Mối nối

Các Mối nối đại diện cho một quá trình quan trọng trong quá trình phiên mã trong nhân của sinh vật nhân chuẩn, trong đó mRNA trưởng thành xuất hiện từ tiền mRNA. Các intron vẫn còn chứa trong tiền mRNA sau khi phiên mã sẽ bị loại bỏ và các exon còn lại được kết hợp để tạo thành mRNA hoàn chỉnh.

Nối là gì

Tín điều trung tâm của sinh học phân tử nói rằng dòng thông tin di truyền diễn ra từ DNA mang thông tin qua RNA đến protein. Bước đầu tiên trong biểu hiện gen được gọi là phiên mã. RNA được tổng hợp bằng cách sử dụng DNA làm khuôn mẫu. DNA là chất mang thông tin di truyền, được lưu trữ ở đó với sự trợ giúp của mã bao gồm bốn base adenes, thymine, guanine và cytosine. Phức hợp protein RNA polymerase đọc trình tự cơ sở của DNA trong quá trình phiên mã và tạo ra “RNA tiền thông tin” tương ứng (viết tắt là pre-mRNA). Thay vì thymine, uracil luôn được kết hợp.

Gen được tạo thành từ exon và intron. Exon là những phần của bộ gen thực sự mã hóa thông tin di truyền. Ngược lại, intron đại diện cho các phần không mã hóa trong một gen. Các gen được lưu trữ trên DNA được chuyển qua các đoạn dài không tương ứng với bất kỳ axit amin nào trong protein sau này và không đóng góp vào quá trình dịch mã.

Một gen có thể có tới 60 intron, với độ dài từ 35 đến 100.000 nucleotit. Trung bình, các intron này dài hơn các exon gấp mười lần. Tiền mRNA được tạo ra trong bước đầu tiên của quá trình phiên mã, cũng thường được gọi là mRNA chưa trưởng thành, vẫn chứa cả exon và intron. Đây là nơi bắt đầu quá trình nối.

Các intron phải được loại bỏ khỏi tiền mRNA và các exon còn lại phải được liên kết với nhau. Chỉ khi đó mRNA trưởng thành mới có thể rời khỏi nhân tế bào và bắt đầu quá trình dịch mã.

Việc nối phần lớn được thực hiện với sự trợ giúp của spliceosome (tiếng Đức: spliceosome). Nó được tạo thành từ năm snRNP (các hạt ribonucleoprotein hạt nhân nhỏ). Mỗi snRNP này bao gồm một snRNA và các protein. Một số protein khác không phải là một phần của snRNPs cũng là một phần của spliceosome. Splicesome được chia thành các tiểu thể lớn và nhỏ. Các spliceosome chính xử lý hơn 95% tất cả các intron của con người, các spliceosome nhỏ chủ yếu xử lý các intron ATAC.

Để giải thích về sự nối, Richard John Roberts và Phillip A. Sharp đã được trao giải Nobel Y học năm 1993. Thomas R. Cech và Sidney Altman nhận giải Nobel Hóa học năm 1989 cho công trình nghiên cứu về cách nối thay thế và tác dụng xúc tác của RNA.

Chức năng & nhiệm vụ

Trong quá trình nối, nhiễm sắc thể được hình thành mới từ các bộ phận riêng lẻ của nó. Ở động vật có vú, snRNP U1 đầu tiên tự gắn vào vị trí 5 5-splice và bắt đầu sự hình thành spliceosome còn lại. SnRNP U2 liên kết với điểm phân nhánh của intron. Sau đó cũng liên kết tri-snRNP.

Spliceosome xúc tác phản ứng tạo nối bằng hai lần biến nạp liên tiếp. Trong phần đầu tiên của phản ứng, một nguyên tử oxy từ nhóm 2‘-OH của một adenosine từ "chuỗi điểm nhánh" (BPS) tấn công một nguyên tử phốt pho của liên kết phosphodiester ở vị trí mối nối 5'. Điều này giải phóng exon 5 ‘và lưu chuyển intron. Nguyên tử oxy của nhóm 3'-OH tự do của 5'-exon bây giờ liên kết với vị trí mối nối 3', kết quả là hai exon được kết nối và intron được giải phóng. Intron được đưa vào một cấu trúc được sắp xếp hợp lý, được gọi là lariat, sau đó được chia nhỏ.

Ngược lại với điều này, các liên kết không có vai trò trong quá trình tự nối. Tại đây các intron bị loại trừ khỏi quá trình dịch mã bởi cấu trúc bậc hai của chính RNA. Sự nối enzim của tRNA (RNA vận chuyển) xảy ra ở sinh vật nhân chuẩn và cổ nhân, nhưng không xảy ra ở vi khuẩn.

Quá trình nối phải diễn ra với độ chính xác cực cao ở ranh giới exon-intron, vì sự sai lệch chỉ một nucleotide sẽ dẫn đến mã hóa sai các axit amin và do đó dẫn đến sự hình thành các protein hoàn toàn khác nhau.

Sự kết nối của tiền mRNA có thể diễn ra khác nhau do ảnh hưởng của môi trường hoặc loại mô. Điều này có nghĩa là các protein khác nhau có thể được hình thành từ cùng một trình tự DNA và do đó cùng một tiền mRNA. Quá trình này được gọi là nối thay thế. Một tế bào của con người chứa khoảng 20.000 gen, nhưng có thể tạo ra vài trăm nghìn protein do sự liên kết thay thế. Khoảng 30% tất cả các gen của con người có sự liên kết thay thế.

Nối đã đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa. Exon thường mã hóa các miền riêng lẻ của protein, chúng có thể được kết hợp với nhau theo những cách khác nhau. Điều này có nghĩa là có thể tạo ra nhiều loại protein với các chức năng hoàn toàn khác nhau từ một vài exon. Quá trình này được gọi là xáo trộn exon.

Bệnh tật & ốm đau

Một số bệnh di truyền có thể liên quan mật thiết đến quá trình nối. Các đột biến trong phần intron không mã hóa thường không dẫn đến sai sót trong quá trình hình thành protein. Tuy nhiên, nếu một đột biến xảy ra ở một phần của intron quan trọng đối với việc điều hòa nối, thì điều này có thể dẫn đến sự kết nối bị lỗi của tiền mRNA. Sau đó mRNA trưởng thành thu được mã hóa các protein bị lỗi hoặc trong trường hợp xấu nhất là các protein có hại. Đây là trường hợp, ví dụ, với một số loại bệnh beta-thalassemia, một bệnh thiếu máu di truyền. Các đại diện khác của các bệnh phát triển theo cách này, ví dụ, hội chứng Ehlers-Danlos (EDS) loại II và bệnh teo cơ tủy sống.