Resiktaasid

Restriktaasid (sait-spetsiifilised endonukleaasid) on ensüümid, mis lõikavad DNA-ahelat kindlate nukleotiidsete järjestuste juurest. Selliseid spetsiifilisi järjestusi nimetatakse restriktsioonisaitideks. 

Restriktaase on leitud bakteritest ja arhedest, kus need kaitsevad rakku sissetungivate viiruste eest. Prokarüootides lõikavad restriktaasid vaid võõrast DNA-d, raku enda DNA-d kaitseb restriktaasi eest metülaas, metüleerides A ja C nukleotiidid. Sellist kaitsemehhanismi nimetatakse restriktsiooni-modifikatsiooni süsteemiks.

Praeguseks on põhjalikult uuritud üle 3000 restriktaasi ja neist ligikaudu 600 kasutatakse igapäevaselt laborites, et DNA-d modifitseerida ja manipuleerida.

Ajalugu

Esimene bakteritest isoleeritud restriktaas oli HindII. See eraldati 1970. aastal bakterist Haemophilus influenzae.  Selle ja veel mitme restriktaasi avastamise eest anti 1978. aastal Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhind kolmele teadlasele: Daniel Nathans, Werner Arber ja Hamilton O. Smith. Nende avastus pani aluse rekombinantse DNA tehnoloogia arengule, millel on väga palju kasutusalasid, näiteks saab selle tehnoloogia abil kasutada E. coli baktereid kiireks ja suuremahuliseks insuliini tootmiseks.

Restriktsioonisait

Palindroomse ala järjestus on mõlemal ahelal sama, kui lugeda nukleotiide mõlemal ahelal samasuunaliselt (5’ otsast 3’ otsa).

Restriktaasid tunnevad ära teatud nukleotiidse järjestuse ja lõikavad läbi DNA kaksikheeliksi mõlemad ahelad. Restriktsioonisaidis on enamasti 4–8 nukleotiidi ja tihti on see palindroomne, mis tähendab, et nukleotiidide järjestus on mõlemat pidi lugedes sama. DNA-l on kaks palindroomse järjestuse võimalust. Peegelpalindroom (ingl mirror-like palindrome) on sarnane palindroomidega, mis esinevad keeles, näiteks "udu". DNA-järjestuses on peegelpalindroom näiteks GTAATG. Pöördkorduv palindroom (ingl inverted repeat palindrome) on samuti mõlemat pidi samasugune, kuid palindroom esineb komplementaarsetes DNA-ahelates, näiteks järjestuse GTATAC puhul, millele komplementaarne järjestus on CATATG. Pöördkorduvad palindroomid esinevad sagedamini ja omavad suuremat tähtsust kui peegelpalindroomid. Palindroomid võivad ahelates tekitada "volte", kus osa ahelast jääb U-kujuliselt üheahelaliseks.

EcoRI restriktaas jätab lõigates kleepuvad otsad:

SmaI restriktaas jätab lõigates tömbid otsad:

Äratundmisjärjestus on restriktaasidel erinev, mistõttu tekivad lõigates eri pikkusega kleepuvad otsad. Need võivad asuda nii peaahelal kui komplementaarsel ahelal.

Restriktaase, mis tunnevad ära sama järjestuse, kuid lõikavad erinevatest kohtadest, nimetatakse neoskisomeerideks. Ensüüme, mis tunnevad ära sama järjestuse ja ka lõikavad samade nukleotiidide vahelt, nimetatakse isoskisomeerideks.

Tüübid

Restriktaasid jagatakse nelja gruppi (I, II, III ja IV tüüpi) nende struktuuri, vajaliku kofaktori, äratundmisjärjestuse ja restriktsioonisaidi järgi. Kõik restriktaasid tunnevad ära kindla järjestuse ja teevad endonukleolüütilise lõike sellisel viisil, et tekiksid kindla järjestusega 5’ ja 3’ otsad. Nende eristamistunnused on järgnevad:

• I tüüpi ensüümide (EC 3.1.21.3) restriktsioonisait asub äratundmisjärjestusest eemal. Need vajavad funktsioneerimiseks nii ATP-d kui S-adenosüülmetioniini. On multifunktsionaalsed valgud, millel on nii restriktsiooni kui metülaasi (EC 2.1.1.72) ülesanded.
• II tüüpi ensüümide (EC 3.1.21.4) restriktsioonisait asub äratundmisjärjestuse sees või selle lähedal. Enamik neist vajavad magneesiumi. Need on vaid restriktsioonifunktsiooniga metülaasist sõltumatud valgud.
• III tüüpi ensüümide (EC 3.1.21.5) restriktsioonisait asub äratundmisjärjestuse lähedal. Need vajavad ATP-d (kuid ei hüdrolüüsi seda). S-adenosüülmetioniin stimuleerib reaktsiooni, kuid ei ole vajalik selle toimumiseks. Esineb osana suuremast valgust koos modifitseeriva metülaasiga (EC 2.1.1.72).
• IV tüüpi ensüümid seonduvad modifitseeritud (näiteks metüleeritud, hüdroksümetüleeritud või glükosüül-hüdroksümetüleeritud) DNA-ga. Need on bakteri viimase järgu kaitseensüümid.

