Silmukoiminen (englanninkielisestä silmukoista - jonkin päiden liittämiseen tai liimaamiseen) on prosessi, jossa RNA -molekyyleistä leikataan pois tiettyjä nukleotidisekvenssejä ja yhdistetään sekvenssit, jotka jäävät "kypsiin" molekyyliin RNA-käsittelyn aikana . Useimmiten tämä prosessi tapahtuu eukaryoottien matriisi- tai informaatio-RNA:n ( mRNA ) kypsymisen aikana , kun taas RNA:ta ja proteiineja sisältävät biokemialliset reaktiot poistavat mRNA:n osista, jotka eivät koodaa proteiinia ( introneita ) ja yhdistävät aminohapot toisiinsa. sekvenssejä koodaavat jaksot - eksonit . Siten epäkypsä pre-mRNA muunnetaan kypsäksi mRNA:ksi, josta ne luetaan ( käännetään )) soluproteiinit. Useimmilla prokaryoottien proteiinia koodaavilla geeneillä ei ole introneita, joten pre-mRNA-silmukointi on niissä harvinaista. Siirto-RNA:iden ( tRNA :iden ) [1] ja muiden ei-koodaavien RNA:iden silmukointia löytyy myös eukaryoottien, bakteerien ja arkkien edustajista.
Sharpin ja Robertsin vuonna 1977 julkaistu työ osoitti, että korkeampien organismien geeneillä on "epäjatkuva" rakenne: geenin koodaavien segmenttien välissä on ei-koodaavaa DNA :ta , jota ei käytetä geeniekspressiossa . Geenin "epäjatkuva" rakenne havaittiin, kun adenoviruksen mRNA hybridisoitiin yhden DNA-juosteen fragmenttien kanssa. Tuloksena kävi ilmi, että näiden hybridi-kaksijuosteisten mRNA-DNA-molekyylien mRNA-alueet sisältävät niiden alueiden 5'- ja 3'-päät, joissa ei ole vetysidoksia. Pidemmät DNA-segmentit silmukattiin hybridisaation aikana ja muodostivat oksia. Tuli selväksi, että nämä "tarpeettomat" sekvenssit sisältävät silmukka-alueet uutetaan pre-mRNA:sta prosessin tuloksena, jota on kutsuttu "silmukoitumiseksi". Myöhemmin havaittiin myös, että epäjatkuva rakenne on erittäin laajalle levinnyt eukaryoottigeeneissä.
Luonnosta on löydetty useita silmukointimuunnelmia. Kumpi kussakin tapauksessa tapahtuu, riippuu intronin rakenteesta ja reaktioon tarvittavasta katalyytistä .
Spliceosomaalisia introneita löytyy usein proteiineja koodaavista geeneistä. Silmukointi vaatii erityisiä 3'- ja 5'-sekvenssejä. Tärkeä rooli mRNA:n 5'-pään suojaamisessa eksonukleaasien aiheuttamalta hajoamiselta kuuluu 5'-cap :lle . Silmukointia katalysoi silmukointi , suuri RNA:n ja proteiinien kompleksi, joka sisältää viisi pientä tuman ribonukleoproteiinia (snRNP:tä). SnRNP:n RNA-komponentti on vuorovaikutuksessa intronin kanssa ja mahdollisesti osallistuu katalyysiin. Löydettiin kahden tyyppisiä silmukointiosomeja (pää- ja ylimääräisiä), jotka eroavat niiden sisältämistä snRNP:istä.
Pääsilmukointi osallistuu guaniinia ja urasiilia (GU) sisältävien intronien silmukointiin 5'-kohdassa ja adeniinia ja guaniinia (AG) 3'-silmukointikohdassa. Se koostuu snRNP:istä: U1, U2, U4, U5 ja U6.
Joidenkin eukaryoottisten geenien pre-mRNA:t voivat läpikäydä vaihtoehtoisen silmukoinnin . Samaan aikaan pre-mRNA:ssa olevat intronit leikataan pois erilaisissa vaihtoehtoisissa yhdistelmissä, joissa myös joitain eksoneja leikataan. Yhden pre-mRNA:n vaihtoehtoisen silmukoinnin eri variantteja voi esiintyä organismin eri kehitysjaksoissa tai eri kudoksissa sekä saman lajin eri yksilöissä [2] . Jotkut pre-mRNA:n vaihtoehtoisen silmukoinnin tuotteista ovat ei-toiminnallisia (tämän tyyppistä vaihtoehtoista silmukointia esiintyy Drosophilassa sukupuolen määrityksen aikana ), mutta usein useita mRNA:ita ja niiden proteiinituotteita muodostuu yhden geenin vaihtoehtoisen pre-mRNA-silmukoinnin seurauksena. . [3]
On osoitettu, että 94 % ihmisen geeneistä on alttiina vaihtoehtoiselle silmukoitumiselle (muilla 6 %:lla geeneistä ei ole introneja). Sukulamadon Caenorhabditis elegansin genomi ei käytännössä eroa ihmisen genomista geenien lukumäärän suhteen, mutta vain 15 % geeneistä käy läpi vaihtoehtoisen pre-mRNA:n silmukoinnin. Siten vaihtoehtoinen silmukointi mahdollistaa proteiinigeenituotteiden monimuotoisuuden lisäämisen ilman, että genomin kokoa suhteellisesti kasvatetaan, mukaan lukien luomatta lisäkopioita geeneistä. Monisoluisten eukaryoottien vaihtoehtoisen silmukoinnin biologinen merkitys on, että se näyttää olevan avainmekanismi proteiinien monimuotoisuuden lisäämisessä ja mahdollistaa myös monimutkaisen geeniekspression säätelyjärjestelmän , mukaan lukien kudosspesifiset [4] .
Tetrahymene- RNA: lla on ribotsyymiaktiivisuutta ja se voi silmukoitua itsensä, lukittuen renkaaseen ja leikkaamalla introneja toisesta päästään.
Eukaryoottien silmukoinnin erityinen muoto , jossa kahden eri RNA-transkriptin eksonit liitetään päittäin ja ligoidaan .
| Transkription jälkeiset muutokset | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ydin |
| ||||||||
| Sytosolinen |
| ||||||||