Alternativ spleising
Spliceosomer
Spleising ut introner
Andre spleisingshendelser
Rekombinant DNA-teknologi
anvendelser av genspleising
Ressurser
Gener er DNA-sekvenser som koder for protein. Genspleising er en form for genteknologi hvor spesifikke gener eller gensekvenser settes inn i genomet til en annen organisme. Genspleising kan også spesifikt referere til et trinn under behandlingen av deoksyribonukleinsyre (DNA) for å forberede det til å bli oversatt til protein.
Genspleising kan også brukes på molekylærbiologiske teknikker som er rettet mot å integrere ULIKE DNA-sekvenser eller gen i dna i celler. Individuelle gener koder spesifikke proteiner, og basert på utfallet Av Human Genome Project, anslås det at det er omtrent 30.000 gener i hver celle i menneskekroppen. Fordi de cellulære funksjonene i forskjellige vev har varierende formål, gjennomgår genene en kompleks samordnet innsats for å opprettholde riktig nivå av genuttrykk på en vevsspesifikk måte. For eksempel krever muskelceller spesifikke proteiner for å fungere, og disse proteinene skiller seg bemerkelsesverdig fra proteiner i hjerneceller. Selv om den genetiske informasjonen for det meste er den samme i begge celletyper, resulterer de forskjellige funksjonelle formålene i forskjellige cellulære behov, og derfor produseres forskjellige proteiner i forskjellige vevstyper.
Gener uttrykkes ikke uten de riktige signalene. Mange gener kan forbli inaktive. Med riktig stimulering av genuttrykk kan cellen produsere forskjellige proteiner. DNA må først behandles til en form som andre molekyler i cellen kan gjenkjenne og oversette den til riktig protein. FØR DNA kan omdannes til protein, må DET transkriberes til ribonukleinsyre (RNA). DET er tre trinn I rna modning; spleising, capping og polyadenylating. Hvert av disse trinnene er involvert i å forberede det nyopprettede RNA, kalt RNA-transkripsjonen, slik at den kan gå ut av kjernen uten å bli degradert. Når det gjelder genuttrykk, er spleising AV RNA trinnet der genspleising forekommer i denne sammenheng på bestemte steder i hele genet. Områdene av genet som er spleiset ut, representerer ikke-kodende regioner som er mellomliggende sekvenser også kjent som introner. DNA som forblir i det behandlede RNA refereres til som kodende regioner, og hver kodende region av genet er kjent som eksoner. Derfor er introner intervenerende sekvenser mellom eksoner og gen spleising innebærer eksisjon av introner og sammenføyning av eksoner. Derfor vil den endelige sekvensen være kortere enn det opprinnelige kodende genet eller DNA-sekvensen.
for å sette pris på hvilken rolle spleising spiller i hvordan gener uttrykkes, er det viktig å forstå hvordan et gen forandrer seg til sin funksjonelle form. I utgangspunktet kalles rna forløper RNA (eller pre-RNA). Pre-Rna blir så videre modifisert til andre rna som kalles transfer RNA (tRNA), ribosomal RNA (rRNA) eller messenger RNA (mRNA). mrna koder proteiner i en prosess som kalles oversettelse, mens de andre Rna er viktige for å hjelpe mRNA til å bli oversatt til protein. RNA spleising skaper funksjonelle rna molekyler fra pre-Rna.
Spleising fortsetter vanligvis på en forhåndsbestemt måte for hvert gen. Eksperimenter som har stoppet transkripsjon formasjon på ulike tidsintervaller viser at skjøting vil følge en stor vei som begynner med noen intron og går selektivt til en annen, ikke nødvendigvis tilstøtende, intron. Selv om andre veier kan følges, har hvert transkripsjon sin egen primære sekvens for introneksisjon.
