SPLITSING (GENETICA): WAARUIT HET BESTAAT, TYPEN - BIOLOGIE - 2025

De splitsing of processplitsing-RNA is een fenomeen dat optreedt in eukaryote organismen na transcriptie van DNA naar RNA en omvat de verwijdering van introns van een gen, waarbij exons worden behouden. Het wordt als essentieel beschouwd bij genexpressie.

Het vindt plaats door eliminatie van de fosfodiësterbinding tussen exonen en introns en de daaropvolgende vereniging van de binding tussen exonen. Splitsing komt voor in alle soorten RNA, maar is relevanter in het boodschapper-RNA-molecuul. Het kan ook voorkomen in DNA- en eiwitmoleculen.

Bron: door BCSteve, van Wikimedia Commons

Het kan zijn dat wanneer exonen worden geassembleerd, ze een arrangement of een andere vorm van verandering ondergaan. Deze gebeurtenis staat bekend als alternatieve splitsing en heeft belangrijke biologische gevolgen.

Waar bestaat het uit?

Een gen is een DNA-sequentie met de informatie die nodig is om een ​​fenotype tot expressie te brengen. Het concept gen is niet strikt beperkt tot DNA-sequenties die worden uitgedrukt als eiwitten.

Het centrale "dogma" van de biologie betreft het proces van het transcriberen van DNA in een tussenliggende molecule, boodschapper-RNA. Dit wordt op zijn beurt met behulp van ribosomen vertaald in eiwitten.

Bij eukaryote organismen worden deze lange gensequenties echter onderbroken door een soort sequentie die niet nodig is voor het betreffende gen: introns. Om het boodschapper-RNA efficiënt te laten vertalen, moeten deze introns worden verwijderd.

RNA-splitsing is een mechanisme dat verschillende chemische reacties omvat die worden gebruikt om elementen te verwijderen die de sequentie van een bepaald gen verstoren. De elementen die worden behouden, worden exonen genoemd.

Waar gebeurt het?

Het spliceosoom is een enorm eiwitcomplex dat de splitsingsstappen katalyseert. Het bestaat uit vijf soorten kleine nucleaire RNA's genaamd U1, U2, U4, U5 en U6, evenals een reeks eiwitten.

Er wordt gespeculeerd dat de splitsing deel uitmaakt van het vouwen van het pre-mRNA om het correct uit te lijnen met de twee gebieden waar het splitsingsproces zal plaatsvinden.

Dit complex is in staat om de consensussequentie te herkennen die de meeste introns nabij hun 5'- en 3'-uiteinden hebben. Opgemerkt moet worden dat er genen zijn gevonden in Metazoans die deze sequenties niet hebben en een andere groep kleine nucleaire RNA's gebruiken voor hun herkenning.

Soorten

In de literatuur wordt de term splitsing meestal toegepast op het proces waarbij boodschapper-RNA betrokken is. Er zijn echter verschillende splitsingsprocessen die plaatsvinden in andere belangrijke biomoleculen.

Eiwitten kunnen ook splitsing ondergaan, in dit geval is het een aminozuursequentie die uit het molecuul wordt verwijderd.

Het verwijderde fragment heet "intein". Dit proces komt van nature voor in organismen. Moleculaire biologie is erin geslaagd om met dit principe verschillende technieken te creëren waarbij eiwitten worden gemanipuleerd.

Evenzo vindt splitsing ook plaats op DNA-niveau. Zo kunnen twee DNA-moleculen die eerder waren gescheiden, worden samengevoegd door middel van covalente bindingen.

Soorten RNA-splitsing

Aan de andere kant zijn er, afhankelijk van het type RNA, verschillende chemische strategieën waarin het gen introns kan verwijderen. Vooral het splitsen van pre-mRNA is een gecompliceerd proces, aangezien het een reeks stappen omvat die worden gekatalyseerd door het spliceosoom. Chemisch verloopt het proces door omesteringsreacties.

In gist begint het proces bijvoorbeeld met de splitsing van het 5'-gebied op de herkenningsplaats, de intron-exon "lus" wordt gevormd door een 2'-5 'fosfodiesterbinding. Het proces gaat verder met de vorming van een opening in het 3'-gebied en uiteindelijk vindt de vereniging van de twee exonen plaats.

