alternatieve splicing
Spliceosomen
splicing introns
andere splicing events
Recombinant-DNA technologie
toepassingen van Gen splicing
hulpbronnen
genen zijn DNA-sequenties die coderen voor eiwitten. Het verbinden van het gen is een vorm van genetische manipulatie waar specifieke genen of genopeenvolgingen in het genoom van een ander organisme worden ingevoegd. Het verbinden van het gen kan ook specifiek naar een stap tijdens de verwerking van desoxyribonucleic zuur (DNA) verwijzen om het voor te bereiden om in proteã ne te worden vertaald.
Gensplitsing kan ook worden toegepast op moleculaire biologische technieken die gericht zijn op de integratie van verschillende DNA-sequenties of gen in het DNA van cellen. De individuele genen coderen specifieke proteã nen en, gebaseerd op de uitkomst van het menselijke genoomproject, wordt geschat dat er ongeveer 30.000 genen in elke cel van het menselijk lichaam zijn. Omdat de cellulaire functies in verschillende weefsels verschillende doeleinden hebben, ondergaan de genen een complexe gezamenlijke inspanning om het juiste niveau van genexpressie op een weefselspecifieke manier te handhaven. Bijvoorbeeld, vereisen spiercellen specifieke proteã nen om te functioneren, en deze proteã nen verschillen Opmerkelijk van proteã nen in hersenencellen. Hoewel de genetische informatie voor het grootste deel hetzelfde is in beide celtypes, resulteren de verschillende functionele doeleinden in verschillende cellulaire behoeften en daarom worden verschillende proteã nen geproduceerd in verschillende weefseltypes.
genen worden niet tot expressie gebracht zonder de juiste signalen. Veel genen kunnen inactief blijven. Met de aangewezen stimulatie van genuitdrukking, kan de cel diverse proteã nen produceren. Het DNA moet eerst worden verwerkt in een vorm die andere molecules in de cel kunnen herkennen en in de aangewezen proteã ne vertalen. Voordat DNA in proteã ne kan worden omgezet, moet het in ribonucleic zuur (RNA) worden getranscribeerd. Er zijn drie stappen in de rijping van RNA; het verbinden, het afdekken, en polyadenylating. Elk van deze stappen zijn betrokken bij de voorbereiding van het nieuw gecreëerde RNA, genoemd het transcript van RNA, zodat het de kern kan verlaten zonder wordt gedegradeerd. In termen van genuitdrukking, is het verbinden van RNA de stap waar het gen verbinden in deze context op specifieke plaatsen door het gen voorkomt. De gebieden van het gen die uit worden verbonden vertegenwoordigen noncoding gebieden die interveniërende opeenvolgingen ook als introns worden bekend. DNA dat in verwerkt RNA blijft wordt bedoeld als de codagegebieden en elke codagegebieden van het gen zijn genoemd geworden exons. Daarom zijn introns interveniërende opeenvolgingen tussen exons en Gen het verbinden impliceert de uitsnijding van introns en het samen toetreden van exons. Vandaar, zal de definitieve opeenvolging korter zijn dan het originele codagegen of de opeenvolging van DNA.
om inzicht te krijgen in de rol die splicing speelt bij de expressie van genen, is het belangrijk te begrijpen hoe een gen verandert in zijn functionele vorm. Aanvankelijk, wordt RNA genoemd voorloper RNA (of pre-RNA). Pre-RNAs worden dan verder gewijzigd aan andere RNAs genoemd overdrachtrna( tRNA), ribosomal RNA (rRNA), of boodschappersRNA (mRNA). mRNAs coderen proteã nen in een proces genoemd vertaling, terwijl andere RNAs belangrijk zijn om mRNA te helpen in proteã ne worden vertaald. Het verbinden van RNA leidt tot functionele molecules van RNA van pre-RNAs.
Splicing verloopt gewoonlijk op een vooraf bepaalde manier voor elk gen. Experimenten die transcript vorming hebben gestopt met verschillende intervallen van de tijd laten zien dat splicing een belangrijke weg zal volgen die begint met een intron en selectief verder gaat naar een andere, niet noodzakelijkerwijs aangrenzende, intron. Hoewel andere wegen kunnen worden gevolgd, elk transcript heeft zijn eigen primaire volgorde voor Intron excisie.
