alternatív splicing
Spliceoszómák
Intron Splicing
Egyéb splicing események
rekombináns DNS technológia
a gén splicing alkalmazása
források
a gének olyan DNS-szekvenciák, amelyek fehérjét kódolnak. A génillesztés a géntechnika egyik formája, ahol specifikus géneket vagy génszekvenciákat helyeznek be egy másik szervezet genomjába. A gén-splicing kifejezetten utalhat a dezoxiribonukleinsav (DNS) feldolgozásának egy lépésére is, hogy előkészítse azt fehérjévé történő átalakításra.
a Génillesztés alkalmazható olyan molekuláris biológiai technikákra is, amelyek célja a különböző DNS-szekvenciák vagy gének integrálása a sejtek DNS-ébe. Az egyes gének specifikus fehérjéket kódolnak, és a humán genom projekt eredményei alapján becslések szerint körülbelül 30 000 gén található az emberi test minden sejtjében. Mivel a különböző szövetekben a sejtfunkcióknak különböző céljaik vannak, a gének komplex összehangolt erőfeszítésen mennek keresztül a génexpresszió megfelelő szintjének fenntartása érdekében szövetspecifikus módon. Például az izomsejtek működéséhez specifikus fehérjékre van szükség, és ezek a fehérjék jelentősen különböznek az agysejtekben található fehérjéktől. Bár a genetikai információ többnyire azonos mindkét sejttípusban, a különböző funkcionális célok eltérő sejtigényeket eredményeznek, ezért különböző fehérjéket állítanak elő különböző szövettípusokban.
a gének nem fejeződnek ki megfelelő jelek nélkül. Sok gén inaktív maradhat. A génexpresszió megfelelő stimulálásával a sejt különböző fehérjéket képes előállítani. A DNS-t először olyan formává kell feldolgozni, amelyet a sejt más molekulái felismerhetnek és a megfelelő fehérjévé alakíthatnak. Mielőtt a DNS fehérjévé alakítható, át kell írni ribonukleinsavvá (RNS). Az RNS érésének három lépése van: splicing, capping és polyadenilating. Ezen lépések mindegyike részt vesz az újonnan létrehozott RNS előkészítésében, az úgynevezett RNS-transzkriptumban, hogy lebomlás nélkül kiléphessen a magból. A génexpresszió szempontjából az RNS splicingje az a lépés, ahol a gén splicing ebben az összefüggésben az egész gén meghatározott helyein történik. A gén azon területei, amelyek ki vannak kapcsolva, nem kódoló régiókat képviselnek, amelyek beavatkozó szekvenciák, más néven intronok. A feldolgozott RNS-ben maradt DNS-t kódoló régióknak nevezzük, a gén minden kódoló régióját pedig exonoknak nevezzük. Ezért az intronok interváló szekvenciák az exonok között, és a gén splicing magában foglalja az intronok kivágását és az exonok összekapcsolását. Ezért a végső szekvencia rövidebb lesz, mint az eredeti kódoló gén vagy DNS szekvencia.
annak érdekében, hogy értékeljük a splicing szerepét a gének kifejeződésében, fontos megérteni, hogy egy gén hogyan változik funkcionális formájává. Kezdetben az RNS-t prekurzor RNS-nek (vagy pre-RNS-nek) nevezik. A Pre-RNS-eket ezután tovább módosítják más RNS-ekké, amelyeket transzfer RNS-nek (tRNS), riboszomális RNS-nek (rRNS) vagy messenger RNS-nek (mRNS) neveznek. az mRNS-ek a transzlációnak nevezett folyamatban kódolják a fehérjéket, míg a többi RNS fontos az mRNS fehérjévé történő transzlációjának elősegítésében. Az RNS splicing funkcionális RNS molekulákat hoz létre a pre-RNS-ekből.
a Splicing általában minden gén esetében előre meghatározott módon megy végbe. Azok a kísérletek, amelyek különböző időközönként leállították az átirat képződését, azt mutatják, hogy a splicing egy fő utat fog követni, amely valamilyen intronnal kezdődik, majd szelektíven halad egy másik, nem feltétlenül szomszédos intron felé. Bár más utak is követhetők, minden átiratnak megvan a maga elsődleges sorrendje az intron kivágásához.
