שחבור מייצג תהליך מכריע במהלך שעתוק בגרעין האאוקריוטים, שבו mRNA בוגר יוצא מ- mRNA לפני. בתהליך זה מוסרים אינטרונים שעדיין קיימים ב- mRNA לפני תמלול, והאקסונים הנותרים משולבים ליצירת ה- mRNA הסופי.
מה זה שחבור?
השלב הראשון פנימה גֵן ביטוי נקרא תעתיק. בתהליך זה, RNA מסונתז, תוך שימוש ב- DNA כתבניתו. הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית היא שזרם המידע הגנטי הוא מ- DNA הנושא מידע ל- RNA לחלבון. הצעד הראשון גֵן ביטוי הוא תעתיק. בתהליך זה, RNA מסונתז, תוך שימוש ב- DNA כתבנית. ה- DNA הוא נשא המידע הגנטי, המאוחסן שם בעזרת קוד המורכב מארבעה בסיסים אדנין, תימין, גואנין וציטוזין. במהלך השעתוק, קומפלקס החלבון של פולימראזה RNA קורא את רצף הבסיס של ה- DNA ומייצר את ה- "RNA לפני המסנג'ר" (בקיצור pre-mRNA). בתהליך זה מכניסים תמיד אורציל במקום תימין. גנים מורכבים מאקסונים ואינטרונים. אקסונים הם אותם חלקים של החומר הגנטי המקודדים למעשה מידע גנטי. אינטרונים, לעומת זאת, מייצגים חלקים שאינם מקודדים בתוך a גֵן. הגנים המאוחסנים ב- DNA משולבים אפוא בקטעים ארוכים שאינם תואמים חומצות אמינו בחלבון המאוחר יותר ואינם תורמים לתרגום. לגן יכול להיות עד 60 אינטרונים, באורכים שבין 35 ל -100,000 נוקלאוטידים. בממוצע, האינטרונים הללו ארוכים פי עשרה מהאקסונים. ה- mRNA הקדם שנוצר בשלב הראשון של התעתיק, המכונה לעתים קרובות mRNA בוגר, עדיין מכיל אקסונים וגם אינטרונים. כאן מתחיל תהליך השבילה. יש להסיר את האינטרונים מה- pre-mRNA ולקשר את האקסונים הנותרים. רק אז ה- mRNA הבוגר יכול לעזוב את הגרעין וליזום תרגום. שחבור מתבצע בעיקר בעזרת הספליסוזום. זה מורכב מחמישה SNRNPs (חלקיקי ריבונוקליאופרוטאינים גרעיניים). כל אחד מ- SNRNP אלה מורכב מ- SNRNA ו- חלבונים. כמה אחרים חלבונים שאינם חלק מה- SNRNP הם גם חלק מהספליסוזום. Spliceosomes מחולקים spliceosome עיקרי ומינור. ספליזוזום עיקרי מעבד יותר מ 95% מכלל האינטרונים האנושיים, ואחוי הקטין מטפל בעיקר באינטרונים של ATAC. על ההסבר על שחבור הוענקו ריצ'רד ג'ון רוברטס ופיליפ א. שארפ פרס נובל לרפואה בשנת 1993. על מחקריהם על שחבור אלטרנטיבי ועל הפעולה הקטליטית של ה- RNA, תומאס ר 'צ'ך וסידני אלטמן קיבלו את פרס נובל לכימיה בשנת 1989 .
פונקציה ומשימה
בתהליך השחבור, הספליצוזום נוצר בכל פעם מחדש מחלקיו האישיים. אצל יונקים, SNRNP U1 מתחבר תחילה לאתר ה- splice 5′ ויוזם את היווצרות שאר ה- spliceosome. ה- SNRNP U2 נקשר לאתר המסועף של האינטרון. בעקבות זאת, ה- tri-snRNP נקשר גם הוא. הספליזוזום מזרז את תגובת השבחה על ידי שתי הטרסטריציות חוזרות עוקבות. בחלק הראשון של התגובה, אנ חמצן אטום מקבוצת 2'-OH של an אדנוזין מ"התקפות של "נקודת ענף" (BPS) א זרחן אטום של קשר פוספודיאסטר באתר האחידות 5'. זה משחרר את ה- 5'-אקסון והאינטרון מסתובב. ה חמצן אטום של קבוצת 3'-OH החופשית כעת של 5'-אקסון נקשר כעת לאתר ה- splice 3', מחבר בין שני האקסונים ומשחרר את האינטרון. האינטרון מובא בכך לקונפורמציה בצורת שלגן, הנקראת לאריאט, אשר לאחר מכן מושפלת. לעומת זאת, ל- spliceosomes אין תפקיד בשחבור אוטוקאטליטי (שחבור עצמי). כאן, האינטרונים אינם נכללים בתרגום על ידי המבנה המשני של ה- RNA עצמו. שחבור אנזימטי של tRNA (RNA העברה) מתרחש באאוקריוטים ובארכיונים, אך לא ב בקטריה. תהליך השבילה חייב להתרחש בדיוק קיצוני בדיוק בגבול האקסון-אינטרון, מכיוון שסטייה על ידי נוקלאוטיד יחיד בלבד עוֹפֶרֶת לקידוד שגוי של חומצות אמינו וכך להיווצרות שונה לחלוטין חלבונים. שחבור של pre-mRNA יכול להשתנות עקב השפעות סביבתיות או סוג רקמה. משמעות הדבר היא כי ניתן ליצור חלבונים שונים מאותו רצף DNA וכך אותו ה- pre-mRNA. תהליך זה נקרא שחבור אלטרנטיבי. תא אנושי מכיל כ -20,000 גנים, אך מסוגל ליצור כמה מאות אלפי חלבונים עקב שחבור אלטרנטיבי. כ -30% מכל הגנים האנושיים מציגים שחבור חלופי. שחבור מילא תפקיד מרכזי במהלך האבולוציה. אקסונים מקודדים לעיתים קרובות תחומים בודדים של חלבונים, אותם ניתן לשלב בדרכים שונות. משמעות הדבר היא כי ניתן ליצור מגוון גדול של חלבונים עם פונקציות שונות לחלוטין מכמה אקסונים בלבד. תהליך זה נקרא דשדוש אקסון.
מחלות והפרעות
מחלות תורשתיות מסוימות יכולות להופיע בקשר הדוק עם שחבור. מוטציות באינטרונים הלא קידודיים אינן בדרך כלל עוֹפֶרֶת לפגמים ביצירת חלבונים. עם זאת, אם מוטציה מתרחשת בחלק של אינטרון שחשוב לוויסות השחבור, זה יכול עוֹפֶרֶת לחבור פגום של ה- pre-mRNA. ה- mRNA הבוגר המתקבל מקודד אז חלבונים פגומים או, במקרה הגרוע ביותר, חלבונים מזיקים. זה המקרה, למשל, בסוגים מסוימים של בטא-תלסמיה, תורשתית אנמיה. נציגים אחרים של מחלות המתעוררות בדרך זו כוללים תסמונת אהלרס-דנלוס (EDS) סוג II ו- ניוון שרירים בעמוד השדרה.