alternatieve splicing
een enkel gen kan worden verwerkt om talrijke genproducten of eiwitten te maken en dit proces wordt alternatieve splicing genoemd. In dit geval blijft een andere combinatie van exonen in het verwerkte RNA. Het alternatieve gen die bij diverse plaatsen intron-exon binnen een gen verbinden kan worden gebruikt om verscheidene proteã nen van de zelfde pre-molecule van RNA tot stand te brengen. De proteã nen worden samengesteld uit veelvoudige domeinen. Verschillende exons kunnen coderen voor verschillende domeinen. Selectieve splicing kan ongewenste exons evenals introns verwijderen. De combinaties van proteã nen die van het alternatieve verbinden kunnen worden geproduceerd zijn verwant in structuur of functie maar zijn niet identiek. Door één enkel gen te gebruiken om veelvoudige proteã nen tot stand te brengen, kan het cellendna efficiënter worden gebruikt.
alternatieve splicing kan weefselspecifiek zijn, zodat verschillende eiwitten worden gemaakt van hetzelfde oorspronkelijke gen door twee of meer verschillende celtypen. Of één celtype kan meerdere configuraties maken gebruikend hetzelfde gen. Bijvoorbeeld, produceert een type van immune cel genoemd een B-cel antilichamen tegen talrijke antigenen. De antigenen zijn buitenlandse substanties, die immune reacties teweegbrengen en de antilichamen binden en antigenen zodat zij kunnen worden afgebroken en verwijderd. Hoewel een oneindig aantal antilichamen kan worden geproduceerd, vallen alle antilichamen in één van vijf fundamentele subtypes. Het alternatieve verbinden wordt gebruikt om deze vijf antilichaam-types van hetzelfde gen tot stand te brengen.
antilichamen bestaan uit meerdere immunoglo-bulin (Ig) moleculen. Deze moleculen hebben op hun beurt meerdere domeinen. Een bepaald domein genoemd het zware gebied van de kettingconstante onderscheidt de vijf antilichaamsubtypes, genoemd IgM, IGD, IgG, IgE, en IgA. De verschillende soorten antilichamen dienen diverse functies in het lichaam en handelen in verschillende lichaamsweefsels. Bijvoorbeeld, worden IgAs afgescheiden in het gastro-intestinale mucosa, en IgGs gaat door de placenta. Het gen dat deze zware kettinggebieden codeert bevat exons die de productie van individuele subtypes leiden, en het gen wordt afwisselend verbonden om een definitief mRNA-transcript op te leveren, dat om het even welk van hen kan maken.
de meeste genen geven slechts één transcriptie; genen die meerdere transcripten opleveren, hebben echter talrijke cellulaire en ontwikkelingsrollen. Alternatieve splicing controleert geslachtsbepaling bij Drosophila melanogaster vliegen. En een aantal eiwitten worden differentieel uitgedrukt uit hetzelfde gen in verschillende cellen. De verschillende spiercellen gebruiken afwisselend het verbinden om cel-specifieke myosin proteã nen tot stand te brengen. En embryonale cellen in verschillende ontwikkelingsstadia produceren meerdere vormen van het eiwit, retinoïnezuur. Sommige afschriften verschillen van verwante afschriften in’ eind 5 en anderen kunnen bij’ eind 3 variëren.
Spliceosomen
de moleculen of moleculaire complexen die RNA in de celkern splitsen, worden spliceosomen genoemd. Spliceosomes worden gemaakt van kleine opeenvolgingen van RNAs die door extra kleine proteã nen worden gebonden. Dit spliceosoomcomplex herkent bijzondere nucleotideopeenvolgingen bij de intron-exon grens. DNA en RNA worden beide over het algemeen gelezen in de richting 5′ aan 3′. Deze aanwijzing wordt gemaakt op basis van de fosfo-diesterbanden, die omhoog de ruggengraat van bundels van DNA en RNA vormen. Introns worden eerst gesneden aan hun 5 ‘einde en dan aan hun 3’ einde. De twee aangrenzende exons worden dan met elkaar verbonden zonder het intron. Spliceosome is een enzymatisch complex dat elk van deze stappen langs pre-RNA uitvoert om introns te verwijderen.
de kleine RNA ’s waaruit het spliceosoom bestaat, zijn geen mRNA’ s, rRNA ’s of tRNA’ s; het zijn kleine nucleaire RNA ’s (snRNA’ s). snRNAs zijn aanwezig in zeer lage concentraties in de kern. De snRNAs combineren met proteã nen om kleine kernribo-nuclearproteã ne deeltjes te omvatten. Verscheidene snRNPs voegen samen om een spliceosome te vormen. Deze secundaire structuur herkent verschillende belangrijke gebieden in het intron en aan de intron-exon grens. In essentie spelen snrnp ‘ s een katalytische splicing rol. De afwezigheid van individuele snrnp-componenten kan het verbinden remmen. snRNPs zijn slechts één van vele complexen die genuitdrukking kunnen regelen.
