Sestřih

Sestřih Představuje klíčový proces během transkripce v buněčném jádru eukaryot, během kterého se zralá mRNA vynoří z pre-mRNA. Introny, které jsou stále obsaženy v pre-mRNA po transkripci, se odstraní a zbývající exony se spojí do formy hotové mRNA.

Co je sestřih

Centrální dogma molekulární biologie uvádí, že tok genetické informace probíhá z DNA nosiče informací přes RNA k proteinu. Prvním krokem v genové expresi je tzv. Transkripce. RNA je syntetizována s použitím DNA jako šablony. DNA je nositelem genetické informace, která je zde uložena pomocí kódu sestávajícího ze čtyř bází adenů, thyminu, guaninu a cytosinu. RNA polymerázový proteinový komplex čte základní sekvenci DNA během transkripce a produkuje odpovídající „pre-messenger RNA“ (zkráceně pre-mRNA). Místo tyminu je uracil vždy obsažen.

Geny jsou tvořeny exony a introny. Exony jsou ty části genomu, které skutečně kódují genetické informace. Naproti tomu introny představují nekódující sekce v genu, geny uložené na DNA procházejí dlouhými sekcemi, které neodpovídají žádným aminokyselinám v pozdějším proteinu a nepřispívají k translaci.

Gen může mít až 60 intronů, s délkami mezi 35 a 100 000 nukleotidů. V průměru jsou tyto introny desetkrát delší než exony. Pre-mRNA produkovaná v prvním kroku transkripce, také často označovaná jako nezralá mRNA, stále obsahuje jak exony, tak introny. Zde začíná proces sestřihu.

Introny musí být odstraněny z pre-mRNA a zbývající exony musí být spojeny dohromady. Teprve potom může zralá mRNA opustit buněčné jádro a zahájit translaci.

Sestřih se většinou provádí pomocí spliceosomu (německy: spliceosome). Toto je tvořeno pěti snRNP (malé jaderné ribonukleoproteinové částice). Každý z těchto snRNP sestává z snRNA a proteinů. Některé další proteiny, které nejsou součástí snRNP, jsou také součástí spliceosomu. Spliceozomy jsou rozděleny na hlavní a menší spliceosomy. Hlavní spliceozom zpracovává přes 95% všech lidských intronů, menší spliceosom zpracovává hlavně introny ATAC.

Za vysvětlení sestřihu získali Richard John Roberts a Phillip A. Sharp v roce 1993 Nobelovu cenu za medicínu. Thomas R. Cech a Sidney Altman obdrželi Nobelovu cenu za chemii v roce 1989 za výzkum alternativního sestřihu a katalytického účinku RNA.

Funkce a úkol

Během procesu sestřihu se sestřihový spoj vytvořil znovu z jeho jednotlivých částí. U savců se snRNP U1 nejprve naváže na 5‘-sestřihové místo a iniciuje tvorbu zbývajícího spliceosomu. SnRNP U2 se váže na bod větvení intronu. Následně také váže tri-snRNP.

Spliceosom katalyzuje sestřihovou reakci pomocí dvou po sobě jdoucích transesterifikací. V první části reakce atom kyslíku ze skupiny 2-OH adenosinu ze "sekvence bod větvení" (BPS) útočí na atom fosforu fosfodiesterové vazby v místě 5'-sestřihu. Tím se uvolní 5 ‘exon a cirkuluje intron. Atom kyslíku nyní volné 3'-OH skupiny 5'-exonu se nyní váže na 3'-sestřihové místo, čímž jsou oba exony spojeny a intron je uvolněn. Intron je přiveden do usměrněné konformace, která se nazývá lariat, která se poté rozpadne.

Na rozdíl od toho, spliceozomy nehrají roli v sebeprostření. Zde jsou introny vyloučeny z translace sekundární strukturou samotné RNA. Enzymatické sestřih tRNA (přenosová RNA) se vyskytuje v eukaryotech a archeae, ale ne u bakterií.

Sestřihovací proces musí probíhat s extrémní přesností přesně na hranici exonu a intronu, protože odchylka pouhým jedním nukleotidem by vedla k nesprávnému kódování aminokyselin, a tedy k tvorbě zcela odlišných proteinů.

Sestřih pre-mRNA se může ukázat odlišně kvůli vlivům prostředí nebo typu tkáně. To znamená, že různé proteiny mohou být vytvořeny ze stejné DNA sekvence a tedy ze stejné pre-mRNA. Tento proces je známý jako alternativní sestřih. Lidská buňka obsahuje asi 20 000 genů, ale díky alternativnímu sestřihu je schopna produkovat několik set tisíc proteinů. Asi 30% všech lidských genů má alternativní sestřih.

Sestřih hrál hlavní roli v evoluci. Exony často kódují jednotlivé domény proteinů, které lze navzájem kombinovat různými způsoby. To znamená, že z několika exonů lze vyrobit velké množství proteinů se zcela odlišnými funkcemi. Tento proces se nazývá míchání exonů.

Nemoci a nemoci

Některé dědičné choroby mohou úzce souviset se sestřihem. Mutace v nekódujících intronech obvykle nevedou k chybám ve tvorbě proteinů. Pokud však dojde k mutaci v části intronu, která je důležitá pro regulaci sestřihu, může to vést k chybnému sestřihu pre-mRNA. Výsledná zralá mRNA pak kóduje vadné nebo v nejhorším případě škodlivé proteiny. To je například případ některých typů beta-thalassémie, zděděné anémie. Dalšími představiteli nemocí, které se tímto způsobem vyvinou, jsou například Ehlers-Danlosův syndrom (EDS) typu II a spinální svalová atrofie.