I tüüp

I tüüpi restriktaasid olid esimesed, mis avastati ja mille omadusi iseloomustati. Need isoleeriti E. coli bakterist. I tüüpi restriktaaside restriktsioonisait erineb ja on vähemalt 1000 aluspaari kaugusel nende äratundmisjärjestusest. Lõikamine järgneb DNA translokatsioonile, mis tähendab, et need ensüümid on ka molekulaarmootorid. Äratundmisjärjestus on asümmeetriline ja koosneb kahest osast: ühes 3–4 nukleotiidi, teises 4–5 nukleotiidi. Neid eraldab mittespetsiifiline 6–8 nukleotiidi pikkune vaheala. Sellised ensüümid on multifunktsionaalsed ning on sõltuvalt DNA metüleeritusest võimelised nii restriktsiooniks kui modifitseerimiseks. Täielikuks aktiivsuseks on neil vaja kofaktoreid S-adenosüülmetioniini, hüdrolüüsitud ATP-d ja magneesiumiioone (Mg²⁺). I tüüpi restriktaasidel on 3 allüksust: HsdR, HsdM ja HsdS. HsdR on vajalik restriktsiooniks, HsdM on vajalik DNA metüleerimiseks ja HsdS on vajalik nii mõlemaks eelnevaks ülesandeks kui ka DNA-ga seondumiseks.

II tüüp

"Eco"RI restriktaasi struktuur (roheline ja sinine ala). Ensüüm seondub DNA kaksikheeliksi (pruun ala) külge. Ensüümi lõikamiskohale liitub kaks magneesiumi iooni (üks mõlemale monomeerile), mis tekitavad lünga DNA struktuuris

II tüüpi restriktaasid erinevad I tüüpi restriktaasidest mitmel moel. Need moodustavad homodimeere, mille äratundmisjärjestused on enamasti lahutamata palindroomid, mis on 4–8 nukleotiidi pikad. DNA-d lõikavad need sama koha pealt, kuhu seonduvad, ning ei vaja kofaktorina ATP-d ega S-adenosüülmetioniini, vaid ainult Mg²⁺ iooni. Selle rühma ensüüme kasutatakse enim ja need on teaduslaborites laialt levinud. 1990. aastatel ja 2000. aastate alguses leiti sellest klassist uusi ensüüme, mis ei vastanud täpselt eelpool mainitud tingimustele. Seetõttu loodi alamklassid, kuhu jaotada ensüüme vastavalt nende erinevustele rühma põhitüübist. Alamklassidele on lisatud järelliide.

IIB tüüpi restriktaasid (nt BcgI ja BplI) on multimeerid, mis tähendab, et need koosnevad rohkem kui ühest allüksusest. IIB tüüpi restriktaasid lõikavad ahela läbi mõlemalt poolt äratundmisjärjestust, lõigates kogu seondumisala ahelast välja. Need vajavad kofaktoritena S-adenosüülmetioniini ja Mg²⁺-ioone.

IIE tüüpi restriktaasid (nt NaeI) seonduvad oma äratundmisjärjestusega kahes kohas. Üks neist on replikatsioonisait, teist ala kasutab ensüüm allosteerilise aktivaatorina, mis kiirendab DNA lõikamist.

IIF tüüpi restriktaasid (nt NgoMIV) toimivad sarnaselt IIE tüüpi restriktaasidega, kuid lõikavad DNA järjestuse mõlemast seondumisalast korraga.

IIG tüüpi restriktaasidel (nt Eco57I) on sarnaselt II tüüpi restriktaasidega üks allüksus, kuid need vajavad kofaktorina S-adenosüülmetioniini.

IIM tüüpi restriktaasid (nt DpnI) tunnevad ära ja lõikavad metüleeritud DNA-d.

IIS tüüpi restriktaasid (nt FokI) lõikavad DNA-d kindla nukleotiidse järjestuse kauguselt oma äratundmisjärjestusest, mis on asümmeetriline ja mittepalindroomne. Need ensüümid võivad funktsioneerida dimeeridena.

IIT tüüpi restriktaasid (nt Bpu10I ja BslI) koosnevad kahest erinevast allüksusest. Mõned selle alamklassi ensüümid seonduvad palindroomse järjestusega, teised asümmeetrilise järjestusega.

