پردازش و پیرایش RNA

چگونه یک رونوشت اولیه خام، کلاهک‌گذاری، پیرایش و دم‌گذاری می‌شود تا به یک RNA پیام‌رسان بالغ تبدیل شود — و چگونه پیرایش جایگزین، خروجی پروتئینی یک ژنوم را گسترش می‌دهد.

Definition

پردازش RNA مجموعه‌ای از اصلاحات است که یک رونوشت اولیه را بالغ می‌کند، عمدتاً افزودن کلاهک '5، حذف اینترون‌ها از طریق پیرایش، و برش '3 و پلی‌آدنیلاسیون؛ پیرایش، برش دقیق اینترون‌ها و اتصال اگزون‌ها است که توسط پیرایش‌گر (اسپلایسوزوم) انجام می‌شود.

Scope

این موضوع به اصلاحات همزمان و پس از رونویسی می‌پردازد که یک رونوشت اولیه یوکاریوتی را به یک mRNA عملکردی تبدیل می‌کند: کلاهک‌گذاری '5، حذف اینترون‌ها و اتصال اگزون‌ها توسط پیرایش‌گر (اسپلایسوزوم)، و برش '3 و پلی‌آدنیلاسیون. همچنین پیرایش جایگزین را به عنوان منبع تنوع پروتئینی پوشش می‌دهد. پردازش RNAهای غیرکدکننده ذکر شده است اما در حوزه زیست‌شناسی RNA بیشتر توسعه یافته است.

Core questions

• چرا ژن‌های یوکاریوتی توسط اینترون‌ها قطع می‌شوند و چگونه این اینترون‌ها حذف می‌گردند؟
• چه اصلاحاتی از انتهای mRNA محافظت کرده و آنها را تعریف می‌کنند؟
• چگونه پیرایش‌گر (اسپلایسوزوم) مرزهای اگزون-اینترون را با دقت تشخیص می‌دهد؟
• چگونه پیرایش جایگزین به یک ژن اجازه می‌دهد چندین پروتئین را کد کند؟

Key theories

سازماندهی ژن شکافته

توالی‌های کدکننده پروتئین یوکاریوتی توسط اینترون‌ها قطع می‌شوند که رونویسی می‌شوند اما از mRNA بالغ حذف می‌گردند، کشفی که ثابت کرد ژن‌ها و رونوشت‌های نهایی آنها هم‌خط نیستند.

پیرایش جایگزین به عنوان مولد تنوع

با اتصال ترکیبات مختلفی از اگزون‌ها از یک رونوشت اولیه، پیرایش جایگزین به یک ژن واحد اجازه می‌دهد تا چندین پروتئین متمایز را مشخص کند و پیچیدگی پروتئوم را به شدت افزایش دهد.

Mechanisms

همانطور که رونویسی پیش می‌رود، رونوشت تازه سنتز شده یک کلاهک '5 اصلاح‌شده دریافت می‌کند که از آن محافظت کرده و به مراحل بعدی کمک می‌کند. اینترون‌ها توسط پیرایش‌گر (اسپلایسوزوم) حذف می‌شوند، پیرایش‌گر یک کمپلکس از ریبونوکلئوپروتئین‌های هسته‌ای کوچک است که توالی‌های محل پیرایش را شناسایی می‌کند، انتهای اینترون را به هم نزدیک می‌کند و دو واکنش ترانس‌استریفیکاسیون را کاتالیز می‌کند که اینترون را به صورت یک لاریات (lariat) برش داده و اگزون‌های مجاور را به هم متصل می‌کند. انتهای '3 توسط برش در یک سیگنال پلی‌آدنیلاسیون و به دنبال آن افزودن یک دم پلی(A) تولید می‌شود. استفاده تنظیم‌شده از محل‌های پیرایش جایگزین، mRNAهای بالغ متفاوتی را از یک رونوشت تولید می‌کند.

Clinical relevance

جهش‌هایی که محل‌های پیرایش یا عوامل پیرایش را مختل می‌کنند، باعث بیماری‌های ژنتیکی متعددی می‌شوند، و درمان‌های مبتنی بر پیرایش برای برخی از آنها توسعه یافته است؛ این موضوع به عنوان اهمیت بالینی و نه به عنوان راهنمای بالینی ارائه شده است.

History

کشف ژن‌های شکافته شده در سال 1977 توسط گروه‌های شارپ و رابرتز، فرضیه ژن‌ها و mRNAهای هم‌خط را زیر و رو کرد و مطالعه پیرایش را آغاز نمود؛ پیرایش‌گر (اسپلایسوزوم) و پیرایش جایگزین متعاقباً شناسایی شدند، کاری که با جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی در سال 1993 به رسمیت شناخته شد.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts

Seminal works

• berget1977
• lodish2016

Frequently asked questions

تفاوت بین اینترون و اگزون چیست؟

اینترون‌ها توالی‌های بینابینی هستند که در طول پیرایش از رونوشت اولیه حذف می‌شوند؛ اگزون‌ها بخش‌هایی هستند که در mRNA بالغ حفظ شده و به هم متصل می‌شوند.

چرا کلاهک '5 مهم است؟

این کلاهک از mRNA در برابر تخریب محافظت می‌کند و توسط ماشین‌آلاتی که پیام را صادر و سپس ترجمه می‌کنند، شناسایی می‌شود.