Alternativní sestřih
Spliceosomes
Sestřih z intronů
Další sestřih událostí
technologie Rekombinantní DNA
Aplikace genového sestřihu
Zdroje
Geny jsou sekvence DNA, které kódují protein. Spojování genů je forma genetického inženýrství, kde jsou specifické geny nebo genové sekvence vloženy do genomu jiného organismu. Spojování genů může také specificky odkazovat na krok během zpracování deoxyribonukleové kyseliny (DNA), aby se připravila na překlad do proteinu.
sestřih genů lze také aplikovat na techniky molekulární biologie, které jsou zaměřeny na integraci různých sekvencí DNA nebo genu do DNA buněk. Jednotlivé geny kódují specifické proteiny a na základě výsledku Projektu Lidského Genomu, odhaduje se, že existuje přibližně 30 000 genů v každé buňce lidského těla. Protože buněčné funkce v různé tkáně mají různé účely, geny podstoupit komplexní koordinované úsilí, aby byla zachována odpovídající úroveň genové exprese v tkáni specifickým způsobem. Například svalové buňky vyžadují, aby fungovaly specifické proteiny, a tyto proteiny se výrazně liší od proteinů v mozkových buňkách. Ačkoli genetická informace je z větší části stejná v obou typech buněk, různé funkční účely vedou k různým buněčným potřebám, a proto se v různých typech tkání produkují různé proteiny.
geny nejsou exprimovány bez správných signálů. Mnoho genů může zůstat neaktivní. Při vhodné stimulaci genové exprese může buňka produkovat různé proteiny. DNA musí být nejprve zpracována do formy, kterou ostatní molekuly v buňce mohou rozpoznat a převést ji do vhodného proteinu. Než může být DNA přeměněna na protein, musí být transkribována na ribonukleovou kyselinu (RNA). Existují tři kroky v zrání RNA; sestřih, uzavírání a polyadenylace. Každý z těchto kroků se podílí na přípravě nově vytvořené RNA, nazývané přepis RNA, aby mohla opustit jádro, aniž by byla degradována. Pokud jde o genovou expresi, sestřih RNA je krokem, kdy se v této souvislosti vyskytuje sestřih genů na specifických místech v celém genu. Oblasti genu, které jsou spojeny, představují nekódující oblasti, které jsou zasahujícími sekvencemi známými také jako introny. DNA, která zůstává ve zpracované RNA, se označuje jako kódující oblasti a každá kódující oblast genu je známá jako exony. Proto introny zasahují sekvence mezi exony a sestřih genů zahrnuje vyříznutí intronů a spojení exonů. Proto bude konečná sekvence kratší než původní kódující gen nebo sekvence DNA.
abychom ocenili roli sestřihu v tom, jak jsou geny exprimovány, je důležité pochopit, jak se Gen mění do své funkční formy. Zpočátku se RNA nazývá prekurzorová RNA (nebo pre-RNA). Pre-Rna jsou pak dále upraveny pro další RNAs tzv. transferová RNA (tRNA), ribozomální RNA (rRNA), nebo messenger RNA (mRNA). mRNA kódují proteiny v procesu zvaném translace, zatímco ostatní RNA jsou důležité pro pomoc mRNA být přeložen do proteinu. Sestřih RNA vytváří funkční molekuly RNA z pre-RNA.
sestřih obvykle probíhá předem stanoveným způsobem pro každý gen. Experimenty, které se zastavil přepis tvorbu v různých časových intervalech ukazují, že sestřih bude následovat hlavní cestou začátku s některými intron a řízení selektivně k jiné, ne nutně přiléhající, intron. Ačkoli mohou být sledovány jiné cesty, každý přepis má svou vlastní primární sekvenci pro intronovou excizi.