III tüüp

III tüüpi restriktaasidel (nt EcoP15) on kaks erinevat mittepalindroomset äratundmisjärjestust, mis on vastassuunalised. Ensüüm lõikab DNA-ahela läbi 20–30 aluspaari kauguselt seondumisalast. Nendel ensüümidel on mitu allüksust, need täidavad nii metüleerimise kui restriktsiooni ülesannet ning need vajavad S-adenosüülmetioniini ja ATP-d. Selliseid restriktaase kasutavad prokarüoodid selleks, et kaitsta end sissetungiva võõra DNA eest. III tüüpi restriktaasid on hetero-oligomeersed multifunktsionaalsed valgud, mis koosnevad kahest allüksusest (Res ja Mod). Mod-allüksus tunneb ära spetsiifilise DNA järjestuse ja on DNA modifitseerimiseks vajalik metüültransferaas. Res on vajalik restriktsiooniks, kuid iseseisvalt pole see aktiivne. III tüüpi restriktaasidel on 5–6 aluspaari pikkused asümmeetrilised äratundmisjärjestused ning need lõikavad DNA-ahela läbi 25–27 aluspaari kauguselt pärisuunas, jättes vabaks lühikese üheahelalise üleulatuva 5’ otsa. Selleks, et ensüüm lõikaks, on vaja kaht vastupidise suunaga metüleerimata äratundmisjärjestust. III tüüpi ensüümid metüleerivad adenosüüljäägi N-6-positsioonil ühe DNA-ahela, seega on värskelt replitseeritud DNA-l vaid üks metüleeritud ahel, kuid see on piisav, et kaitsta seda uue restriktsiooni eest.

Tehislikud restriktaasid

Tehislikke restriktaase valmistatakse, liites looduslikke või tehislikke DNA seondumisdomeene nukleaasdomeenidega (selleks on sageli IIS tüüpi restriktaasi FokI-i restriktsioonidomeen). Sünteetilised restriktaasid suudavad ära tunda suuri saite (kuni 36 aluspaari) ja neid võib panna seonduma mis tahes DNA-järjestusega. Tsinksõrmnukleaasid on geenitehnoloogias enim kasutatavad tehislikud restriktaasid.

Näited

Näiteid restriktaasidest:

Ensüüm	Allikas	Spetsiifiline järjestus	Lõige
EcoRI	Escherichia coli	5'GAATTC 3'CTTAAG	5'---G AATTC---3' 3'---CTTAA G---5'
EcoRII	Escherichia coli	5'CCWGG 3'GGWCC	5'--- CCWGG---3' 3'---GGWCC ---5'
BamHI	Bacillus amyloliquefaciens	5'GGATCC 3'CCTAGG	5'---G GATCC---3' 3'---CCTAG G---5'
HindIII	Haemophilus influenzae	5'AAGCTT 3'TTCGAA	5'---A AGCTT---3' 3'---TTCGA A---5'
TaqI	Thermus aquaticus	5'TCGA 3'AGCT	5'---T CGA---3' 3'---AGC T---5'
NotI	Nocardia otitidis	5'GCGGCCGC 3'CGCCGGCG	5'---GC GGCCGC---3' 3'---CGCCGG CG---5'
HinfI	Haemophilus influenzae	5'GANTCA 3'CTNAGT	5'---G ANTC---3' 3'---CTNA G---5'
Sau3A	Staphylococcus aureus	5'GATC 3'CTAG	5'--- GATC---3' 3'---CTAG ---5'
PvuII*	Proteus vulgaris	5'CAGCTG 3'GTCGAC	5'---CAG CTG---3' 3'---GTC GAC---5'
SmaI*	Serratia marcescens	5'CCCGGG 3'GGGCCC	5'---CCC GGG---3' 3'---GGG CCC---5'
HaeIII*	Haemophilus aegyptius	5'GGCC 3'CCGG	5'---GG CC---3' 3'---CC GG---5'
HgaI	Haemophilus gallinarum	5'GACGC 3'CTGCG	5'---NN NN---3' 3'---NN NN---5'
AluI*	Arthrobacter luteus	5'AGCT 3'TCGA	5'---AG CT---3' 3'---TC GA---5'
EcoRV*	Escherichia coli	5'GATATC 3'CTATAG	5'---GAT ATC---3' 3'---CTA TAG---5'
EcoP15I	Escherichia coli	5'CAGCAGN25NN 3'GTCGTCN25NN	5'---CAGCAGN25NN ---3' 3'---GTCGTCN25 NN---5'
KpnI	Klebsiella pneumoniae	5'GGTACC 3'CCATGG	5'---GGTAC C---3' 3'---C CATGG---5'
PstI	Providencia stuartii	5'CTGCAG 3'GACGTC	5'---CTGCA G---3' 3'---G ACGTC---5'
SacI	Streptomyces achromogenes	5'GAGCTC 3'CTCGAG	5'---GAGCT C---3' 3'---C TCGAG---5'
SalI	Streptomyces albus	5'GTCGAC 3'CAGCTG	5'---G TCGAC---3' 3'---CAGCT G---5'
ScaI	Streptomyces caespitosus	5'AGTACT 3'TCATGA	5'---AGT ACT---3' 3'---TCA TGA---5'
SpeI	Sphaerotilus natans	5'ACTAGT 3'TGATCA	5'---A CTAGT---3' 3'---TGATC A---5'
SphI	Streptomyces phaeochromogenes	5'GCATGC 3'CGTACG	5'---GCATG C---3' 3'---C GTACG---5'
StuI	Streptomyces tubercidicus	5'AGGCCT 3'TCCGGA	5'---AGG CCT---3' 3'---TCC GGA---5'
XbaI	Xanthomonas badrii	5'TCTAGA 3'AGATCT	5'---T CTAGA---3' 3'---AGATC T---5'

Tähistused:

* = tömp ots
N = C või G või T või A
W = A või T

Metüleerimine

Metüleerimine on histoonide 

modifikatsioon, mille puhul geenid lülitatakse lõplikult välja.