alternatív splicing
egyetlen gén feldolgozható számos géntermék vagy fehérje létrehozására, és ezt a folyamatot alternatív splicingnek nevezik. Ebben az esetben az exonok eltérő kombinációja marad a feldolgozott RNS-ben. A génen belüli különböző intron-exon helyeken végzett alternatív génillesztés felhasználható több fehérje létrehozására ugyanabból a pre-RNS molekulából. A fehérjék több doménből állnak. Különböző exonok kódolhatnak különböző tartományokat. A szelektív illesztés eltávolíthatja a nem kívánt exonokat, valamint az intronokat. Az alternatív splicingből előállítható fehérjék kombinációi szerkezetükben vagy funkciójukban rokonok, de nem azonosak. Ha egyetlen gént használunk több fehérje létrehozására, a sejtek DNS-ét hatékonyabban lehet felhasználni.
az alternatív splicing olyan szövetspecifikus lehet, hogy ugyanazon eredeti génből két vagy több különböző sejttípus különböző fehérjéket állít elő. Vagy egy sejttípus több konfigurációt is készíthet ugyanazon gén felhasználásával. Például egy B-sejtnek nevezett immunsejt-típus antitesteket állít elő számos antigén ellen. Az antigének idegen anyagok, amelyek immunválaszt váltanak ki, az antitestek pedig kötődnek és antigének, így lebonthatók és eltávolíthatók. Bár végtelen számú antitest állítható elő, az összes antitest az öt alapvető altípus egyikébe tartozik. Alternatív splicinget használnak ezen öt antitest-típus létrehozására ugyanabból a génből.
az antitestek több immunoglo-bulin (Ig) molekulából állnak. Ezeknek a molekuláknak viszont több doménje van. A nehéz lánc állandó régiónak nevezett domén megkülönbözteti az öt antitest altípust, az IgM-et, az IgD-t, az IgG-t, az IgE-t és az IgA-t. A különböző típusú antitestek különböző funkciókat töltenek be a szervezetben, és különböző testszövetekben hatnak. Például az IgA-k kiválasztódnak a gyomor-bél nyálkahártyájába, az IgG-k pedig átjutnak a placentán. Az ezeket a nehéz láncrégiókat kódoló gén exonokat tartalmaz, amelyek irányítják az egyes altípusok termelését, és a gént felváltva összekapcsolják, hogy végső mRNS-átiratot kapjanak, amely bármelyiküket elkészítheti.
a legtöbb gén csak egy transzkriptumot eredményez, azonban a több transzkriptumot eredményező géneknek számos sejt-és fejlődési szerepük van. Az alternatív illesztés szabályozza a nemek meghatározását a Drosophila melanogaster legyekben. Számos fehérje differenciálisan expresszálódik ugyanabból a génből különböző sejtekben. A különböző izomsejtek alternatív splicinget használnak sejtspecifikus miozin fehérjék létrehozására. Az embrionális sejtek különböző fejlődési stádiumokban a fehérje, a retinsav többféle formáját termelik. Egyes átiratok az 5′ végén különböznek a kapcsolódó átiratoktól, mások pedig a 3′ végén változhatnak.
Spliceosomes
azokat a molekulákat vagy molekuláris komplexeket, amelyek ténylegesen összekapcsolják az RNS-t a sejtmagban, spliceosomáknak nevezzük. A spliceoszómák az RNS-ek kis szekvenciáiból készülnek, amelyeket további kis fehérjék kötnek. Ez a spliceosome komplex felismer bizonyos nukleotidszekvenciákat az intron-exon határán. A DNS-t és az RNS-t általában 5′ – 3′ irányban olvassuk. Ez a megnevezés a foszfo-diészter kötések alapján történik, amelyek a DNS és az RNS szálak gerincét alkotják. Az intronokat először az 5′ végén, majd a 3′ végén vágják le. A két szomszédos exont ezután az intron nélkül kötik össze. A spliceosome egy enzimatikus komplex, amely ezeket a lépéseket a pre-RNS mentén hajtja végre az intronok eltávolítására.
a spliceoszómát alkotó kis RNS-ek nem mRNS-ek, rRNS-ek vagy tRNS-ek; ezek kicsi nukleáris RNS-ek (snrns-ek). az snrns-ek nagyon alacsony koncentrációban vannak jelen a magban. Az snrns-ek fehérjékkel kombinálva kis nukleáris ribo-nuclearprotein részecskéket tartalmaznak. Számos snrnp aggregálódik, hogy spliceoszómát képezzen. Ez a másodlagos struktúra több kulcsfontosságú régiót ismer fel az intronban és az intron-exon határon. Lényegében az snrnp-k katalitikus splicing szerepet játszanak. Az egyes snRNP komponensek hiánya gátolhatja az illesztést. az snrnp – k csak egy a sok komplex közül, amelyek szabályozhatják a génexpressziót.