Alternativní sestřih
jeden gen může být zpracovány tak, aby vytvořit množství genových produktů, nebo proteiny, a tento proces je označován jako alternativní sestřih. V tomto případě zůstává ve zpracované RNA jiná kombinace exonů. Alternativní sestřih genů na různých Intron-exonových místech v genu lze použít k vytvoření několika proteinů ze stejné molekuly pre-RNA. Proteiny jsou tvořeny více doménami. Různé exony mohou kódovat pro různé domény. Selektivní sestřih může odstranit nežádoucí exony i introny. Kombinace proteinů, které mohou být vyrobeny z alternativního sestřihu, jsou příbuzné strukturou nebo funkcí, ale nejsou totožné. Použitím jediného genu k vytvoření více proteinů může být DNA buněk využita efektivněji.
Alternativní sestřih může být tkáň specifické taková, že různé proteiny jsou vyrobeny ze stejného původního genu dva nebo více různých typů buněk. Nebo jeden typ buňky může provést více konfigurací pomocí stejného genu. Například typ imunitní buňky zvané B-buňka vytváří protilátky proti mnoha antigenům. Antigeny jsou cizí látky, které spouštějí imunitní odpovědi a protilátky se váží a antigeny tak, aby mohly být rozloženy a odstraněny. Přestože lze vytvořit nekonečný počet protilátek, všechny protilátky spadají do jednoho z pěti základních podtypů. Alternativní sestřih se používá k vytvoření těchto pěti typů protilátek ze stejného genu.
protilátky jsou tvořeny více molekulami imunoglo-Bulinu (Ig). Tyto molekuly mají zase více domén. Zvláštní doména zvaná oblast konstanty těžkého řetězce rozlišuje pět podtypů protilátek, nazývaných IgM, IgD, IgG, IgE a IgA. Různé typy protilátek slouží různým funkcím v těle a působí v odlišných tělesných tkáních. Například IgA se vylučují do gastrointestinální sliznice a IgGs prochází placentou. Gen kódující tyto těžké řetězce regionů obsahuje exons, že přímé výrobě jednotlivých podtypů, a gen je střídavě sestříhané, aby výnos konečné mRNA transkriptu, což může udělat kterýkoliv z nich.
většina genů poskytuje pouze jeden transkript; avšak geny, které poskytují více transkriptů, mají četné buněčné a vývojové role. Alternativní kontrola sestřihu sex stanovení u mušek Drosophila melanogaster. A řada proteinů je odlišně exprimována ze stejného genu v různých buňkách. Různé svalové buňky používají alternativní sestřih k vytvoření buněčných specifických myosinových proteinů. A embryonální buňky v různých vývojových stádiích produkují více forem proteinu, kyseliny retinové. Některé přepisy se liší od souvisejících přepisů na konci 5 a jiné se mohou lišit na konci 3.
Spliceosomes
molekuly nebo molekulární komplexy, které vlastně sestřihu RNA v buněčném jádru, se nazývají spliceosomes. Spliceosomy jsou tvořeny malými sekvencemi RNA vázanými dalšími malými proteiny. Tento spliceozomový komplex rozpoznává konkrétní nukleotidové sekvence na hranici intron-exon. DNA a RNA jsou obecně čteny ve směru 5′ až 3′. Toto označení se provádí na základě fosfo-diesterových vazeb, které tvoří páteř řetězců DNA a RNA. Introny jsou nejprve řezány na jejich 5 ‚konci a poté na jejich 3‘ konci. Dva sousední exony jsou pak spojeny dohromady bez intronu. Spliceosom je enzymatický komplex, který provádí každý z těchto kroků podél pre-RNA k odstranění intronů.
malé RNA, které tvoří spliceosom, nejsou mRNA, rRNA nebo tRNA; jsou to Malé jaderné RNA (snRNA). snRNA jsou přítomny ve velmi nízkých koncentracích v jádru. SnRNA se kombinují s proteiny a obsahují malé jaderné ribo-nukleární proteinové částice. Několik snrnp agreguje za vzniku spliceosomu. Tato sekundární struktura rozpoznává několik klíčových oblastí v intronu a na hranici intron-exon. Snrnp v podstatě hrají roli katalytického sestřihu. Absence jednotlivých složek snRNP může inhibovat sestřih. snrnp jsou pouze jedním z mnoha komplexů, které mohou regulovat genovou expresi.
