретных примеров. Ниже приведена обобщенная диаграмма, показывающая различные способы, которыми сплайсосома может альтернативно сплайсировать первичную РНК.
Существует еще одна форма альтернативного сплайсинга, известная как транс-сплайсинг, в которой экзоны двух разных генов собираются вместе с помощью сплайсосомы. Этот генетический процесс наблюдается только у нескольких одноклеточных организмов, но может помочь объяснить их генетическое разнообразие без половое размножение, В то время как сексуально размножающиеся организмы должны размножаться, чтобы смешать их генетика и производить новые сорта, эти организмы могут сделать это гораздо быстрее. Эта форма альтернативного сплайсинга может легко создать совершенно новые функции в этих организмах, что может оказаться полезным.
Примеры альтернативного сплайсинга
Гены нейрексинов
У людей есть 3 гена, которые кодируют семейство белков, известных как нейрексин. Эти белки включены в плазматическая мембрана, Они распространяются из плазматической мембраны и в пространство между нервами. Здесь они связываются с белком из другой нервной клетки. Этот белковый комплекс удерживает клетки на месте. Хотя есть только 3 разных гена, которые кодируют нейрексин, в семействе нейрексинов более 3000 различных белков.
Это возможно благодаря альтернативному сращиванию. Поскольку сплайсосома обрабатывает первичные молекулы мРНК из этих генов, на нее влияет ряд генов-промоторов, молекул в клетке и других сигналов. Это влияние, которое экзоны включаются в конечную мРНК. Альтернативный сплайсинг может сделать белки больше или меньше, или с отсутствующими областями, но, как правило, все еще производит рабочий белок. Таким образом, каждая вариация клеточного окружения или внеклеточного сигнала создает различный белок с немного другой функцией.
В то время как все белки нейрексина будут функционировать, удерживая вместе синапс между двумя нервами, созданный вариант теоретизируется на ряд вещей. Во-первых, это может изменить сигнал, проходящий между двумя нейронами. Это может дать необходимый эффект для головной мозг обработать сигнал. Разные белки могут быть использованы в разное время, в разных клетках, у одного и того же животного. Это может быть необходимо для приспособления множества различных сред в пределах организм и убедитесь, что нейроны работают правильно.
Когда ученые наблюдали те же гены у рыб, они обнаружили что-то интересное. Хотя у рыб также есть эти гены, они не могут разделить гены почти на столько альтернатив. Это привело ученых к гипотезе, что альтернативный сплайсинг может быть использован для модификации этих генов таким образом, чтобы они были специфичны для определенных частей мозга. Таким образом, альтернативный сплайсинг может обеспечить своего рода «систему индексации» для мозга. Это может быть причиной того, что люди могут хранить так много дополнительной информации и иметь такую эффективную долговременную память.
Создание антител
В аналогичном процессе организм человека вырабатывает антитела для борьбы бактерии, вирусы и инородные тела, которые заражают ткани. Для этого тело должно сделать антитело или белок, специально предназначенный для прилипания к захватчику. Эти белки производятся В-лимфоцитами, которые содержат ДНК и механизмы для создания этих сложных белков. Однако есть проблема.
В-лимфоциты должны прикреплять белок к себе и высвобождать антитело в кровоток. Антитело в кровотоке будет связываться с захватчиками, позволяя иммунным клеткам нацеливаться на них. Прикрепляя антитела непосредственно к В-лимфоцитам, эти клетки могут легко поглотить захватчиков, когда они сталкиваются с ними. Чтобы сделать это с минимальной энергией и с помощью одной и той же ДНК, эти иммунные клетки используют альтернативный сплайсинг.
Последние два экзона в генетический код для антител особенные. Эти два экзона кодируют область белка, которая гидрофобный или сопротивляется воде. Эти области прикрепляются внутри гидрофобного ядра фосфолипид двухслойная. Это эффективно блокирует их в клеточная мембрана, Альтернативный сплайсинг просто удаляет эти два экзона. Теперь белок будет служить той же цели, но он растворим в воде и может проходить через кровь и жидкости.
После получения сигнала для создания антител, B-лимфоцит должен создать много сразу для себя и для высвобождения в организм. Для этого он активно транскрибирует ген для антитела быстро, чтобы создать как можно больше первичных транскриптов. Некоторые из них будут обработаны, чтобы сохранить гидрофобную область, а некоторые сплайсосомы вырежут это. Таким образом, белки для обоих применений создаются из одного и того же сигнала для создания антител. Альтернативный сплайсинг позволяет инициировать много разных процессов из одного и того же сигнала транскрипции ДНК.
викторина
1. Какова основная цель альтернативного сплайсинга?A. Для создания вариантов белковB. Помочь с обменом веществC. Для ускорения процесса создания белков
Ответ на вопрос № 1
верно. Альтернативный сплайсинг позволяет организмам хранить информацию для всего семейства генов в одном месте. Поскольку гены могут быть отредактированы, сращены по-разному и модифицированы, они могут создавать гораздо больше фактических белков, чем количество генов, которые они имеют.
2. Почему организму нужно так много разновидностей одного и того же белка?A. Они не, это просто дополнительная генетическая изменчивость B. Для тысяч различных функций их клетки завершеныC. Ученые не знают ответ
Ответ на вопрос № 2
С верно. Ученым еще предстоит полностью определить функцию альтернативного сплайсинга. Все вышеперечисленное может быть правильным или ни одним из них. Похоже, это связано с повышенной сложностью. Однако обыкновенная плодовая муха является одним из организмов с наиболее сложными альтернативными схемами сплайсинга, которые мы изучали.
3. Как альтернативный сплайсинг может помочь создать интеллект?A. Производя различные белки, он может создавать передовые нервные связиB. Чем больше у вас белка, тем умнее выC. Вряд ли альтернативный сплайсинг создает интеллект
Ответ на вопрос № 3
верно. Альтернативный сплайсинг может, по существу, позволить мозгу картировать связи между различными нервами и определять конкретные нервы для определенных задач. Это основа интеллекта и памяти. Чем более специализированные связи мозг имеет, тем больше организм может запомнить и обработать.
Ссылки
- GeneCardsSuite. (2018, 28 февраля). Ген NRXN1 (кодирование белка). Получено с сайта Genecards.org: http://www.genecards.org/cgi-bin/carddisp.pl?gene=NRXN1.
- Hartwell, L.H., Hood, L., Goldberg, M.L., Reynolds, A.E. & Silver, L.M. (2011). Генетика: от генов к геномам. Бостон: Макгроу Хилл.
- Нельсон Д.Л. и Кокс М.М. (2008). Принципы биохимия, Нью-Йорк: W.H. Фримен и Компания.