Alternativ spleising
et enkelt gen kan behandles for å lage mange genprodukter, eller proteiner, og denne prosessen refereres til som alternativ spleising. I dette tilfellet forblir en annen kombinasjon av eksoner i det behandlede RNA. Alternativ genspleising på forskjellige intron-ekson-steder i et gen kan brukes til å lage flere proteiner fra det samme pre-RNA-molekylet. Proteiner består av flere domener. Ulike exons kan kode for forskjellige domener. Selektiv spleising kan fjerne uønskede eksoner samt introner. Kombinasjonene av proteiner som kan produseres fra alternativ spleising er relatert i struktur eller funksjon, men er ikke identiske. Ved å bruke et enkelt gen for å skape flere proteiner, kan cellens DNA utnyttes mer effektivt.
Alternativ spleising kan være vevsspesifikt slik at forskjellige proteiner er laget av det samme originale genet av to eller flere forskjellige celletyper. Eller en celletype kan gjøre flere konfigurasjoner ved hjelp av samme gen. For eksempel produserer en type immuncelle kalt En B-celle antistoffer mot mange antigener. Antigener er fremmede stoffer, som utløser immunresponser og antistoffer binder og antigener slik at de kan brytes ned og fjernes. Selv om et uendelig antall antistoffer kan produseres, faller alle antistoffer inn i en av fem grunnleggende undertyper. Alternativ spleising brukes til å lage disse fem antistofftyper fra samme gen.
Antistoffer består av flere immunoglo-bulin (Ig) molekyler. Disse molekylene har i sin tur flere domener. Et bestemt domene kalt heavy chain constant region skiller de fem antistoff subtyper, Kalt IgM, IgD, IgG, IgE, Og iga. De forskjellige typer antistoffer tjener ulike funksjoner i kroppen og virker i forskjellige kroppsvev. For Eksempel blir IgAs utskilt i mage-tarmslimhinnen, Og IgGs passerer gjennom moderkaken. Genet som koder for disse tunge kjederegionene inneholder eksoner som styrer produksjonen av individuelle subtyper, og genet blir vekselvis spleiset for å gi et endelig mRNA-transkripsjon, noe som kan gjøre noen av dem.
De fleste gener gir bare ett transkripsjon; men gener som gir flere transkripsjoner har mange cellulære og utviklingsmessige roller. Alternativ spleising styrer sexbestemmelse i Drosophila melanogaster fluer. Og en rekke proteiner uttrykkes differensielt fra det samme genet i forskjellige celler. Ulike muskelceller bruker alternativ spleising for å lage cellespesifikke myosinproteiner. Og embryonale celler i varierende utviklingsstadier produserer flere former for proteinet, retinsyre. Noen transkripsjoner avvike fra relaterte transkripsjoner i 5 ‘slutten og andre kan variere på 3’ slutten.
Spliceosomer
molekylene ELLER molekylkompleksene som faktisk splitter RNA i cellekjernen kalles spliceosomer. Spliceosomer er laget av små sekvenser Av Rna bundet av ytterligere små proteiner. Dette spliceosomkomplekset gjenkjenner bestemte nukleotidsekvenser ved intron-eksongrensen. DNA og RNA leses vanligvis i 5′ til 3 ‘ – retningen. Denne betegnelsen er laget på grunnlag av fosfo-diesterbindingene, som utgjør ryggraden I DNA – og RNA-tråder. Introner blir først kuttet på deres 5 ‘ende og deretter på deres 3’ ende. De to tilstøtende eksonene blir deretter bundet sammen uten intronen. Spliceosomet er et enzymatisk kompleks som utfører hvert av disse trinnene langs pre-RNA for å fjerne introner.
de små Rna som utgjør spliceosomet er ikke mrna, rrna eller trna; de er små nukleære rna (snRNA). snrna er tilstede i svært lave konsentrasjoner i kjernen. Snrnaene kombinerer med proteiner for å omfatte små nukleare ribo-nukleære proteinpartikler. Flere snRNPs aggregater for å danne et spliceosom. Denne sekundære strukturen gjenkjenner flere viktige regioner i intron og på intron-exon grensen. I hovedsak spiller snRNPs en katalytisk spleising rolle. Fraværet av individuelle snRNP-komponenter kan hemme spleising. snRNPs er bare ett av mange komplekser som kan regulere genuttrykk.