Splaissosoom

Splaissosoom on suur ja keerukas RNA/valk-kompleks, mis lõikab eukarüootide tuumageenide primaarsetest transkriptidest välja intronid (seda protsessi nimetatakse splaissimiseks). 

Splaissosoom koosneb snRNA-dest ja valgukompleksidest ning ta esineb ainult eukarüootsetes organismides.

Ülesehitus

Splaissosoomid sisaldavad snRNA-d (small nuclear RNA) ja üle 40 erineva valgu. Peamised snRNAd splaissosoomis on U1, U2, U3 (asub tuumakeses), U4, U5, ja U6. SnRNA-d ei ole tuumas vabalt, vaid kuuluvad väikestesse RNA-valk kompleksidesse, mida nimetatakse snRNP-deks (ing. k. small nuclear ribonucleo proteins), mis osalevad mitmetes RNA-RNA ja RNA-valk interaktsioonides. SnRNP-d on väga uridiinirikkad.

Splaissosoomi kokkupanek toimub uuesti igal hnRNA-l (pre-mRNA, heterogeneous nuclear RNA). HnRNA ahelal on kindlate järjestustega elemendid, mida tuntakse ära ja kasutatakse splaissosoomi kokkupanekuks. Nendeks on 5'-otsas asuv doonorsait, hargnemiskoha järjestus, polüpürimidiinitrakt, ja 3'-otsas asuv aktseptorsait. Nii splaissosoomi konformatsioon kui ka ülesehitus on väga liikuvad, mis tagavad splaissimise täpsuse ja universaalsuse.

Liigid

Leidub kaks erinevat ja unikaalset splaissosoomi, mis eksisteerivad koos enamikus eukarüootides. Nendeks on U2-sõltuv splaissosoom, mis katalüüsib U2-tüüpi intronite eemaldamist ja U12-tüüpi splaissosoom, mis eksisteerib vaid kindlates eukarüootides, kus lõikab välja haruldasi U12-tüüpi introneid.

U2- ja U12-tüüpi splaissosoomidel on palju mehaanilisi sarnasusi, mis viitavad ühisele eellasele ja võimaldavad meil rohkem aru saada splaissosoomi töömehhanismidest.

U2-tüüpi splaissosoom

U2 tüüpi splaissosoom pannakse kokku U1, U2, U5 ja U4/U6 snRNP-st ja paljudest mitte-snRNP valkudest.

U12-tüüpi splaissosoom

See sekundaarne splaissosoomi tüüp avastati alles 20. sajandi lõpus. Töötab väikeste intronite rühmadega, mida nimetatakse U12-tüüpi introniteks, sest nad sõltuvad teatud snRNP-st, mida kutsutakse U12-ks. U12-intronite roll ei ole veel selge, kuid nad on läbi evolutsiooni säilinud ja konserveerunud väga mitmekesiste liikide homoloogiliste geenide vahel ja seetõttu võib arvata, et neil on väga tähtis funktsionaalne roll. U12-tüüpi splaissosoomid pannakse kokku U11, U12, U5 ja U4atac/U6atac snRNP-dest. U12-tüüpi intronid eksisteerivad geenis peaaegu alati koos U2-tüüpi intronitega ja ei näita mingit positsioonilist kõrvalekallet, mis oleks seotud teiste intronitega geenis.

Funktsioon

Splaissosoom liitub intronite 5' ja 3' otste lähedal asuvatele kindlale järjestusele. Splaissosoomi kokkupanek pre-mRNA peale on reguleeritud protsess, mis vajab viit snRNP-d (U1–U6) ja mitmeid valke. Splaissimise protsessi katalüüs jätkub kindlate RNA-RNA, RNA-valk ja valk-valk interaktsioonidega, mis viivad eksoni väljalõikamiseni ja introni LARIAT vabanemiseni. Juhul kui introni nukleotiidne pikkus jääb vahemikku 200–250 nukleotiidi, pannakse splaissosoom kohe kokku üle terve introni.

Splaissosoomi kokkupanek

Splaissosoomi aktiivsaidi kokkupanek on väga kontrollitud ja astmeline protsess, mille käigus liidetakse snRNP partiklid pre-mRNA-le. Esmalt moodustatakse kompleks E: U1 snRNP seondub hnRNA 5' otsas asuvale doonorsaidile ja teistele mitte snRNP-dega seotud faktoritele. E kompleks on ATP-st sõltumatu kompleks, tänu millele saab toimuda splaissimine. Tänu E kompleksi komponendile U2AF, liidetakse pre-mRNA hargnemissaidile U2 snRNP. ATP-sõltuvas reaktsioonis seondub U2 snRNP tihedalt hargnemiskoha järjestusele ja moodustab kompleksi A, mis heidab ahelast välja adenosiini. U2 snRNA-s on pseudouridiini jäägid, mistõttu muutub RNA-RNA kompleksi konformatsioon ja saab toimuda splaissimise esimene samm. U4/U5/U6 tri-snRNP kaasatakse splaissosoomi kokkupanekusse, et moodustada kompleks B. Pärast seda toimub veel mitmeid ümberpaigutusi ja moodustub kompleks C, mis aktiveeritakse katalüüsiks. Hetkel on veel ebaselge, kuidas tri-snRNP kaasatakse kompleksi A, kuid see protsess võib toimuda läbi valk-valk interaktsioonide ja/või läbi U2 snRNA ja U6 snRNA aluspaaride interaktsioonide. Kompleks C katalüüsimisele järgnevad edasised ümberkorraldused juba aktiivses splaissosoomis.

