SPLEISSEN (GENETIK): WORAUS ES BESTEHT, TYPEN - BIOLOGIE - 2025

Das Spleißen oder Prozessspleißen von RNA ist ein Phänomen, das in eukaryotischen Organismen nach der Transkription von DNA zu RNA auftritt und die Entfernung von Introns eines Gens beinhaltet, wobei Exons erhalten bleiben. Es wird als essentiell für die Genexpression angesehen.

Es tritt durch Ereignisse der Eliminierung der Phosphodiesterbindung zwischen Exons und Introns und der anschließenden Vereinigung der Bindung zwischen 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.

Quelle: Von BCSteve, aus Wikimedia Commons

Es kann sein, dass Exons, wenn sie zusammengesetzt werden, eine Anordnung oder irgendeine Art von Änderung erfahren. 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 ein Zwischenmolekül, die Messenger-RNA, zu transkribieren. Dies wird wiederum mit Hilfe von Ribosomen in Proteine ​​übersetzt.

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

RNA-Spleißung ist ein Mechanismus, der verschiedene chemische Reaktionen umfasst, mit denen Elemente entfernt werden, die die Sequenz eines bestimmten Gens stören. Die konservierten Elemente werden Exons genannt.

Wo passiert es?

Das Spleißosom ist ein riesiger Proteinkomplex, der die Spleißschritte katalysiert. Es besteht aus fünf Arten kleiner Kern-RNAs, die als U1, U2, U4, U5 und U6 bezeichnet werden, sowie einer Reihe von Proteinen.

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

Dieser Komplex kann die Konsensussequenz erkennen, die die meisten Introns nahe ihren 5'- und 3'-Enden haben. Es sollte beachtet werden, dass Gene in Metazoen gefunden wurden, die diese Sequenzen nicht haben und eine andere Gruppe kleiner nuklearer RNAs für ihre Erkennung verwenden.

Typen

In der Literatur wird der Begriff Spleißen üblicherweise auf den Prozess angewendet, an dem Messenger-RNA beteiligt ist. Es gibt jedoch unterschiedliche Spleißprozesse, die in anderen wichtigen Biomolekülen auftreten.

Proteine ​​können auch gespleißt werden. In diesem Fall handelt es sich um eine Aminosäuresequenz, die aus dem Molekül entfernt wird.

Das entfernte Fragment wird "Intein" genannt. Dieser Prozess findet natürlich in Organismen statt. Die Molekularbiologie hat es geschafft, nach diesem Prinzip verschiedene Techniken zu entwickeln, bei denen Proteine ​​manipuliert werden.

In ähnlicher Weise tritt das Spleißen auch auf DNA-Ebene auf. Somit können zwei zuvor getrennte DNA-Moleküle mittels kovalenter Bindungen verbunden werden.

Arten des RNA-Spleißens

Andererseits gibt es je nach Art der RNA unterschiedliche chemische Strategien, mit denen das Gen Introns entfernen kann. Insbesondere das Spleißen von Prä-mRNA ist ein komplizierter Prozess, da es eine Reihe von Schritten umfasst, die durch das Spleißosom katalysiert werden. Chemisch erfolgt der Prozess durch Umesterungsreaktionen.

In Hefe beginnt der Prozess beispielsweise mit der Spaltung der 5'-Region an der Erkennungsstelle, wobei die Intron-Exon- "Schleife" durch eine 2'-5'-Phosphodiesterbindung gebildet wird. Der Prozess setzt sich mit der Bildung einer Lücke in der 3'-Region fort und schließlich erfolgt die Vereinigung der beiden Exons.

Einige der Introns, die die nuklearen und mitochondrialen Gene stören, können ohne Enzyme oder Energie, sondern durch Umesterungsreaktionen gespleißt werden. Dieses Phänomen wurde im Organismus Tetrahymena thermophila beobachtet.

Im Gegensatz dazu gehören die meisten Kerngene zur Gruppe der Introns, die Maschinen benötigen, um den Entfernungsprozess zu katalysieren.

Alternatives Spleißen

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

Mit der Einführung neuer Technologien und dem Humangenomprojekt konnte der Schluss gezogen werden, dass wir nur etwa 25.000 Gene besitzen. Wie ist es also möglich, dass wir so viel Protein haben?

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

Diese Inkongruenz zwischen der Anzahl der Proteine ​​und der Anzahl der Gene wurde 1978 vom Forscher Gilbert aufgeklärt, wobei das traditionelle Konzept "Für ein Gen gibt es ein Protein" zurückgelassen wurde.

Quelle: Vom National Human Genome Research Institute (http://www.genome.gov/Images/EdKit/bio2j_large.gif) über Wikimedia Commons

Eigenschaften

Für Kelemen et al. (2013) "besteht eine der Funktionen dieses Ereignisses darin, die Diversität von Messenger-RNAs zu erhöhen und zusätzlich 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 Position von Proteinen, ihrer enzymatischen Eigenschaften und ihrer Wechselwirkung mit Liganden verantwortlich". Es wurde auch mit den Prozessen der Zelldifferenzierung und der Entwicklung von Organismen in Verbindung gebracht.

Im Lichte der Evolution scheint es ein wichtiger Mechanismus für Veränderungen zu sein, da festgestellt wurde, dass ein hoher Anteil höherer eukaryotischer Organismen unter hohen Ereignissen des alternativen Spleißens leidet. Neben einer wichtigen Rolle bei der Differenzierung von Arten und bei der Evolution des Genoms.

Alternatives Spleißen und Krebs

Es gibt Hinweise darauf, dass jeder Fehler in diesen Prozessen zu einer abnormalen Funktion der Zelle führen kann, was schwerwiegende Folgen für den Einzelnen hat. Unter diesen möglichen Pathologien sticht Krebs hervor.

Aus diesem Grund wurde alternatives Spleißen als neuer biologischer Marker für diese abnormalen Zustände in Zellen vorgeschlagen. Wenn es möglich ist, die Grundlage des Mechanismus, durch den die Krankheit auftritt, vollständig zu verstehen, könnten ebenfalls Lösungen für diese vorgeschlagen werden.

Verweise

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