i tillegg til snRNPs har noen introner automatisk (selv) spleising. Disse intronene kalles gruppe II introner. Gruppe II introner finnes i noen mitokondrielle gener, som kommer fra et genom som er skilt fra kjernen og ligger i små rom i cellen kalt mitokondrier. Mitochrondria funksjoner for å gi energi til cellene energibehov. Selv om alt kromosomalt DNA ligger i kjernen, er noen få gener plassert i cellene mitokondrier. Gruppe II-introner danner sekundære strukturer ved hjelp av deres interne intronregion på samme måte som kjerneintroner. Imidlertid er disse mitokondrielle introner direkte exon-exon rejoining av seg selv uten snRNPs.
Spleising av introner
Ulike spleisingssignalsekvenser er universelle og finnes innenfor hvert intron-område spleiset, mens noen signalsekvenser er unike for individuelle gener. DNA består av baser kalt nukleotider, som representerer DNA-alfabetet. Det er fire baser, Adenin (A), Guanin (G), Tymin (T) Og Cytosin (C). De fleste introner i høyere livsformer begynner med nukleotidsekvensen G-T og slutter med sekvensen A-G. sekvensene definerer» venstre «(5′) og» høyre «(3′) grenser til intronen og beskrives som i samsvar MED GT-AG-regelen. Mutasjoner i noen av disse fire posisjonene produserer introner som ikke kan fjernes ved normale spleisingsmekanismer. Innenfor intron er en annen svært konservert sekvens som har noen variasjon i gener av en art; denne regionen (kalt grenen området) er området som kobles til 5 ‘ enden av intron som det er kuttet og deretter krøller rundt for å danne en lariat form. Denne lariat er en sløyfe i intronen som dannes når den fjernes fra det modne RNA.
Andre spleising hendelser
Spleising kan også involvere andre molekyler enn mRNA. trnaer, som spiller en avgjørende rolle for å tilpasse aminosyrer langs et protein som syntetiseres, kan gjennomgå spleising. trnaer er kodet av DNA bare
NØKKELBEGREPER
Antistoff-et molekyl opprettet av immunsystemet som respons på tilstedeværelsen av et antigen (et fremmed stoff eller partikkel). Det markerer fremmede mikroorganismer i kroppen for ødeleggelse av andre immunceller.
Antigen-et molekyl, vanligvis et protein, som kroppen identifiserer som fremmed og mot hvilket det styrer en immunrespons.
Capping – en modifikasjon til 5 ‘ enden av et modent mRNA-transkripsjon.
Cytoplasma – alle protoplasma i en levende celle som ligger utenfor kjernen, til forskjell fra nukleoplasma, som er protoplasma i kjernen.
DEOKSYRIBONUKLEINSYRE (DNA) – det genetiske materialet i en celle.
Eksoner-dna-regionene som koder for et protein eller danner tRNA eller mRNA.
Gen-en diskret enhet av arv, representert AV EN DEL AV DNA som ligger på et kromosom. Genet er en kode for produksjon av en bestemt type protein eller RNA-molekyl, og derfor for en bestemt arvelig egenskap.
Genom-det komplette settet av gener en organisme bærer.
Introner —Ikke-Kodende sekvenser i et gen som splittes ut under RNA-behandling.
Mitokondrier-Intracellulær organell som er atskilt fra kjernen, har sitt eget genom og er viktig for å produsere energi til ulike vev.
Polyadenylering – en modifikasjon til 3 ‘ enden av et modent mRNA-transkripsjon.
Rekombinant DNA-DNA som kuttes ved hjelp av spesifikke enzymer slik at et gen eller DNA-sekvens kan settes inn.