Splaissimine

Enamus eukarüootseid geene sisaldavad mittekodeerivaid järjestusi – introneid. Selleks, et moodustuks transleeritav mRNA, toimub mittekodeerivate järjestuste väljalõikamine ja kodeerivate järjestuste ehk eksonite täpne ühinemine. Protsessi nimetatakse splaissinguks. Splaissing toimub etapiviisiliselt.

Esimene etapp

Esmalt katkestatakse fosfodiesterside introni 5´-splaissingu saidis introni GU järjestusest 5´-suunas. Protsessis osaleb kogu splaissosoom. Splaissingu saiti seondub otseselt U1 snRNP. Fosfodiesterside moodustub introni 5´-otsa ja konserveerunud A nukleotiidi vahel introni 3´-otsa lähedal.

Teine etapp

Seejärel seondub U2 snRNP introni splaissingu 3´-saiti, kus konserveerunud A nukleotiid on ühenduses introni 5´-otsaga (selliseid struktuure nimetatakse lariaatideks). Kompleksile lisanduvad ka teised snRNP-d, et moodustuks täielik splaissosoom, ning seejärel lõigatakse intron 3´- splaissingusaidist välja (fosfodiestersideme lõhkumine) ja eksonite vahel moodustub fosfodiesterside.

Alternatiivne splaissimine

Kui geenis sisaldub palju introneid, võidakse introneid RNA molekulist kõrvaldada kas eraldi või kombineeritult. Kui näiteks kaks kõrvuti paiknevat intronit eraldatakse korraga, võidakse kõrvaldada ka nendevaheline ekson. Nii moodustuvad erinevad mRNA molekulid, mis kodeerivad erinevaid polüpeptiide. Vastavat protsessi nimetatakse alternatiivseks splaissinguks.

Splaissimine

Molekulaarbioloogias ja geneetikas on splaissimine ehk splaissing (ka splaising; inglise splicing) protsess, mille käigus lõigatakse rakutuumas asuvast RNA molekulist välja intronjärjestused ning allesjäänud eksonite otsad ühendatakse. Splaissingu tulemusena tekib mRNA, mida kasutatakse translatsioonil korrektse proteiini sünteesiks. Eukarüootsete intronite puhul katalüüsib splaissimisreaktsioone splaissosoom, kuid olemas on ka isesplaissuvaid introneid. Splaissosoom on väikeste tuuma ribonukleoproteiinide (inglise small nuclear ribonucleoprotein, snRNP) kompleks.

Lihtne illustratsioon eksonitest ja intronitest pre-mRNAs ning küpse mRNA tekkimine splaissimise tagajärjel. UTRid on mittekodeerivad eksonite osad mRNA otstes

Splaissimise rajad

Looduses esineb erinevaid RNA splaissimismeetodeid. Splaissimistüüp sõltub splaissitava introni struktuurist ja katalüsaatorist, mida on splaissimise läbiviimiseks vaja.

Splaissosoomiga

Intronid

Eukarüootide geenid sisaldavad introneid, mille otsad on sarnased kõikides organismides. Mida lihtsama ehitusega organism, seda harvemad on intronid. Intronid on eksonite vahepealsed osad. Eksonid on kodeerivad järjestused. Splaissimiseks on vaja introni doonorsaiti (introni 5’ otsas), hargnemiskohta (introni 3’ otsa lähedal) ning aktseptorsaiti (introni 3’ otsas). Doonorsaidis on peaaegu alati GU nukleotiidijärjestus koos suurema, vähem konserveerunud regiooniga. Aktseptorsaidis, introni 3’ otsas, on nukleotiidijärjestuseks AG. AG-st ülespoole liikudes (5’ otsa suunas) leiab pürimidiiniderikka (C ja U) regiooni ehk polüpürimidiintrakti. Sellest 5’ otsa pool on hargnemiskoht, mis sisaldab A nukleotiidi. Punktmutatsioonid selles DNA regioonis või tranksriptsioonivead aktiveerivad peidetud splaiss-saidi (inglise cryptic splice site, CSS) transkripti osas, mida tavaliselt ei splaissita. Selle tulemiks on küps mRNA, millel on eksonist osa puudu. Punktmutatsiooni puhul, mis tavaliselt mõjutab ainult ühte aminohapet, saab vale aminohappe valgust lõpuks kustutada.

