Kas ir pre-mRNS?

Process sākas šūnas kodolā, uz hromatīna. Regulējošās olbaltumvielas atver DNS nepieciešamajā vietā, un RNS polimerāze sāk kopēt vienu DNS pavedienu, veidojot tam komplementāru RNS ķēdi.

RNS atšķiras no DNS ar trim lietām: tajā ir ribozes, nevis dezoksiribozes cukurs, timīna vietā ir uracils, un molekula ir vienpavediena. Kopēšana notiek līdz gēna beigu signālam, un jau šīs kopēšanas laikā sākas arī apstrāde, tātad soļi daļēji pārklājas laikā.

Svarīga ir arī laika sakritība. Apstrāde nesākas pēc tam, kad visa kopija ir pabeigta; vāciņa pievienošana notiek jau tad, kad polimerāze ir nokopējusi tikai molekulas sākumu, un intronu izgriešana bieži notiek turpat uz vēl augošās ķēdes. Šāda savienošana taupa laiku un vienlaikus ļauj šūnai labāk kontrolēt, kurš variants tiks izveidots.

Lai no pre-mRNS kļūtu izmantojama mRNS, ir jāveic vairākas pārmaiņas. Katrai no tām ir konkrēts mērķis, un neviena nav tikai formalitāte.

Katram solim ir arī sava aizsargfunkcija. Vāciņš un astīte pasargā molekulas galus no fermentiem, kas noārda brīvas RNS ķēdes, un tieši astītes garums lielā mērā nosaka, cik ilgi mRNS citoplazmā saglabāsies darboties spējīga. Tāpēc šūna var regulēt olbaltumvielas daudzumu, nemainot pašu gēnu.

1. Pie molekulas sākuma tiek pievienots īpašs vāciņš, kas to aizsargā no noārdīšanas un ir nepieciešams ribosomas piesaistei.
2. Splaisosoma atpazīst intronu robežas, izgriež intronus un savieno blakus esošos eksonus.
3. Molekulas beigās tiek nogriezts liekais gals un pievienota gara adenīna nukleotīdu virkne jeb poliadenilāta astīte.
4. Gatavā molekula tiek pārbaudīta un caur kodola poru izvadīta citoplazmā.
5. Citoplazmā ribosoma nolasa mRNS un pēc tās sintezē olbaltumvielu.

Abas molekulas ir viena un tā paša gēna kopijas, bet tās atrodas dažādos gatavības posmos, dažādās šūnas daļās un tām ir atšķirīgs liktenis.

Griešanas precizitāte ir izšķiroša: nobīde par vienu nukleotīdu izjauktu visu tālāko nolasīšanas rāmi un olbaltumviela sanāktu bezjēdzīga. Splaisosoma orientējas pēc īsām, samērā konservatīvām secībām intronu sākumā un beigās, kā arī pēc atzarošanas punkta intronā.

Splaisosoma pati sastāv no mazām kodola RNS molekulām un olbaltumvielām. Interesanti, ka galveno ķīmisko darbu tajā veic nevis olbaltumviela, bet RNS, un tas ir viens no argumentiem par labu uzskatam, ka RNS evolūcijā parādījusies agrāk nekā olbaltumvielu fermenti.

Viena un tā paša gēna eksonus var savienot vairākos veidos. Dažus eksonus var izlaist, dažus iekļaut tikai noteiktos audos, un rezultātā no viena gēna rodas vairāki olbaltumvielu varianti, ko sauc par izoformām.

Tas nav izņēmums, bet norma: lielākajai daļai cilvēka gēnu, kas satur vairākus eksonus, ir zināmi vairāki izgriešanas varianti.

• Vienam gēnam var būt audiem raksturīgas izoformas, piemēram, atšķirīgas muskulī un smadzenēs.
• Izgriešanas veids var mainīties attīstības gaitā, tāpēc augļa un pieaugušā variants atšķiras.
• Dažas izoformas ir saīsinātas un darbojas kā pretējas darbības regulatori.
• Izgriešanas regulācija ir atkarīga no īpašām olbaltumvielām, kas piesaistās pašai pre-mRNS.
• Audzēja šūnās izgriešanas raksts bieži ir izmainīts, un tas ir aktīvs pētījumu virziens.

Ja mutācija skar intronu robežzīmi, splaisosoma var izlaist veselu eksonu vai iekļaut intronu daļu, un rezultātā rodas bojāta olbaltumviela vai tās vispār nav. Šādi izgriešanas traucējumi ir zināms iedzimtu slimību cēlonis; to vidū ir daļa beta talasēmijas un cistiskās fibrozes gadījumu, kā arī spinālā muskuļu atrofija.

Šie stāvokļi pieder medicīnas ģenētikas jomai, un ar tiem strādā medicīnas ģenētiķis sadarbībā ar attiecīgā orgāna speciālistu, piemēram, bērnu neirologu vai pulmonologu. Ģimenei, kurā ir bijusi iedzimta slimība vai vairāki agrīni gadījumi, ir iemesls lūgt ģenētiķa konsultāciju, plānojot grūtniecību.

Izgriešanas izpratne ir devusi arī ārstēšanas iespējas. Ir izstrādātas zāles, kas ir īsas mākslīgas nukleīnskābju molekulas un piesaistās pre-mRNS noteiktā vietā, liekot splaisosomai iekļaut vai izlaist konkrētu eksonu. Šādu terapiju nozīmē un uzrauga tikai specializēti centri.

Pre-mRNS dzīve šūnā ir ļoti īsa, tāpēc to tieši uztvert ir grūti. Praksē pēta nevis pašu molekulu, bet tās apstrādes rezultātu.

• RNS izdalīšana no audiem un pārrakstīšana komplementārā DNS turpmākai analīzei.
• RNS sekvencēšana, kas parāda, kuri eksoni faktiski ir savienoti kopā.
• Mērķēta reakcija konkrēta gēna izgriešanas varianta pārbaudei.
• DNS analīze, kas atrod mutāciju intronu robežzīmē, bet nerāda tās sekas.
• Datorprogrammas, kas prognozē, vai atrastā DNS pārmaiņa varētu traucēt izgriešanu.

Šūnā ir vairāki RNS veidi, un tiem ir pilnīgi atšķirīgi uzdevumi. Sajaukšana ir bieža, jo nosaukumi ir līdzīgi.

Introni ilgu laiku tika saukti par lieko balastu, bet tas ir novecojis priekšstats. Daļā intronu ir iekodētas citas, mazas RNS molekulas, kas pašas veic svarīgus uzdevumus šūnā, citos ir gēna darbību regulējoši posmi. Turklāt pati intronu klātbūtne paātrina nobriedušās mRNS izvadīšanu no kodola.

Otra maz zināmā lieta ir tā, ka šūnai ir kvalitātes kontrole tieši šim procesam. Ja izgriešanas kļūdas dēļ mRNS tekstā parādās priekšlaicīgs beigu signāls, šūna šādu molekulu atpazīst un noārda, nepieļaujot bojātas olbaltumvielas ražošanu. Tieši tāpēc dažas mutācijas izpaužas nevis ar nepareizu olbaltumvielu, bet ar tās pilnīgu trūkumu, un tas izskaidro, kāpēc vienas un tās pašas slimības smagums dažādām mutācijām var krasi atšķirties.