az snrnp-k mellett néhány Intron rendelkezik automatikus (Ön) splicing képességekkel. Csoport intronjainak nevezzük. Csoport intronjai megtalálhatók néhány mitokondriális génben, amelyek a sejtmagtól elkülönülő genomból származnak, és a sejt mitokondriumoknak nevezett kis rekeszeiben helyezkednek el. A mitokrondria a sejtek energiaigényének ellátására szolgál. Bár az összes kromoszómális DNS a magban található, néhány gén a sejtek mitokondriumában található. Csoport intronjai másodlagos struktúrákat alkotnak belső intron régiójuk felhasználásával, hasonlóan a nukleáris intronokhoz. Ezek a mitokondriális intronok azonban közvetlenül az exon-exonhoz csatlakoznak snrnp-k nélkül.
Intron Splicing out
a különböző splicing signal szekvenciák univerzálisak, és minden egyes Intron helyszínen megtalálhatók, míg egyes jel szekvenciák egyediek az egyes géneknél. A DNS nukleotidoknak nevezett bázisokból áll, amelyek a DNS ábécét képviselik. Négy bázis van: adenin (a), guanin (G), timin (T) és citozin (C). A magasabb életformák legtöbb intronja a G-T nukleotidszekvenciával kezdődik, és az A-G szekvenciával végződik. a szekvenciák meghatározzák az intron” bal “(5′) és” jobb “(3′) határait, és leírásuk szerint megfelelnek a GT-AG szabálynak. A négy pozíció bármelyikének mutációi olyan intronokat eredményeznek, amelyeket normál splicing mechanizmusokkal nem lehet eltávolítani. Az intronon belül található egy másik erősen konzervált szekvencia, amelynek némi variabilitása van egy faj génjeiben; ez a régió (az úgynevezett elágazási hely) az a terület, amely az intron 5′ végéhez kapcsolódik, amikor levágják, majd körbefordulva lariat alakot képez. Ez a lariat egy hurok az intronban, amely akkor képződik, amikor eltávolítják az érlelő RNS-ből.
Egyéb splicing események
a Splicing az mRNS-től eltérő molekulákat is magában foglalhat. a tRNS-ek, amelyek döntő szerepet játszanak az aminosavak összehangolásában egy szintetizált fehérje mentén, összekapcsolódhatnak. a tRNS —eket csak a DNS kódolja
kulcsfogalmak
antitest-az immunrendszer által létrehozott molekula antigén (idegen anyag vagy részecske) jelenlétére reagálva. Megjelöli a szervezetben lévő idegen mikroorganizmusokat más immunsejtek általi megsemmisítés céljából.
antigén-egy molekula, általában egy fehérje, amelyet a szervezet idegenként azonosít, és amely felé az immunválaszt irányítja.
Capping —az érett mRNS átirat 5′ végének módosítása.
citoplazma —az összes protoplazma egy élő sejtben, amely a magon kívül helyezkedik el, megkülönböztetve a nukleoplazmától, amely a magban lévő protoplazma.
dezoxiribonukleinsav (DNS) – a sejt genetikai anyaga.
exonok —a DNS azon régiói, amelyek fehérjét kódolnak, vagy tRNS-t vagy mRNS-t képeznek.
gén —az öröklődés diszkrét egysége, amelyet a kromoszómán található DNS egy része képvisel. A gén egy specifikus fehérje vagy RNS molekula termelésének kódja, tehát egy specifikus öröklött jellemző.
Genom-a teljes génkészlet, amelyet egy szervezet hordoz.
intronok-nem kódoló szekvenciák egy génben, amelyek az RNS-feldolgozás során kioldódnak.
mitokondriumok-intracelluláris organella, amely elkülönül a magtól, saját genommal rendelkezik, és fontos a különböző szövetek energiatermeléséhez.
Poliadenilezés —az érett mRNS transzkriptum 3′ végének módosítása.
rekombináns DNS —DNS, amelyet specifikus enzimekkel vágnak úgy, hogy egy gén vagy DNS-szekvencia beilleszthető legyen.