Formatsioon ja aktiivsus

Splaissimist viib läbi splaissosoom, mis on suur RNA valgukompleks, koosnedes viiest väiksemast tuuma ribonukleoproteiinist ning umbes 150 valgust. snRNPde RNA komponendid interakteeruvad introniga ja osalevad niimoodi katalüüsis. Eristatakse kahte erinevat splaissosoomi varianti (üldine ja minoorne), mis sisaldavad erinevaid snRNPsid.

• Üldine

Üldine splaissosoom lõikab välja intronid, millel on 5’ otsas GU ja 3’ otsas AG järjestused. Splaissosoom koosneb U1, U2, U4, U5 ja U6 snRNPdest ning on aktiivne rakutuumas. Lisaks on vajalikud teatud hulk valke, kaasa arvatud U2AF ja SF1, et splaissosoom seonduks.

• E kompleks – U1 seondub GU järjestusele introni 5’ otsas koos valkudega/ensüümidega ASF/SF2, U2AF (seondub Py-AG saidis) ja SF1/BBP (BBP=Branch Binding Protein);
• A kompleks – U2 seondub hargnemiskohale. Selle jaoks hüdrolüüsitakse ATPd;
• B1 kompleks – U5/U4/U6 trimeer seondub: U5 seob ennast eksoniga 5’ saidis ning U6 seondub U2ga.
• B2 kompleks – U1 vabastatakse, U5 liigub eksonilt intronile ning U6 seondub 5’ otsa splaiss-saidis.
• C1 kompleks – U4 vabastatakse, U6/U2 katalüüsib transesterifikatsioonireaktsiooni, mille käigus introni 5’ ots ligeerub A saiti intronil ja moodustab lasso-taolise struktuuri. U5 seondub eksoniga 3’ splaiss-saidis ning introni 5’ ots lahkneb, formeerudes lasso.
• C2 kompleks – U2/U5/U6 jääb tekkinud lasso külge seotuks, eksoni 3’ ots on vaba ning eksonid ligeeritakse ATP hüdrolüüsi arvelt. Splaissitud RNA vabastatakse ning lasso hargneb lahti.

Sellist splaissimise tüüpi nimetatakse kanooniliseks splaissinguks või lasso rajaks, mis toimub 99% kordadest. Samas kui intronid ei järgi GU-AG reeglit, toimub mittekanooniline splaissimine (vaata alt "minoorne splaissosoom").

• Minoorne

Minoorne splaissosoom sarnaneb väga üldise splaissosoomiga, ainult et see splaissib haruldasi introneid, millel on splaiss-saitides teistsugused nukleotiidijärjestused. Kui U5 on nii üldisel kui minoorsel splaissosoomil sama, siis minoorsel on U1, U2, U4 ja U6 asemel erinevad, kuid funktsionaalselt analoogsed snRNPd, vastavalt U11, U12, U4atac ja U6atac. Nagu üldinegi, on minoorne splaissosoom leitav ainult rakutuumas.

• Trans-splaissimine

Trans-splaissimine on splaissimise vorm, kus liidetakse kaks eksonit, mis ei ole samas RNA transkriptis.

Isesplaissumine

Isesplaissumine leiab aset vähestes intronites, mis moodustavad ribosüümi. Ribosüüm on võimeline katalüüsima splaissosoomile omaseid reaktsioone. On olemas kolm gruppi isesplaissuvaid introneid: grupp I, grupp II ja grupp III. Grupp I ja II intronid teostavad splaissimise sarnaselt splaissosoomiga, ilma et vajaks teisi valke. Selline sarnasus viitab sellele, et grupi I ja II intronid võivad olla evolutsiooniliselt suguluses splaissosoomiga. Isesplaissumine võib olla ka väga vana ning võis eksisteerida RNA maailmas enne vajalikke valke. Kuigi nimetatud kaks mehhanismi ei vaja toimumiseks teisi proteiine, on vaja siiski viit RNA molekuli ja üle 50 valgu, et kasutada ja hüdrolüüsida palju ATP molekule. Splaissimismehhanismid kasutavad ATP energiat, et mRNA splaissimine oleks täpne. Kui ATPd ei kasutataks, oleks protsess väga ebatäpne ning vigaderohke.

Grupi I intronite splaissumist iseloomustavad kaks transesterifikatsioonireaktsiooni:

1. Vaba guaniini nukleosiidi 3’OH rühm või nukleotiidi kofaktor (GMP, GDP, GTP) ründab 5’ splaiss-saidis fosfaatrühma.
2. 3’OH rühm 5’ eksonis muutub nukleofiiliks ning teise transesterifikatsiooni lõpuks liidetakse kaks eksonit.

Mehhanism, kus grupp II intronid splaissuvad (kaks transesterifikatsioonireaktsiooni, nagu grupp I) on sellised:

1. Spetsiifilise adenosiini 2’OH rühm intronis ründab 5’ splaiss-saiti, moodustades lasso.
2. 5’ eksoni 3’OH päästab valla teise transesterifikatsiooni 3’ splaiss-saidis ning eksonid liidetakse omavahel.

tRNA splaissimine

tRNA splaissimine on järjekordne haruldane splaissimisvorm, mis tavaliselt toimub tRNAs. Splaissimisreaktsioonides on splaissosoomist ja isesplaissuvast rajast erinev biokeemia. Ribonukleaasid vabastavad RNA ning ligaasid ühendavad eksonid.

