אִחוּי

ה אִחוּי מייצג תהליך מכריע במהלך התמלול בגרעין התא של האוקריוטות, ובמהלכו ה- mRNA הבוגר יוצא מהקדם-mRNA. אינטרונים שנמצאים עדיין בתוך ה- mRNA שקודם לתמלול מוסרים ושילוב האקסונים האחרים ליצירת ה- mRNA המוגמר.

מה שחבור

הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית קובעת כי זרימת המידע הגנטי מתרחשת מ- DNA של נושא המידע דרך ה- RNA לחלבון. השלב הראשון בביטוי גנים הוא מה שמכונה שעתוק. RNA מסונתז באמצעות ה- DNA כתבנית. ה- DNA הנו נושא המידע הגנטי, המאוחסן שם בעזרת קוד המורכב מארבע הבסיסים אדרנים, תימין, גואנין וציטוזין. קומפלקס החלבון RNA פולימראז קורא את רצף הבסיס של ה- DNA במהלך השעתוק ומייצר את ה- RNA הקדם-מסנג'ר המקביל (קדם-mRNA בקיצור). במקום תימין, אורציל משולב תמיד.

גנים מורכבים מאקסונים ואינטרונים. אקסונים הם אותם חלקים בגנום המקודדים למעשה מידע גנטי. לעומת זאת, האינטרונים מייצגים קטעים לא מקודדים בתוך גן. הגנים המאוחסנים על ה- DNA עוברים על ידי קטעים ארוכים שאינם תואמים שום חומצות אמינו בחלבון המאוחר ואינם תורמים לתרגום.

לגן יכולים להיות עד 60 אינטרונים, עם אורכים בין 35 ל 100,000 נוקלאוטידים. בממוצע האינטרונים הללו ארוכים פי עשרה מהאקסונים. ה- pre-mRNA המיוצר בשלב הראשון של התמלול, המכונה לעתים קרובות גם mRNA לא בשלה, עדיין מכיל אקסונים וגם אינטרונים. כאן מתחיל תהליך השחבור.

יש להסיר את האינטרונים מהקדם-mRNA ויש לקשור את האקסונים הנותרים זה לזה. רק אז ה- mRNA הבוגר יכול לעזוב את גרעין התא וליזום תרגום.

השחבור מתבצע ברובו בעזרת השפיץ (גרמנית: spliceosome). זה מורכב מחמישה snRNPs (חלקיקי ריבונוקלאופרוטאין גרעיני קטנים). כל אחד מה- snRNPs הזה מורכב מ- snRNA וחלבונים. כמה חלבונים אחרים שאינם חלק מה- snRNPs הם גם חלק מהספייסוזום. הספליוזוזומים מחולקים לשברים גדולים ומשניים. השברוזוזום העיקרי מעבד יותר מ- 95% מכל האינטרונים האנושיים, הספייסוזום הקטין מטפל בעיקר באינטרונים של ATAC.

להסבר השחבור זכו ריצ'רד ג'ון רוברטס ופיליפ א 'שארפ בפרס נובל לרפואה בשנת 1993. תומאס ר. צ'ך וסידני אלטמן קיבלו את פרס נובל לכימיה בשנת 1989 על מחקרם על שחבור אלטרנטיבי וההשפעה הקטליטית של RNA.

פונקציה ומשימה

במהלך השחבור נוצר השברוזוזום מחדש מחלקיו האישיים. אצל יונקים ה- snRNP U1 מתחבר לראשונה לאתר 5-השקע ומתחיל את היווצרותו של הספליוזום שנותר. ה- snRNP U2 נקשר לנקודת הסתעפות האינטרון. ואז גם ה- tri-snRNP נקשר.

השברוזוזום מזרז את תגובת השחבור באמצעות שני טרנס-סטרסטציות רצופות. בחלק הראשון של התגובה, אטום חמצן מקבוצת 2'-OH של אדנוזין מ"רצף נקודת הענף "(BPS) תוקף אטום זרחן של קשר פוספודיאסטר באתר השבר. זה משחרר את האקסון 5 ומפיץ את האינטרון. אטום החמצן מקבוצת ה- 3'-OH החופשי כעת של האקסון 5'נקשר כעת לאתר הקשת 3', כתוצאה ממנו מחוברים שני האקסונים והאינטרון משתחרר. האינטרון מובא לקונפורמציה יעילה הנקראת lariat, ואז מתפרקת.

לעומת זאת, השברוזוזומים אינם ממלאים תפקיד בשחבור העצמי. כאן המודלים אינם מודרים מתרגום על ידי המבנה המשני של ה- RNA עצמו. שחבור האנזימטי של tRNA (העברת RNA) מתרחש באיקריוטים ובארכיות, אך לא בחיידקים.

על תהליך השחבור להיערך בדיוק מדויק ביותר בגבול האקסון-אינטרון, שכן סטייה של רק נוקלאוטיד יחידה תביא לקידוד שגוי של חומצות אמינו וכך להיווצרות חלבונים שונים לחלוטין.

שחבור של טרום mRNA יכול להתברר אחרת בגלל השפעות סביבתיות או סוג רקמות. משמעות הדבר היא כי ניתן ליצור חלבונים שונים מאותו רצף DNA ובכך אותו קדם-mRNA. תהליך זה מכונה שחבור אלטרנטיבי. תא אנושי מכיל כ 20,000 גנים, אך הוא מסוגל לייצר כמה מאות אלפי חלבונים כתוצאה משחבור אלטרנטיבי. כ- 30% מכלל הגנים האנושיים הם עם שחבור אלטרנטיבי.

שחבור מילא תפקיד מרכזי באבולוציה. אקסונים לרוב מקודדים תחומים פרטניים של חלבונים, אותם ניתן לשלב זה עם זה בדרכים שונות. המשמעות היא שניתן לייצר מגוון גדול של חלבונים בעלי פונקציות שונות לחלוטין מכמה אקסונים בלבד. תהליך זה נקרא דשדוש אקסון.

מחלות ומחלות

כמה מחלות תורשתיות יכולות להתעורר בקשר הדוק עם שחבור. מוטציות באינטרונים שאינם מקודדים בדרך כלל אינן מובילות לטעויות ביצירת חלבונים. עם זאת, אם מתרחשת מוטציה בחלק של אינטרון החשוב לוויסות השחבור, הדבר יכול להוביל לשחבור לקוי של ה- pre-mRNA. ה- mRNA הבוגר שהתקבל לאחר מכן מקודד חלבונים לקויים או, במקרה הפחות טוב, חלבונים מזיקים. זה המקרה, למשל, עם סוגים מסוימים של בטא-תלסמיה, אנמיה תורשתית. נציגים נוספים של מחלות המתפתחות בדרך זו הם, למשל, תסמונת אהלרס-דנלוס (EDS) מסוג II ואטרופיה של שרירי עמוד השדרה.