Splicesome – det intracellulære maskineriet som behandler RNA ved å fjerne introner fra sekvensen.
som alle ANDRE rna-molekyler. Trnaer har imidlertid en unik struktur og funksjon som er forskjellig fra ANDRE rna-molekyler ved at de er ansvarlige for å matche de faktiske proteinbyggeblokkene (aminosyrer) fra den kodede nukleotidsekvensen for å bygge et protein eller polypeptid. Siden disse spesialiserte Rna-Ene har unike konformasjoner, er enzymer som forbinder eksoner etter intronfjerning forskjellig fra de som forbinder introner i andre RNA-molekyler. Mens introner fjernes, og eksoner blir sammenføyet, er de enzymatiske molekylene ikke de samme som de som brukes til mRNA-behandling. Intron fjerning i tRNA behandling er mindre avhengig av interne intron sekvenser sammenlignet med ANDRE rna introner.
Rekombinant DNA-teknologi
Fremskritt i å forstå mekanismene som beskriver hvordan genet skjøting oppstår har ført til evne til forskere å kutte og anneal nukleotidsekvenser, også kalt rekombinant DNA-teknologi. Siden splice bokstavelig talt betyr sammenføyning av separate ender, refererer gen spleising til sammenføyning av nesten alle nukleotidsekvenser for å skape et nytt genprodukt eller å introdusere en ny gensekvens. Derfor kan omtrent enhver genetisk sekvens spleises i en annen sekvens.
Visse enzymer kalt restriksjonsenzymer brukes i laboratorier for å spleise, koble til (eller ligere) og fjerne eller legge til nukleotider i sekvenser. Restriksjonsenzymer brukes i rekombinant DNA-teknologi for å fjerne og sette inn genetiske sekvenser fra og inn i andre sekvenser. Denne teknologien har gjort det mulig for noen bioteknologiske og farmasøytiske selskaper å produsere store mengder essensielle proteiner til medisinske og forskningsformål. For eksempel kan et humant insulinprotein fremstilles i stor forsyning ved å sette insulingenet inn i genomet av bakterier, for eksempel for å produsere store mengder protein. Som en kopimaskin kan slike sekvenser produsere mye insulin for diabetikere som ikke klarer å lage nok insulin alene. Disse pasientene kan da selv injisere det rensede insulinet for å behandle sykdommen.
Anvendelser av gensplisering
ved hjelp av genspliseringsteknologi har vaksiner blitt produsert. DNA fra et virus kan spleises inn i genomet av en ufarlig stamme av bakteriell belastning. Når bakteriene produserte virusproteinet, kan dette proteinet høstes. Siden bakterier vokser raskt og enkelt, kan en stor mengde av dette proteinet ekstraheres, renses og brukes som en vaksine. Det blir introdusert i et individ ved injeksjon, noe som vil fremkalle en immunrespons. Når en person er infisert med et virus ved naturlig eksponering, kan en rask immunrespons initieres på grunn av den første inokuleringen. En annen anvendelse av genspicing-teknologi er relatert til genet som er involvert i vitamin B-produksjon. Dette genet har blitt fjernet fra et gulrøttergenom og spleiset i genomet av ris. Den genetisk utviklede rekombinante risstammen er derfor modifisert for å produsere vitamin B. Dette kan ha mange helsemessige fordeler, spesielt i tredjelandes land som er avhengige av ris som en viktig matkilde og ikke har tilgang til matkilder rik på vitaminer.
Genspliseringsteknologi tillater derfor forskere å sette inn nye gener i det eksisterende genetiske materialet til et organismegenom, slik at hele egenskaper, fra sykdomsresistens mot vitaminer, og kan kopieres fra en organisme og overføres til en annen.
Ressurser
BØKER
Hall, Stephen Og James Watson. Usynlige Grenser: Kappløpet om Å Syntetisere Et Menneskelig Gen Oxford: Oxford University Press, 2002.
Keller, Evelyn Fox. Århundre Av Genet. Boston: Harvard University Press, 2002.
Lambrecht, Bill. Middag På Den Nye Gene Cafe: Hvordan Genteknologi Endrer Hva Vi Spiser, Hvordan Vi Lever og Matens Globale Politikk. New York: St. Martin ‘ S Press, 2002.
Louise Dickerson