Evolutsioon

Splaissimine toimub kõigis elu domeenides ja riikides, kuid splaissimise ulatus ja tüübid on väga erinevad. Eukarüoodid splaissivad palju valku kodeerivaid mRNAsid ning mõnesid mittekodeerivaid RNAsid. Prokarüoodid splaissivad harva ning enamjaolt mittekodeerivaid järjestusi. Teine tähtis erinevus kahe rühma vahel on see, et prokarüootidel puudub splaissosoomne rada.

Kuna splaissosoomsed intronid pole kõigis liikides konserveerunud, on tekkinud debatt teemal, millal splaissosoomne splaissing evolutsioneerus. Pakutakse nii varajast (inglise intron-early model) kui ka hilist introni mudelit (inglise intron-late model).

Splaissimise mitmekesisus

	Eukarüoodid	Prokarüoodid
Splaissosoomiga	+	−
Isesplaissumine	+	+
tRNA	+	+

Biokeemiline mehhanism

Joonis illustreerimaks kahe-astmelist splaissimise biokeemiat

Splaissosoomne ning isesplaissumine koosneb kahe-astmelisest biokeemilisest protsessist. Mõlemaks astmeks on transesterifikatsioonireaktsioon, mis toimub RNA nukleotiidide vahel. tRNA splaissimine on erand ega vaja transesterifikatsiooni.

Esiteks teostab introni hargnemispunkti nukleotiidi 2’OH rühm nukleofiilse rünnaku introni 5’ splaiss-saidis asuvale esimesele nukleotiidile, moodustades lasso-kujulise vaheühendi. Teiseks ründab vabaks jäänud 5’ eksoni 3’OH omakorda introni 3’ splaiss-saidi viimast nukleotiidi, ühendades eksonid ja vabastades introni.

Alternatiivne splaissing

Splaissimisprotsess võib mitmetes olukordades luua unikaalseid valke, varieerides eksonite kompositsiooni samas mRNAs. Sellist fenomeni kutsutakse alternatiivseks splaissimiseks. Alternatiivne splaissimine võib toimuda mitmel viisil. Eksoneid võib nii pikendada kui ka vahele jätta või introneid alles jätta.

Eksperimentaalne splaissimise manipulatsioon

Splaissimissündmusi saab eksperimentaalselt mõjutada, kui seondada snRNPde seondumissaitidesse, hargnemispunkti nukleotiidi külge või regulatoorsetesse saitidesse steerilisi-blokeerivaid antisense oligonukleotiide (inglise steric-blocking antisense oligos), nagu morfoliine või peptidonukleiinhappeid (PNA).

Splaissimisvead

Tüüpilised vead:

• Mutatsioon splaiss-saidis, mille tulemusena kaob saidi funktsioon. Võib tekkida enneaegne stoppkoodon, kaduda ekson või sisse jääda intron.
• Mutatsioon splaiss-saidi redutseerimise spetsiifilisuses. Tulemusena võib varieeruda splaissimise koht, põhjustades aminohapete sisestusi või deletsioone, kõige tõenäolisemalt aga lugemisraami nihet.
• Splaiss-saidi vale asetus, mis viib suurema osa RNA sisse või välja jätmisele, kui algselt oodatud. Põhjustab pikemaid või lühemaid eksoneid.

Paljud splaissimisvead kontrollib üle rakusisene kvaliteedikontrolli mehhanism, mida nimetatakse nonsense mediated mRNA decay (NMD).

Valgu splaissimine

Lisaks RNAle läbivad ka valgud splaissimise. Kuigi biomolekulaarsed mehhanismid on erinevad, on printsiip siiski sama: inteiinid, intronite asemel, eemaldatakse. Alles jäänud osad, mida nimetatakse eksteiinideks, liidetakse omavahel. Valgu splaissimist on vaadeldud paljudel organismidel, kaasa arvatud bakteritel, arhedel, taimedel, pärmidel ning inimestel.

Metaboolne atsidoos

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

Metaboolne atsidoos on häire, mis väljendub organismi vereplasmas oleva bikarbonaadi sisalduse vähenemises.

Sisukord

Metaboolse atsidoosi vormidRedigeeri

Metaboolsel atsidoosil on kaks vormi. Ühel juhul anioonide vahe plasmas jääb normaalseks, teisel juhul see suureneb.

Metaboolne atsidoos normaalse anioonide vahegaRedigeeri

See vorm on põhjustatud bikarbonaadi gastrointestinaalsetest ja renaalsetest kadudest. Gastrointestinaalsete kadude hulka kuuluvad, nagu eelpool mainitud, oksendamine ja kõhulahtisus. Renaalsete kadude alla kuuluvad proksimaalne renaalne tubulaaratsidoos ja distaalne renaalne tubulaaratsidoos.