kromě snrnp mají některé introny schopnost automatického (vlastního) sestřihu. Tyto introny se nazývají introny skupiny II. Introny skupiny II se nacházejí v některých mitochondriálních genech, které pocházejí z genomu, který je oddělen od jádra a je umístěn v malých kompartmentech uvnitř buňky zvané mitochondrie. Mitochrondrie slouží k zajištění energie pro energetické požadavky buněk. Ačkoli všechny chromozomální DNA se nachází v jádru, několik genů se nachází v buňkách mitochondrií. Introny skupiny II tvoří sekundární struktury pomocí své vnitřní intronové oblasti podobným způsobem jako jaderné introny. Nicméně, tyto mitochondriální introny přímé exon-exon znovu se samy bez snrnp.
Sestřih z intronů
Různé sestřih signální sekvence jsou univerzální a nacházejí se v každé intron stránky sestříhané, zatímco některé signální sekvence jsou jedinečné pro jednotlivé geny. DNA je tvořena bázemi nazývanými nukleotidy, které představují abecedu DNA. Existují čtyři báze, adenin (A), guanin (G), thymin (T) a cytosin (C). Většina intronů ve vyšší formy života, začít s nukleotidové sekvence G-T a na konci se pořadí A-G. sekvence definovat „vlevo“ (5′) a „right“ (3′) hranicích intron a jsou popsány jako vyhovující GT-AG pravidlo. Mutace v kterékoli z těchto čtyř poloh produkují introny, které nelze odstranit normálními mechanismy sestřihu. V rámci intron je další vysoce konzervovanou sekvenci, která má určitou variabilitu v genech druhů; tato oblast (tzv. branch site) je oblast, která se připojí k 5′ konci intron, jak to je řez, a pak se kroutí kolem podobě na lariat tvar. Tento lariat je smyčka v intronu, která je vytvořena, když je odstraněna ze zrající RNA.
jiné sestřihové události
sestřih může zahrnovat i jiné molekuly než mRNA. tRNA, které hrají klíčovou roli při vyrovnávání aminokyselin podél syntetizovaného proteinu, mohou podstoupit sestřih. tRNA jsou kódovány DNA jen
klíčové pojmy
protilátka-molekula vytvořená imunitním systémem v reakci na přítomnost antigenu (cizí látky nebo částice). Označuje cizí mikroorganismy v těle za zničení jinými imunitními buňkami.
Antigen-molekula, obvykle protein, který tělo identifikuje jako cizí a ke kterému směřuje imunitní odpověď.
Capping-modifikace 5 ‚ konce zralého transkriptu mRNA.
cytoplazma-všechny protoplazmy v živé buňce, která se nachází mimo jádro, na rozdíl od nukleoplazmy, což je protoplazma v jádře.
deoxyribonukleová kyselina (DNA) – genetický materiál v buňce.
exony-oblasti DNA, které kódují protein nebo tvoří tRNA nebo mRNA.
Gen —diskrétní jednotka dědičnosti, reprezentovaná částí DNA umístěnou na chromozomu. Gen je Kód pro produkci specifického druhu proteinu nebo molekuly RNA, a tedy pro specifickou zděděnou charakteristiku.
genom-kompletní sada genů, které organismus nese.
introny-nekódující sekvence v genu, které jsou spojeny během zpracování RNA.
mitochondrie-intracelulární organela, která je oddělena od jádra, má svůj vlastní genom a je důležitá pro výrobu energie pro různé tkáně.
polyadenylace-modifikace 3 ‚ konce zralého transkriptu mRNA.
rekombinantní DNA-DNA, která je řezána pomocí specifických enzymů, takže lze vložit gen nebo sekvenci DNA.
