پیرایش آرانای (RNA Splicing) و پیرایش متناوب (Alternative Splicing)
پیرایش فرآیندی است که اینترونها را از پیشآرانای پیامرسان (pre-mRNA) حذف میکند و اگزونهای باقیمانده را به یک توالی کدکننده پیوسته متصل میسازد. هنگامی که یک پیشآرانای پیامرسان میتواند به بیش از یک روش پیرایش شود — پیرایش متناوب — یک ژن واحد میتواند چندین آرانای پیامرسان و پروتئین متمایز را تولید کند، که ظرفیت کدگذاری ژنوم را به شدت افزایش میدهد و یک لایه اصلی از تنظیم ژن را فراهم میآورد.
Definition
پیرایش آرانای (RNA splicing) حذف اینترونها و اتصال اگزونها در یک پیشآرانای پیامرسان برای تشکیل یک توالی کدکننده بالغ است؛ پیرایش متناوب (alternative splicing) استفاده تنظیمشده از جایگاههای پیرایش متفاوت است به طوری که یک ژن چندین ایزوفورم آرانای پیامرسان و پروتئین را تولید میکند.
Scope
این موضوع به شیمی و ماشینآلات پیرایش پیشآرانای پیامرسان توسط پیرایشگر (spliceosome)، الگوها و تنظیم پیرایش متناوب، سهم آن در تنوع پروتئوم، و اینترونهای خودپیرایشگر به عنوان پیشزمینههای کاتالیزوری میپردازد. این مبحث پیرایش را به عنوان یک موضوع تنظیمی و ساختاری در زیستشناسی مولکولی مورد بررسی قرار میدهد و جنبه آموزشی-مرجع دارد، نه راهنمایی بالینی.
Core questions
- پیرایشگر چگونه مرزهای اگزون-اینترون را شناسایی کرده و حذف اینترون را کاتالیز میکند؟
- پیرایش متناوب چگونه به یک ژن اجازه میدهد تا پروتئینهای زیادی را کد کند؟
- چه سیگنالها و پروتئینهای تنظیمی، استفاده از کدام جایگاههای پیرایش را کنترل میکنند؟
- خطاهای پیرایش و اختلال در تنظیم آن چگونه به بیماری کمک میکنند؟
Key concepts
- اینترونها و اگزونها
- پیرایشگر (ریبونوکلئوپروتئینهای هستهای کوچک)
- جایگاههای پیرایش '5 و '3 و نقطه انشعاب
- حذف اگزون و انتخاب جایگاه پیرایش متناوب
- پروتئینهای تنظیمی پیرایش (مانند خانوادههای SR و hnRNP)
- تنوع ایزوفورم و گسترش پروتئوم
- اینترونهای خودپیرایشگر
Key theories
- آرانای کاتالیزوری در پیرایش
- کشف اینکه یک اینترون گروه I میتواند خود را بدون پروتئین حذف کند، ثابت کرد که آرانای میتواند شیمی انتقال فسفریل پیرایش را کاتالیز کند، که پیشدرآمد هسته کاتالیزوری متمرکز بر آرانای در پیرایشگر بود.
Mechanisms
اکثر پیرایشهای پیشآرانای پیامرسان توسط پیرایشگر (spliceosome) انجام میشود، که یک کمپلکس بزرگ و پویا از ریبونوکلئوپروتئینهای هستهای کوچک (snRNP) و پروتئینها است که بر روی هر اینترون مونتاژ میشود، جایگاه پیرایش '5، نقطه انشعاب (branch point) و جایگاه پیرایش '3 را شناسایی میکند و دو واکنش ترانساستریفیکاسیون را کاتالیز میکند که اینترون را به صورت یک لاریات (lariat) حذف کرده و اگزونهای مجاور را به هم متصل میکند. اینکه کدام جایگاهها انتخاب میشوند ثابت نیست: پروتئینهای تنظیمی با اتصال به توالیهای تقویتکننده (enhancer) و خاموشکننده (silencer) ماشینآلات را به سمت گنجاندن یا حذف اگزونهای خاص سوق میدهند و ایزوفورمهای متناوب را به شیوهای وابسته به نوع سلول و مرحله تکوینی تولید میکنند. در سراسر ژنوم مهرهداران، پیرایش متناوب گسترده است و منبع اصلی تنوع ترانسکریپتوم و پروتئوم محسوب میشود. شیمی پیرایش دارای یک پیشزمینه آرانای کاتالیزوری در اینترونهای خودپیرایشگر است که خود را بدون نیاز به پیرایشگر حذف میکنند.
Clinical relevance
جهشهایی که جایگاههای پیرایش یا تنظیمکنندههای پیرایش را مختل میکنند، باعث بسیاری از بیماریهای ژنتیکی و سرطانها میشوند یا آنها را تغییر میدهند، و مولکولهای تعدیلکننده پیرایش به یک استراتژی درمانی تبدیل شدهاند. این مدخل این زیستشناسی را به عنوان پیشزمینه آموزشی ارائه میدهد و مبنایی برای تشخیص یا درمان فردی نیست.
History
کشف اواخر دهه 1970 مبنی بر اینکه ژنها به اگزونها و اینترونها تقسیم میشوند، مکانیسمی برای حذف اینترونها را ایجاب میکرد، و پیرایشگر متعاقباً به عنوان ماشین مسئول شناسایی شد. تشخیص اینکه پیرایش میتواند در الگوهای متناوب رخ دهد، آن را از یک مرحله صرفاً بلوغ به یک مکانیسم تنظیمی مرکزی تبدیل کرد، و مطالعات گسترده ژنومی بعداً نشان داد که ترانسکریپتوم مهرهداران تا چه حد از آن بهره میبرند. یافتههای قبلی در مورد اینترونهای خودپیرایشگر نشان داد که شیمی زیربنایی میتواند توسط آرانای کاتالیز شود.
Key figures
- Phillip Sharp
- Richard Roberts
- Thomas Cech
- Adrian Krainer
- Benjamin Blencowe
Related topics
Seminal works
- kruger-1982
- nilsen-2010
- barbosa-morais-2012
Frequently asked questions
- تفاوت بین پیرایش و پیرایش متناوب چیست؟
- پیرایش اینترونها را حذف کرده و اگزونها را به هم متصل میکند تا یک آرانای پیامرسان بالغ را تشکیل دهد؛ پیرایش متناوب زمانی است که یک پیشآرانای پیامرسان به بیش از یک روش پیرایش میشود، بنابراین یک ژن میتواند چندین ایزوفورم آرانای پیامرسان و پروتئین متفاوت را تولید کند.
- کدام ماشین بیشتر پیرایش پیشآرانای پیامرسان را انجام میدهد؟
- پیرایشگر، یک کمپلکس بزرگ از ریبونوکلئوپروتئینهای هستهای کوچک و پروتئینهای مرتبط که جایگاههای پیرایش را شناسایی کرده و حذف اینترون را کاتالیز میکند.