Splicesome —az intracelluláris gépezet, amely az RNS-t az intronok eltávolításával dolgozza fel a szekvenciából.
mint minden más RNS molekula. A tRNS-eknek azonban egyedi szerkezete és funkciója különbözik a többi RNS-molekulától, mivel felelősek a kódolt nukleotidszekvenciából származó tényleges fehérje építőelemek (aminosavak) illesztéséért egy fehérje vagy polipeptid felépítéséhez. Mivel ezeknek a speciális RNS-eknek egyedi konformációi vannak, az enzimek, amelyek az intron eltávolítása után csatlakoznak az exonokhoz, különböznek azoktól, amelyek más RNS-molekulákban csatlakoznak az intronokhoz. Míg az intronokat eltávolítják, és az exonokat összekapcsolják, az enzimatikus molekulák nem azonosak az mRNS feldolgozásához használt molekulákkal. A tRNS-feldolgozás során az Intron eltávolítása kevésbé függ a belső intron szekvenciáktól, mint más RNS-intronok.
rekombináns DNS-technológia
a génillesztés folyamatát leíró mechanizmusok megértésének fejlődése a tudósok azon képességéhez vezetett, hogy a nukleotidszekvenciákat, más néven rekombináns DNS-technológiát vágják és lágyítják. Mivel a splice szó szerint különálló végek összekapcsolását jelenti, a gén splicing szinte bármilyen nukleotidszekvencia összekapcsolására utal, hogy új génterméket hozzon létre vagy új génszekvenciát vezessen be. Ezért szinte bármilyen genetikai szekvenciát össze lehet illeszteni egy másik szekvenciába.
bizonyos enzimeket, úgynevezett restrikciós enzimeket használnak a laboratóriumokban, hogy összekapcsolják, összekapcsolják (vagy ligálják), és eltávolítsák vagy hozzáadják a nukleotidokat a szekvenciákhoz. A restrikciós enzimeket rekombináns DNS-technológiában használják genetikai szekvenciák eltávolítására és beillesztésére más szekvenciákból és más szekvenciákba. Ez a technológia lehetővé tette egyes biotechnológiai és gyógyszeripari vállalatok számára, hogy nagy mennyiségű esszenciális fehérjét állítsanak elő orvosi és kutatási célokra. Például egy humán inzulinfehérje nagy mennyiségben előállítható az inzulin gén beillesztésével a baktériumok genomjába, például nagy mennyiségű fehérje előállítása érdekében. Mint egy fénymásoló gép, az ilyen szekvenciák sok inzulint termelhetnek olyan cukorbetegek számára, akik önmagukban nem képesek elegendő inzulint előállítani. Ezek a betegek ezután saját maguk injektálhatják a tisztított inzulint betegségük kezelésére.
Génillesztési alkalmazások
génillesztési technológiával vakcinákat állítottak elő. A vírus DNS-ét be lehet illeszteni a baktériumtörzs ártalmatlan törzsének genomjába. Amikor a baktériumok előállították a vírusfehérjét, ez a fehérje betakarítható. Mivel a baktériumok gyorsan és könnyen növekednek, nagy mennyiségű fehérje kivonható, tisztítható és vakcinaként használható. Injekcióval vezetik be az egyénbe, amely immunválaszt vált ki. Ha egy személy természetes expozícióval vírussal fertőzött,a kezdeti oltás miatt gyors immunválasz indítható. A génfűző technológia másik alkalmazása a B-vitamin termelésében részt vevő génhez kapcsolódik. Ezt a gént eltávolították a sárgarépa genomjából, és a rizs genomjába illesztették. Ennek számos egészségügyi előnye lehet, különösen a harmadik világ országaiban, amelyek a rizsre támaszkodnak, mint fő élelmiszerforrásra, és nem férnek hozzá vitaminokban gazdag élelmiszerforrásokhoz.
a Génillesztési technológia tehát lehetővé teszi a kutatók számára, hogy új géneket illesszenek be egy organizmus genomjának meglévő genetikai anyagába, hogy teljes vonások, a betegségekkel szembeni ellenálló képességtől a vitaminokig, és átmásolhatók az egyik szervezetből, és átvihetők egy másikba.
források
könyvek
Hall, Stephen és James Watson. Láthatatlan határok: az emberi gén szintetizálásának versenye. Oxford: Oxford University Press, 2002.
Keller, Evelyn Fox. A gén százada. Boston: Harvard University Press, 2002.
Lambrecht, Bill. Vacsora a New Gene Cafe-ban: hogyan változtatja meg a géntechnológia azt, amit eszünk, hogyan élünk, és az élelmiszer globális politikáját. New York: Szent Márton sajtó, 2002.
Louise Dickerson