Sự 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. Trong quá trình này, các intron vẫn có trong tiền mRNA sau khi phiên mã sẽ bị loại bỏ, và các exon còn lại được kết hợp để tạo thành mRNA cuối cùng.
Nối là gì?
Bước đầu tiên trong gen biểu hiện được gọi là phiên mã. Trong quá trình này, RNA được tổng hợp, sử dụng DNA làm khuôn mẫu của nó. Tín điều trung tâm của sinh học phân tử là dòng thông tin di truyền là từ chất mang thông tin DNA đến RNA đến protein. Bước đầu tiên trong gen biểu hiện là phiên mã. Trong quá trình này, RNA được tổng hợp, sử dụng DNA làm khuôn mẫu. DNA là vật mang thông tin di truyền, được lưu trữ ở đó với sự trợ giúp của mã bao gồm bốn căn cứ adenine, thymine, guanine và cytosine. Trong quá trình phiên mã, phức hợp protein RNA polymerase đọc trình tự cơ sở của DNA và tạo ra “RNA tiền thông tin” (viết tắt là pre-mRNA). Trong quá trình này, uracil luôn được đưa vào thay vì thymine. Gen bao gồm exon và intron. Exon là những phần của vật liệu di truyền thực sự mã hóa thông tin di truyền. Mặt khác, các Intron đại diện cho các phần không mã hóa trong gen. Do đó, các gen được lưu trữ trên DNA được xen kẽ với các đoạn dài không tương ứng với amino axit trong protein sau 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 hình thành trong bước đầu tiên của quá trình phiên mã, còn 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 và bắt đầu quá trình dịch mã. Việc nối phần lớn được thực hiện với sự trợ giúp của spliceosome. Nó bao gồm năm snRNP (các hạt ribonucleoprotein hạt nhân nhỏ). Mỗi snRNP này bao gồm một snRNA và protein. Vài người khác protein không phải là một phần của snRNP cũng là một phần của spliceosome. Spliceosomes được chia thành spliceosome lớn và nhỏ. Spliceosome chính xử lý hơn 95% tất cả các intron của con người và các spliceosome nhỏ chủ yếu xử lý các intron ATAC. Để giải thích quá trình nối, Richard John Roberts và Phillip A. Sharp đã được trao giải Nobel Y học năm 1993. Vì nghiên cứu của họ về cách nối thay thế và hoạt động xúc tác của RNA, Thomas R. Cech và Sidney Altman đã nhận được giải Nobel Hóa học năm 1989 .
Chức năng và nhiệm vụ
Trong quá trình nối, các spliceosome hình thành một lần nữa từ các bộ phận riêng lẻ của nó. Ở động vật có vú, snRNP U1 đầu tiên gắn vào vị trí 5'-splice và bắt đầu hình thành phần còn lại của spliceosome. SnRNP U2 liên kết với vị trí phân nhánh của intron. Sau đó, tri-snRNP cũng liên kết. Spliceosome xúc tác phản ứng tạo nối bằng hai lần biến nạp liên tiếp. Trong phần đầu tiên của phản ứng, ôxy nguyên tử từ nhóm 2'-OH của một adenosine từ "chuỗi điểm nhánh" (BPS) tấn công phốt pho nguyên tử của liên kết photphodiester ở vị trí mối nối 5 '. Điều này giải phóng 5'-exon và intron lưu thông. Các ôxy nguyên tử của nhóm 3'-OH tự do của 5'-exon bây giờ liên kết với vị trí mối nối 3', kết nối hai exon và giải phóng intron. Do đó intron được đưa vào một cấu trúc hình schligen, được gọi là lariat, sau đó nó bị phân huỷ. Ngược lại, các ống nối không có vai trò trong quá trình tự liên kết (tự nối). Tại đây, các intron bị loại trừ khỏi quá trình dịch mã bởi cấu trúc bậc hai của chính RNA. Enzyme nối 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 xảy ra với độ chính xác cực cao chính xác ở ranh giới exon-intron, vì độ lệch chỉ một nucleotide sẽ dẫn mã hóa không chính xác của amino axit và do đó dẫn đến sự hình thành hoàn toàn khác nhau protein. Sự kết nối của tiền mRNA có thể 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 khả năng hình thành vài trăm nghìn protein do sự liên kết thay thế. Khoảng 30% tất cả các gen của con người biểu hiện sự liên kết thay thế. Nối ghép đã đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa. Exon thường mã hóa các miền đơn lẻ của protein, có thể được kết hợp theo nhiều cách khác nhau. Điều này có nghĩa là nhiều loại protein với các chức năng hoàn toàn khác nhau có thể được tạo ra chỉ từ một vài exon. Quá trình này được gọi là exon-shuffling.
Bệnh tật và rối loạn
Một số bệnh di truyền có thể phát sinh liên quan chặt chẽ với quá trình nối. Các đột biến trong phần giới thiệu không mã hóa không bình thường dẫn đến các khuyết tật 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 chỉnh sự kết nối, thì điều này có thể dẫn để nối bị lỗi của tiền mRNA. Sau đó mRNA trưởng thành thu được sẽ mã hóa các protein bị lỗi hoặc trong trường hợp xấu nhất là các protein có hại. Đây là trường hợp, ví dụ, trong một số loại beta-thalassemia, cha truyền con nối thiếu máu. Các đại diện khác của các bệnh phát sinh theo cách này bao gồm Hội chứng Ehlers-Danlos (EDS) loại II và teo cơ cột sống.