Sommige van de introns die de nucleaire en mitochondriale genen verstoren, kunnen worden gesplitst zonder de noodzaak van enzymen of energie, maar eerder via omesteringsreacties. Dit fenomeen werd waargenomen in het organisme Tetrahymena thermophila.

Daarentegen behoren de meeste nucleaire genen tot de groep van introns die machines nodig hebben om het verwijderingsproces te katalyseren.

Alternatieve splitsing

Bij mensen is gemeld dat er ongeveer 90.000 verschillende eiwitten zijn en eerder werd gedacht dat er een identiek aantal genen moet zijn.

Met de komst van nieuwe technologieën en het menselijk genoomproject werd geconcludeerd dat we slechts ongeveer 25.000 genen bezitten. Dus hoe is het mogelijk dat we zoveel eiwitten hebben?

De exons mogen niet worden geassembleerd in dezelfde volgorde waarin ze zijn getranscribeerd in RNA, maar ze kunnen worden gerangschikt door nieuwe combinaties te maken. Dit fenomeen staat bekend als alternatieve splitsing. Om deze reden kan een enkel getranscribeerd gen meer dan één type eiwit produceren.

Deze incongruentie tussen het aantal eiwitten en het aantal genen werd in 1978 opgehelderd door de onderzoeker Gilbert, waarbij hij het traditionele concept van "voor een gen is er een eiwit" achterliet.

Bron: door National Human Genome Research Institute (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif), via Wikimedia Commons

Kenmerken

Volgens Kelemen et al. (2013) "is een van de functies van deze gebeurtenis het vergroten van de diversiteit van boodschapper-RNA's, naast het reguleren van de relaties tussen eiwitten, tussen eiwitten en nucleïnezuren en tussen eiwitten en membranen."

Volgens deze auteurs "is alternatieve splitsing verantwoordelijk voor het reguleren van de locatie van eiwitten, hun enzymatische eigenschappen en hun interactie met liganden". Het is ook gerelateerd aan de processen van celdifferentiatie en de ontwikkeling van organismen.

In het licht van de evolutie lijkt het een belangrijk mechanisme voor verandering te zijn, aangezien is vastgesteld dat een groot aantal hogere eukaryote organismen te maken heeft met hoge gebeurtenissen van alternatieve splitsing. Naast het spelen van een belangrijke rol in de differentiatie van soorten en in de evolutie van het genoom.

Alternatieve splitsing en kanker

Er zijn aanwijzingen dat elke fout in deze processen kan leiden tot een abnormale werking van de cel, met ernstige gevolgen voor het individu. Onder deze mogelijke pathologieën valt kanker op.

Om deze reden is alternatieve splitsing voorgesteld als een nieuwe biologische marker voor deze abnormale condities in cellen. Evenzo, als het mogelijk is om de basis van het mechanisme waardoor de ziekte optreedt volledig te begrijpen, kunnen er oplossingen voor worden voorgesteld.

Referenties

1. Berg, JM, Stryer, L., en Tymoczko, JL (2007). Biochemie. Ik draaide me om.
2. De Conti, L., Baralle, M., & Buratti, E. (2013). Exon en intron definitie bij pre-mRNA splitsing. Wiley Interdisciplinaire beoordelingen: RNA, 4 (1), 49-60.
3. Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., & Stamm, S. (2013). Functie van alternatieve splitsing. Gene, 514 (1), 1–30.
4. Lamond, A. (1993) Het spliceosoom. Bioessays, 15 (9), 595-603.
5. Roy, B., Haupt, LM en Griffiths, LR (2013). Recensie: Alternatieve splitsing (AS) van genen als benadering voor het genereren van eiwitcomplexiteit. Current Genomics, 14 (3), 182-194.
6. Vila - Perelló, M., & Muir, TW (2010). Biologische toepassingen van eiwitsplitsing. Cell, 143 (2), 191-200.
7. Liu, J., Zhang, J., Huang, B., & Wang, X. (2015). Mechanisme van alternatieve splitsing en de toepassing ervan bij de diagnose en behandeling van leukemie. Chinese Journal of Laboratory Medicine, 38 (11), 730-732.