giuntura

Il giuntura rappresenta un processo cruciale durante la trascrizione nel nucleo degli eucarioti, durante il quale l'mRNA maturo emerge dal pre-mRNA. Gli introni che sono ancora contenuti nel pre-mRNA dopo la trascrizione vengono rimossi e gli esoni rimanenti vengono combinati per formare l'mRNA finito.

Cos'è lo splicing

Il dogma centrale della biologia molecolare afferma che il flusso di informazioni genetiche avviene dal DNA portatore di informazioni attraverso l'RNA alla proteina. Il primo passo nell'espressione genica è ciò che è noto come trascrizione. L'RNA viene sintetizzato utilizzando il DNA come stampo. Il DNA è il vettore dell'informazione genetica, che vi viene immagazzinata con l'aiuto di un codice costituito dalle quattro basi adeni, timina, guanina e citosina. Il complesso della proteina RNA polimerasi legge la sequenza di basi del DNA durante la trascrizione e produce il corrispondente "RNA pre-messaggero" (abbreviato pre-mRNA). Invece della timina, l'uracile è sempre incorporato.

I geni sono costituiti da esoni e introni. Gli esoni sono quelle parti del genoma che codificano effettivamente le informazioni genetiche. Al contrario, gli introni rappresentano sezioni non codificanti all'interno di un gene.I geni immagazzinati nel DNA sono attraversati da lunghe sezioni che non corrispondono ad alcun amminoacido nella proteina successiva e non contribuiscono alla traduzione.

Un gene può avere fino a 60 introni, con lunghezze comprese tra 35 e 100.000 nucleotidi. In media, questi introni sono dieci volte più lunghi degli esoni. Il pre-mRNA prodotto nella prima fase della trascrizione, spesso indicato anche come mRNA immaturo, contiene ancora sia esoni che introni. È qui che inizia il processo di giunzione.

Gli introni devono essere rimossi dal pre-mRNA e gli esoni rimanenti devono essere collegati insieme. Solo allora l'mRNA maturo può lasciare il nucleo cellulare e iniziare la traduzione.

La giunzione viene eseguita principalmente con l'aiuto dello spliceosoma (tedesco: spliceosoma). Questo è composto da cinque snRNP (piccole particelle di ribonucleoproteina nucleare). Ciascuno di questi snRNP è costituito da uno snRNA e proteine. Anche alcune altre proteine ​​che non fanno parte degli snRNP fanno parte dello spliceosoma. Gli spliceosomi sono divisi in spliceosomi maggiori e minori. Lo spliceosoma principale elabora oltre il 95% di tutti gli introni umani, lo spliceosoma minore gestisce principalmente gli introni ATAC.

Per la spiegazione dello splicing, Richard John Roberts e Phillip A. Sharp hanno ricevuto il Premio Nobel per la Medicina nel 1993. Thomas R. Cech e Sidney Altman hanno ricevuto il Premio Nobel per la Chimica nel 1989 per le loro ricerche sullo splicing alternativo e sull'effetto catalitico dell'RNA.

Funzione e compito

Durante il processo di giunzione, lo spliceosoma si forma nuovamente dalle sue singole parti. Nei mammiferi, lo snRNP U1 si attacca prima al sito di giunzione 5 'e avvia la formazione dello spliceosoma rimanente. Lo snRNP U2 si lega al punto di diramazione dell'introne. Quindi lega anche il tri-snRNP.

Lo spliceosoma catalizza la reazione di splicing mediante due successive transesterificazioni. Nella prima parte della reazione, un atomo di ossigeno del gruppo 2'-OH di un'adenosina dalla "sequenza del punto di diramazione" (BPS) attacca un atomo di fosforo di un legame fosfodiestere nel sito di giunzione 5 '. Questo rilascia l'esone 5 'e fa circolare l'introne. L'atomo di ossigeno del gruppo 3'-OH ora libero dell'esone 5 'si lega ora al sito di giunzione 3', per cui i due esoni sono collegati e l'introne viene rilasciato. L'introne viene portato in una conformazione snella, chiamata lariat, che viene poi scomposta.

Al contrario, gli spliceosomi non svolgono un ruolo nell'auto-giunzione. Qui gli introni sono esclusi dalla traduzione dalla struttura secondaria dell'RNA stesso. Lo splicing enzimatico del tRNA (transfer RNA) si verifica negli eucarioti e nelle arcate, ma non nei batteri.

Il processo di splicing deve avvenire con estrema precisione esattamente al confine esone-introne, poiché una deviazione di un solo nucleotide porterebbe a una codifica errata degli amminoacidi e quindi alla formazione di proteine ​​completamente diverse.

Lo splicing di un pre-mRNA può risultare diverso a causa delle influenze ambientali o del tipo di tessuto. Ciò significa che diverse proteine ​​possono essere formate dalla stessa sequenza di DNA e quindi dallo stesso pre-mRNA. Questo processo è noto come splicing alternativo. Una cellula umana contiene circa 20.000 geni, ma è in grado di produrre diverse centinaia di migliaia di proteine ​​grazie allo splicing alternativo. Circa il 30% di tutti i geni umani ha uno splicing alternativo.

Lo splicing ha svolto un ruolo importante nell'evoluzione. Gli esoni spesso codificano singoli domini di proteine, che possono essere combinati tra loro in modi diversi. Ciò significa che una grande varietà di proteine ​​con funzioni completamente diverse può essere prodotta da pochi esoni. Questo processo è chiamato rimescolamento dell'esone.

Malattie e disturbi

Alcune malattie ereditarie possono essere strettamente correlate allo splicing. Le mutazioni negli introni non codificanti di solito non portano a errori nella formazione delle proteine. Tuttavia, se si verifica una mutazione in una parte di un introne che è importante per la regolazione dello splicing, ciò può portare a uno splicing difettoso del pre-mRNA. L'mRNA maturo risultante codifica quindi per proteine ​​difettose o, nel peggiore dei casi, dannose. È il caso, ad esempio, di alcuni tipi di beta talassemia, un'anemia ereditaria. Altri rappresentanti di malattie che si sviluppano in questo modo sono, ad esempio, la sindrome di Ehlers-Danlos (EDS) di tipo II e l'atrofia muscolare spinale.