Proksimaalne renaalne tubulaaratsidoosRedigeeri

Proksimaalne renaalne tubulaaratsidoos tekib siis, kui bikarbonaadi tagasihaarde mehhanism proksimaalses tuubulis on kahjustunud. See kujuneb välja järgmistel põhjustel:

• amüloidoos
• nefrootiline sündroom
• raskmetallide mürgistused (nt kaadmium avaldab kahjulikku mõju kaltsiumiainevahetusele ning see võib esile kutsuda raku surma)

Distaalne renaalne tubulaaratsidoosRedigeeri

Distaalse renaalse tubulaaratsidoosi kutsub esile kogumistorukeste talitlushäire ning kahjustatud on H⁺ tagasihaarde mehhanismid. See on tingitud järgmistest haigustest:

• hüpergammaglobulineemia
• pulmonaarne fibroos
• Sjögreni sündroom
• vaskuliit
• Ehlersi-Danlosi sündroom
• Marfani sündroom
• Hüperparatüreoos
• Wilsoni tõbi
• Fabry tõbi
• Hüperoksaluuria

Metaboolne atsidoos suurenenud anioonide vahegaRedigeeri

Metaboolse atsidoosi korral on vereplasmas anioonide vahe suurenenud. Põhjused:

• orgaaniliste hapete ülehulk
• mürgistused
• anorgaaniliste hapete ülehulk

Organismi reaktsioonid metaboolse atsidoosi kõrvaldamiseksRedigeeri

Organism vastab metaboolsele atsidoosile kolmel viisil. Esiteks püüab ta taastada vereplasma normaalse pH, teiseks langetada kopsude vahendusel PaCO₂ ja neerude kaudu takistada bikarbonaadi liigekskretsiooni.

Ketoatsidoos

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

Ketoatsidoos on ainevahetushäire, mida iseloomustab ketokehade kõrgenenud tase veres ja metaboolne atsidoos.

Sisukord

Ketokehad ja diabeetRedigeeri

Ketokehad on atsetoained. Inimese organismis on peamised atsetoained atsetoatseaat ja 3-hüdroksübutüraat. Kui organismis on ketogeenne aktiivsus suur, on hingeõhus tunda atsetooni lõhna.

Ketoatsidoos (diabeetiline)Redigeeri

Ketoatsidoos on diabeediga inimestel tekkida võiv ohtlik seisund, mis on põhjustatud insuliinivaegusest või hüpoglükeemiast. Mida täielikum on insuliinivaegus, seda intensiivsem on rasvade lõhustamine rasvkoes ja seda enam vabaneb verre ka rasvhappeid. Tekib olukord, kus rasvhappeid tuleb põletada energia saamiseks, kuid rasvhapped ei põle lõpuni, sest glükoos ei pääse rakkudesse ning seda ei saa seal põletada. Tagajärjeks on ketoainete põhjustatud happemürgisus (ketoatsidoos), juhul kui organism ei saa kiiresti lisaks vajalikul määral insuliini. Algava ja juba arenenud ketoatsidoosi korral on vere suhkrusisaldus alati suur ja uriinis on alati ohtralt nii suhkruid kui ka ketoaineid. Nende ainete sisaldus veres ja uriinis kasvab kiiresti senikaua, kui süstitakse vajalik kogus lisainsuliini. Ketoatsidoos võib tekkida diabeetikul ka hüpoglükeemia (liiga väike suhkrusisaldus veres) korral, kui veres on liiga vähe glükoosi, ei piisa selle põlemisest rakkudes, et põletada rasvhapped täielikult. Sellises olukorras nimetatakse ketoaineid näljahapeteks.

Ketoatsidoosi tunnusedRedigeeri

• iiveldus ja oksendamine
• dehüdratsioon ehk janu
• puuvilja- või atsetoonilõhnaline aroom hingeõhus
• kiire kaalulangus
• raskendatud või sügav, meeleheitlik hingamine
• kõhuvalu
• kiirenenud südamerütmika
• segadusseisund ja/või desorientatsioon
• kooma

Ketokehade mõõtmine verestRedigeeri

Ketokehi peaks mõõtma, kui veresuhkur ületab 17 mmol/l või kui veresuhkur on olnud pikemat aega üle 13 mmol/l. Diabeetilist ketoatsidoosi diagnoositakse tavaliselt vere- ja uriinianalüüside abil, mis mõõdavad ketoonide sisaldust veres või uriinis.

Ketokehade testi tulemusedRedigeeri

–alla 0,6 mmol /L – normaalne vere ketooni väärtus –0,6 kuni 1,5 mmol /L – näitab, et toodetakse rohkem ketoone kui tavaliselt, testida hiljem uuesti, et näha, kas väärtus on langenud –1,6 kuni 2,9 mmol /L – suur ketoonide sisaldus, võib esineda ketoatsidoosi oht. Soovitatav on pöörduda oma raviarsti poole. –üle 3,0 mmol /L – ketoonide ohtlik tase, mis vajab viivitamatut arstiabi

Ketoatsidoosi vältimineRedigeeri

• Veresuhkru taseme kontrolli all hoidmine;
• endokrinoloogi antud raviplaani järgimine;
• viirushaiguse korral tuleb veresuhkrut kontrollige tavalisest sagedamini; kui see on korduvalt üle 13 mmol/l, tuleb iga 4–6 tunni järel määrata ketoone ka verest.