naast snrnp ‘ s hebben sommige introns automatische (zelf) splicing mogelijkheden. Deze introns worden groep II introns genoemd. Groep II introns worden gevonden in sommige mitochondrial genen, die uit een genoom komen dat van de kern gescheiden is en in kleine compartimenten binnen de cel genoemd mitochondria wordt gevestigd. Mitochrondrieën functies om energie voor de cellenenergie eisen. Hoewel alle chromosomale DNA in de kern wordt gevestigd, zijn een paar genen gevestigd in de cellen mitochondria. Groep II introns vormen secundaire structuren gebruikend hun interne introngebied op een gelijkaardige manier aan nucleaire introns. Echter, deze mitochondriale introns direct exon-exon zich weer bij zichzelf zonder snRNPs.
Splicing out introns
verschillende splicing signaal sequenties zijn universeel en worden gevonden binnen elke intron site gesplitste, terwijl sommige signaal sequenties zijn uniek voor individuele genen. DNA wordt samengesteld uit basissen genoemd nucleotiden, die het alfabet van DNA vertegenwoordigen. Er zijn vier basissen, Adenine (A), Guanine (G), Thymine (T), en Cytosine (C). De meeste introns in hogere levensvormen beginnen met de nucleotideopeenvolging G-T en eindigen met de opeenvolging A-G. de opeenvolgingen definiëren de” linker “(5′) en” rechter “(3′) grenzen van het intron en worden beschreven als conformerend aan de GT-AG regel. De veranderingen in om het even welk van deze vier posities produceren introns die niet door normale het verbinden mechanismen kunnen worden verwijderd. Binnen intron is een andere hoogst behouden opeenvolging die één of andere veranderlijkheid in de genen van een species heeft; dit gebied (genoemd de vertakking plaats) is het gebied dat met het 5′ eind van intron verbindt aangezien het wordt gesneden en dan krult rond om een lariatvorm te vormen. Dit lariat is een lijn in intron die wordt gevormd aangezien het van het rijpende RNA wordt verwijderd.
andere splitsingen
kunnen ook andere moleculen dan mRNA omvatten. tRNAs, die een cruciale rol spelen van het uitlijnen van aminozuren langs een proteã ne die worden samengesteld kan het verbinden ondergaan. tRNAs worden door DNA gecodeerd met slechts
sleuteltermen
antilichaam-een molecuul dat door het immuunsysteem wordt aangemaakt als reactie op de aanwezigheid van een antigeen (een vreemde stof of deeltje). Het markeert vreemde micro-organismen in het lichaam voor vernietiging door andere immuuncellen.
antigeen —een molecuul, meestal een eiwit, dat het lichaam identificeert als vreemd en waarop het een immuunrespons stuurt.
Capping-a modification to the 5 ‘ end of a mature mRNA transcript.
cytoplasma —alle protoplasma in een levende cel die zich buiten de kern bevindt, onderscheiden van nucleoplasma, het protoplasma in de kern.
deoxyribonucleïnezuur (DNA) – het genetische materiaal in een cel.
exonen-de gebieden van DNA die een eiwit coderen of tRNA of mRNA vormen.
gen-een discrete eenheid van overerving, vertegenwoordigd door een gedeelte van DNA dat zich op een chromosoom bevindt. Het gen is een code voor de productie van een specifiek soort eiwit of RNA-molecuul, en dus voor een specifiek erfelijk kenmerk.
genoom-de volledige set genen die een organisme draagt.
Introns – noncoding sequenties in een gen die worden gesplitst tijdens de verwerking van RNA.
mitochondriën-intracellulair organel dat gescheiden is van de kern, een eigen genoom heeft en belangrijk is voor de productie van energie voor verschillende weefsels.
Polyadenylering-een wijziging van het 3′ einde van een volwassen mRNA transcript.Recombinant-DNA-DNA dat met behulp van specifieke enzymen wordt gesneden zodat een gen of DNA-sequentie kan worden ingebracht.