Splicesome-intracelulární zařízení, které zpracovává RNA odstraněním intronů ze sekvence.
jako všechny ostatní molekuly RNA. Nicméně, tRNAs mají jedinečnou strukturu a funkce odlišné od jiných molekul RNA v tom, že oni jsou zodpovědní za odpovídající skutečné bílkovinné stavební kameny (aminokyseliny) z kódovaného nukleotidové sekvence vybudovat protein nebo polypeptid. Protože tyto specializované RNAs mají unikátní konformace, enzymy, které se připojí exons po intron odstranění se liší od těch, které se připojí intronů v jiných molekul RNA. Zatímco introny jsou odstraněny, a exons jsou spojeny, enzymatické molekuly nejsou stejné jako ty, které se používají pro zpracování mRNA. Odstranění intronu při zpracování tRNA je méně závislé na interních intronových sekvencích ve srovnání s jinými introny RNA.
technologie Rekombinantní DNA
Pokroky v pochopení mechanismů, které popisují, jak sestřih genů dochází, má vést k schopnosti vědců snížit a žíhání nukleotidových sekvencí, nazývané také rekombinantní DNA technologií. Protože spojování doslovně znamená spojení oddělených konců, spojování genů se týká spojení téměř všech nukleotidových sekvencí za účelem vytvoření nového genového produktu nebo zavedení nové genové sekvence. Proto, téměř jakákoli genetická sekvence by mohla být spojena do jiné sekvence.
některé enzymy nazývané restrikční enzymy se používají v laboratořích ke spojení ,připojení (nebo ligaci) a odstranění nebo přidání nukleotidů do sekvencí. Restrikční enzymy se používají v technologii rekombinantní DNA k odstranění a vložení genetických sekvencí z A do jiných sekvencí. Tato technologie umožnila některým biotechnologickým a farmaceutickým společnostem vyrábět velké množství esenciálních proteinů pro lékařské a výzkumné účely. Například lidský inzulínový protein může být vyroben ve velkém množství vložením genu inzulínu do genomu bakterií, například za účelem produkce velkého množství proteinu. Jako fotokopírovací stroj, takové sekvence mohou produkovat spoustu inzulínu pro diabetiky, kteří nejsou schopni vyrobit dostatek inzulínu sami. Tito pacienti si pak mohou sami aplikovat čištěný inzulín k léčbě svého onemocnění.
aplikace genového sestřihu
pomocí technologie genového sestřihu byly vyrobeny vakcíny. DNA z viru může být spojena do genomu neškodného kmene bakteriálního kmene. Když bakterie produkovaly virový protein, lze tento protein sklízet. Vzhledem k tomu, že bakterie rostou rychle a snadno, lze velké množství tohoto proteinu extrahovat, vyčistit a použít jako vakcínu. Zavádí se do jedince injekcí, která vyvolá imunitní odpověď. Pokud je osoba infikována virem přirozenou expozicí, může být zahájena rychlá imunitní odpověď v důsledku počáteční inokulace. Další aplikace technologie kořenění genů souvisí s genem podílejícím se na produkci vitaminu B. Tento gen byl odstraněn z genomu mrkve a sestříhán do genomu rýže. Geneticky upravené rekombinantní rýže kmen proto, je upraven tak, aby produkovat vitamin B. To může mít mnoho zdravotních výhod, zejména v zemích třetího světa, které se spoléhají na rýži jako hlavní zdroj potravy a nemají přístup k potravinové zdroje bohaté na vitamíny.
Gen sestřih technologie, proto umožňuje výzkumní pracovníci k vložení nových genů do stávajícího genetického materiálu organismů genom tak, že celý rysy, z onemocnění, rezistence na vitamíny, a mohou být kopírovány z jednoho organismu a převedeny další.
zdroje
knihy
Hall, Stephen a James Watson. Neviditelné hranice: závod syntetizovat lidský gen. Oxford: Oxford University Press, 2002.
Keller, Evelyn Fox. Století gen. Boston: Harvard University Press, 2002.
Lambrecht, Bill. Večeře v New Gene Cafe: jak genetické inženýrství mění to, co jíme, jak žijeme, a globální politika jídla. New York: St. Martin ‚ s Press, 2002.
Louise Dickersonová