Penyambungan RNA dan Penyambungan Alternatif

Penyambungan (splicing) adalah proses yang menghilangkan intron dari pra-mRNA dan menggabungkan ekson yang tersisa menjadi sekuens pengkodean yang berkelanjutan. Ketika pra-mRNA yang sama dapat disambung dengan lebih dari satu cara—penyambungan alternatif—satu gen dapat menghasilkan beberapa mRNA dan protein yang berbeda, secara luas memperluas kapasitas pengkodean genom dan menyediakan lapisan utama regulasi gen.

Definition

Penyambungan RNA adalah penghilangan intron dan ligasi ekson dalam pra-mRNA untuk membentuk sekuens pengkodean yang matang; penyambungan alternatif adalah penggunaan situs penyambungan yang berbeda secara teratur sehingga satu gen menghasilkan beberapa isoform mRNA dan protein.

Scope

Topik ini mencakup kimia dan mekanisme penyambungan pra-mRNA oleh spliceosome, pola dan regulasi penyambungan alternatif, kontribusinya terhadap keragaman proteom, dan intron yang menyambung sendiri sebagai preseden katalitik. Ini memperlakukan penyambungan sebagai topik regulasi dan struktural dalam biologi molekuler dan bersifat referensi-edukatif, bukan panduan klinis.

Core questions

• Bagaimana spliceosome mengenali batas ekson-intron dan mengkatalisis penghilangan intron?
• Bagaimana penyambungan alternatif memungkinkan satu gen mengkode banyak protein?
• Sinyal dan protein pengatur apa yang mengontrol situs penyambungan mana yang digunakan?
• Bagaimana kesalahan penyambungan dan disregulasi berkontribusi pada penyakit?

Key concepts

• Intron dan ekson
• Spliceosome (ribonukleoprotein nuklir kecil)
• Situs penyambungan 5' dan 3' serta titik cabang
• Pelewatan ekson dan pilihan situs penyambungan alternatif
• Protein pengatur penyambungan (misalnya famili SR dan hnRNP)
• Keragaman isoform dan ekspansi proteom
• Intron yang menyambung sendiri

Key theories

RNA katalitik dalam penyambungan

Penemuan bahwa intron grup I dapat mengeksisi dirinya sendiri tanpa protein menetapkan bahwa RNA dapat mengkatalisis kimia transfer-fosforil penyambungan, mengisyaratkan inti katalitik spliceosome yang berpusat pada RNA.

Mechanisms

Sebagian besar penyambungan pra-mRNA dilakukan oleh spliceosome, kompleks dinamis besar ribonukleoprotein nuklir kecil dan protein yang berkumpul pada setiap intron, mengenali situs penyambungan 5', titik cabang, dan situs penyambungan 3', serta mengkatalisis dua reaksi transesterifikasi yang mengeksisi intron sebagai lariat dan menggabungkan ekson yang mengapit. Situs mana yang dipilih tidak tetap: protein pengatur yang mengikat sekuens enhancer dan silencer membiaskan mekanisme ke arah memasukkan atau melewatkan ekson tertentu, menghasilkan isoform alternatif secara spesifik berdasarkan jenis sel dan tahap perkembangan. Di seluruh genom vertebrata, penyambungan alternatif meluas dan merupakan sumber utama keragaman transkriptom dan proteom. Kimia penyambungan memiliki preseden RNA-katalitik dalam intron yang menyambung sendiri, yang menghilangkan dirinya sendiri tanpa spliceosome.

Clinical relevance

Mutasi yang mengganggu situs penyambungan atau regulator penyambungan menyebabkan atau memodifikasi banyak penyakit genetik dan kanker, dan molekul modulator penyambungan telah menjadi strategi terapeutik. Entri ini menyajikan biologi tersebut sebagai latar belakang pendidikan dan bukan dasar untuk diagnosis atau pengobatan individu.

History

Penemuan pada akhir 1970-an bahwa gen terbagi menjadi ekson dan intron menyiratkan mekanisme untuk menghilangkan intron, dan spliceosome kemudian dikarakterisasi sebagai mesin yang bertanggung jawab. Pengakuan bahwa penyambungan dapat terjadi dalam pola alternatif mengubahnya dari sekadar langkah pematangan menjadi mekanisme regulasi sentral, dan studi genom-luas kemudian menunjukkan seberapa luas transkriptom vertebrata memanfaatkannya. Penemuan sebelumnya tentang intron yang menyambung sendiri menunjukkan bahwa kimia yang mendasarinya dapat dikatalisis oleh RNA.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Thomas Cech
• Adrian Krainer
• Benjamin Blencowe

Seminal works

• kruger-1982
• nilsen-2010
• barbosa-morais-2012

Frequently asked questions

Apa perbedaan antara penyambungan dan penyambungan alternatif?

Penyambungan menghilangkan intron dan menggabungkan ekson untuk membentuk mRNA yang matang; penyambungan alternatif adalah ketika pra-mRNA yang sama disambung dengan lebih dari satu cara, sehingga satu gen dapat menghasilkan beberapa isoform mRNA dan protein yang berbeda.

Mesin apa yang melakukan sebagian besar penyambungan pra-mRNA?

Spliceosome, kompleks besar ribonukleoprotein nuklir kecil dan protein terkait yang mengenali situs penyambungan dan mengkatalisis penghilangan intron.