Splicesome – de intracellulaire machine die RNA verwerkt door introns uit de sequentie te verwijderen.
zoals alle andere RNA-moleculen. Nochtans, hebben tRNAs een unieke structuur en functie verschillend van andere molecules van RNA in dat zij van aanpassing van de daadwerkelijke eiwitbouwstenen (aminozuren) van de gecodeerde nucleotideopeenvolging verantwoordelijk zijn om een proteã ne, of polypeptide te bouwen. Aangezien deze gespecialiseerde RNAs unieke conformations hebben, verschillen de enzymen die exons na intronverwijdering toetreden van die die introns in andere molecules van RNA toetreden. Terwijl introns worden verwijderd, en exons worden aangesloten, zijn de enzymatische molecules niet hetzelfde als die voor mRNA-verwerking worden gebruikt. Intron-verwijdering in tRNA-verwerking is minder afhankelijk van interne Intron-sequenties in vergelijking met andere introns van RNA.
Recombinant-DNA-technologie
vooruitgang in het begrijpen van de mechanismen die beschrijven hoe gensplitsen plaatsvindt, heeft geleid tot het vermogen van wetenschappers om nucleotidesequenties, ook wel recombinant-DNA-technologie genoemd, te snijden en te ontharden. Aangezien splice letterlijk de verbinding van afzonderlijke einden betekent, verwijst het verbinden van gen naar de verbinding van bijna om het even welke nucleotideopeenvolgingen om een nieuw genproduct tot stand te brengen of om een nieuwe genopeenvolgorde te introduceren. Vandaar, zo ongeveer elke genetische sequentie kan worden gesplitst in een andere sequentie.
bepaalde enzymen die restrictie-enzymen worden genoemd, worden in laboratoria gebruikt om nucleotiden te splitsen, te verbinden (of te binden) en te verwijderen of aan sequenties toe te voegen. De beperkingsenzymen worden gebruikt in recombinante DNA-technologie om genetische opeenvolgingen van en in andere opeenvolgingen te verwijderen en in te voegen. Deze technologie heeft sommige biotechnologische en farmaceutische bedrijven in staat gesteld om grote hoeveelheden essentiële proteã nen voor medische en onderzoeksdoeleinden te vervaardigen. Bijvoorbeeld, kan een menselijke insulineproteã ne in grote levering worden gemaakt door het insulinegen in het genoom van bacteriën in te brengen, bijvoorbeeld, om grote hoeveelheden van het eiwit te produceren. Net als een fotokopiemachine, kunnen dergelijke sequenties veel insuline produceren voor diabetici die niet in staat zijn om genoeg insuline te maken op hun eigen. Deze patiënten kunnen dan zelf de gezuiverde insuline injecteren om hun ziekte te behandelen.
toepassingen van gensplitsen
met behulp van gensplitsingstechnologie zijn vaccins geproduceerd. DNA van een virus kan in het genoom van een onschadelijke stam van bacteriële stam worden verbonden. Wanneer de bacteriën het virale eiwit produceren, kan dit eiwit worden geoogst. Omdat bacteriën snel en gemakkelijk groeien, kan een grote hoeveelheid van dit eiwit worden geëxtraheerd, gezuiverd en gebruikt als vaccin. Het wordt in een individu geà ntroduceerd door injectie, die een immune reactie zal opwekken. Wanneer een persoon met een virus door natuurlijke blootstelling wordt besmet, kan een snelle immune reactie wegens de aanvankelijke inoculatie worden geïnitieerd. Een andere toepassing van Gen spicing technologie is gerelateerd aan het gen betrokken bij vitamine B productie. Dit gen is verwijderd uit een wortelen genoom en verbonden in het genoom van rijst. De genetisch gemanipuleerde recombinante rijststam wordt daarom aangepast om vitamine B te produceren. dit kan veel gezondheidsvoordelen opleveren, met name in derde wereldlanden die afhankelijk zijn van rijst als belangrijke voedselbron en geen toegang hebben tot voedselbronnen die rijk zijn aan vitamines.De technologie van de Gensplitsing stelt onderzoekers daarom in staat nieuwe genen in te voegen in het bestaande genetische materiaal van een genoom van organismen, zodat Volledige eigenschappen, van resistentie tegen vitaminen, van het ene organisme kunnen worden gekopieerd en een ander organisme kunnen worden overgedragen.
hulpbronnen
boeken
Hall, Stephen and James Watson. Onzichtbare grenzen: de Race om een menselijk gen te synthetiseren. Oxford: Oxford University Press, 2002.
Keller, Evelyn Fox. De eeuw van het gen. Boston: Harvard University Press, 2002.
Lambrecht, Bill. Diner in het New Gene Cafe: hoe genetische manipulatie verandert wat we eten, hoe we leven, en de mondiale politiek van voedsel. New York: St. Martin ‘ s Press, 2002.
Louise Dickerson