بیان ژن | قسمت سوم

RNA splicing:

سومین رویداد بزرگ پردازش RNA که در سلول های شما اتفاق می افتد،  RNA splicing است.  RNA Splicing، یک فرآیند پس از رونویسی  است که برای تشکیل یک mRNA بالغ ضروری می باشد و در اواخر دهه 1970 کشف شد. RNA Splicing   فرآیندی در زیست شناسی مولکولی است که در آن رونوشت RNA پیام رسان پیش ساز تازه ساخته شده (pre-mRNA) به یک RNA پیام رسان بالغ (mRNA) تبدیل می شود. این کار با حذف تمام اینترون ها (مناطق غیر کد کننده RNA) و پیوند مجدد اگزون ها (مناطق کد کننده) انجام می شود.  پیرایش در هسته یا در طول رونویسی یا بلافاصله پس از آن اتفاق می‌افتد. اینترون‌ها را می‌توان به‌عنوان توالی‌های ناخواسته مشاهده کرد که باید بریده شوند تا بتوان «نسخه قطعات خوب» مولکول RNA را جمع‌آوری کرد. در پیرایش RNA، اینترون ها توسط یک کمپلکسی متشکل از پروتئین و RNA به نام اسپلایسئوزوم شناسایی و حذف می‌شوند.

“قسمت های خوب” چیست؟ قطعاتی از RNA که بریده نشده اند  اگزون نامیده می شوند. اگزون ها توسط اسپلایسئوزوم ها(کمپلکسی متشکل از پروتئین و RNA) به هم چسبانده می شوند تا mRNA نهایی بالغی را بسازند که از هسته به بیرون فرستاده می شود.

یک نکته کلیدی در اینجا این است که فقط اگزون های یک ژن هستند که یک پروتئین را رمزگذاری می کنند. اینترون ها نه تنها اطلاعاتی را برای ساختن پروتئین حمل نمی کنند، بلکه در واقع باید حذف شوند تا mRNA پروتئینی را با توالی مناسب رمزگذاری کند. اگر اسپلایسئوزوم نتواند یک اینترون را حذف کند، یک mRNA  ساخته می شود که از روی آن پروتئین اشتباهی در طول ترجمه تولید می شود.

حذف  اینترون ها از روی RNA  با برش در جایگاههای خاص و مشخصی به نام splice site  صورت میگیرد. این جایگاهها در انتهای ‘3  و ‘5  اینترون یافت می شوند. معمولاً، توالی RNA که حذف می‌شود با دی نوکلئوتید GU در انتهای ‘5 شروع می‌شود و با AG در انتهای ‘3 پایان می‌یابد. این توالی حفظ شده ضروری شناخته شده اند.

اتصال باید دقیق و سازگار باشد. این برش و چسباندن دقیق توسط اسپلایسئوزوم انجام می شود، که یک مجموعه آنزیمی ساخته شده از پروتئین و RNA های کوچک است. اکثر اینترون ها دارای توالی های نشانگر در هر دو انتهای خود هستند که توسط RNA های کوچک شناسایی می شوند و اسپلایسئوزوم را برای حذف اینترون هدایت می کنند. هنگامی که اینترون بریده شد، اسپلایسئوزوم اگزون‌های کناری را به هم می‌چسباند.

شکل زیر به صورت کامل فرایند splicing را نشان می دهد:

Alternative splicing :

اتصال اگزون ها بعد از حذف اینترون ها می تواند به صورت متغیر باشد یعنی اگزون‌ها می‌توانند در ترکیب‌های مختلف گنجانده یا حذف شوند تا آرایه‌ای متنوع از رونوشت‌های mRNA از یک پیش mRNA واحد ایجاد شود و بنابراین به عنوان فرآیندی برای افزایش تنوع رونوشت عمل می‌کند. از طریق alternative splicing ، ما (و سایر یوکاریوت‌ها) می‌توانیم پروتئین‌های متفاوت‌تری نسبت به ژن‌های موجود در DNA خود رمزگذاری کنیم. پیش‌بینی می‌شود که در بافت‌های مختلف، یا در بافت‌هایی با وضعیت‌های بیماری متفاوت، ایزوفرم‌های جدید هنوز شناسایی شوند.

در alternative splicing، یک pre-mRNA ممکن است به یکی از دو روش مختلف (یا گاهی اوقات بیش از دو!) اتصال انجام شود. به عنوان مثال، نمودار زیر نشان می دهد که یک  mRNA اولیه ، می تواند به سه روش مختلف برش و متصل شود. این منجر به شکل گیری سه mRNA بالغ مختلف می شود که هر کدام به پروتئینی با ساختار متفاوت تبدیل می شوند.

در اینجا به تفکیک رایج ترین انواع اتصال جایگزین (alternative splicing) می پردازیم.

  • پرش اگزون :(Exon skipping) این فرآیند شامل حذف اگزون های خاص و اینترون های مجاور آنها از ساختارهای mRNA قبل از ترجمه است.
  • پیوند جایگزین ‘5 یا ‘3 (Alternate 5’ or 3’ splicing: alternative splicing )، همچنین می‌تواند با اتصال اگزون‌ها در محل‌های ‘5 یا ‘3 انجام شود.
  • حفظ اینترون: این نوع زمانی اتفاق می‌افتد که بخش‌های غیر کدکننده یک ژن در رونوشت mRNA نهایی باقی بماند.

شکل زیر انواع برش ها و جایگزینی ها را نشان می دهد:

اتصال به شدت در طول تکامل حفظ می شود. پیرایش در یوکاریوت‌های چند سلولی بیشتر از یوکاریوت‌های تک سلولی است، زیرا تعداد کمتری از ژن‌های حاوی اینترون در یوکاریوت‌های تک سلولی وجود دارد. در ادامه تکامل، alternative splicing در مهره‌داران شایع‌تر از بی‌مهرگان می‌شود.. مشاهدات اخیر مبنی بر اینکه تعداد کل ژن‌های کدکننده پروتئین بین گونه‌ها تفاوت چندانی ندارد، به این فرضیه دامن زد که alternative splicing تا حد زیادی به تنوع موجودات کمک می‌کند.