Splicing vertegenwoordigt een cruciaal proces tijdens transcriptie in de kern van eukaryoten, waarbij volwassen mRNA uit pre-mRNA tevoorschijn komt. In dit proces worden introns die na transcriptie nog steeds aanwezig zijn in het pre-mRNA verwijderd en worden de resterende exons gecombineerd om het uiteindelijke mRNA te vormen.
Wat is splitsen?
De eerste stap erin gen expressie wordt transcriptie genoemd. In dit proces wordt RNA gesynthetiseerd, met DNA als sjabloon. Het centrale dogma van de moleculaire biologie is dat de stroom van genetische informatie gaat van de informatiedrager DNA naar RNA naar eiwit. De eerste stap in gen expressie is transcriptie. In dit proces wordt RNA gesynthetiseerd, waarbij DNA als sjabloon wordt gebruikt. DNA is de drager van genetische informatie, die daar wordt opgeslagen met behulp van een code die uit de vier bestaat bases adenine, thymine, guanine en cytosine. Tijdens transcriptie leest het RNA-polymerase-eiwitcomplex de basesequentie van het DNA en produceert het overeenkomstige "pre-messenger RNA" (afgekort pre-mRNA). In dit proces wordt uracil altijd ingebracht in plaats van thymine. Genen zijn samengesteld uit exonen en introns. Exonen zijn die delen van het genetisch materiaal die feitelijk genetische informatie coderen. Introns vertegenwoordigen daarentegen niet-coderende secties binnen een gen De genen die op het DNA zijn opgeslagen, worden dus afgewisseld met lange segmenten die niet overeenkomen met aminozuren in het latere eiwit en dragen niet bij aan translatie. Een gen kan tot 60 introns hebben, met lengtes tussen 35 en 100,000 nucleotiden. Deze introns zijn gemiddeld tien keer langer dan exonen. Het pre-mRNA gevormd in de eerste stap van transcriptie, ook vaak aangeduid als onvolwassen mRNA, bevat nog steeds zowel exons als introns. Dit is waar het proces van splitsen begint. De introns moeten uit het pre-mRNA worden verwijderd en de overige exons moeten aan elkaar worden gekoppeld. Alleen dan kan het rijpe mRNA de kern verlaten en translatie initiëren. Het splitsen wordt meestal uitgevoerd met behulp van het spliceosoom. Dit is samengesteld uit vijf snRNP's (kleine nucleaire ribonucleoproteïnedeeltjes). Elk van deze snRNP's bestaat uit een snRNA en eiwitten. Een andere eiwitten die geen deel uitmaken van de snRNP's, maken ook deel uit van het spliceosoom. Spliceosomes zijn onderverdeeld in major en minor spliceosomen. Major spliceosome verwerkt meer dan 95% van alle menselijke introns, en minor spliceosome behandelt voornamelijk ATAC-introns. Voor het uitleggen van splitsing ontvingen Richard John Roberts en Phillip A. Sharp in 1993 de Nobelprijs voor de geneeskunde. Voor hun onderzoek naar alternatieve splitsing en de katalytische werking van RNA ontvingen Thomas R. Cech en Sidney Altman de Nobelprijs voor scheikunde in 1989 .
Functie en taak
Tijdens het splitsingsproces vormt het spliceosoom elke keer opnieuw uit zijn afzonderlijke delen. Bij zoogdieren hecht snRNP U1 zich eerst aan de 5′-splitsingsplaats en start de vorming van de rest van het spliceosoom. De snRNP U2 bindt aan de vertakkingsplaats van het intron. Hierna bindt de tri-snRNP ook. Het spliceosoom katalyseert de splitsingsreactie door twee opeenvolgende transesterificaties. In het eerste deel van de reactie, een zuurstof atoom uit de 2′-OH-groep van een adenosine van de "branch point sequence" (BPS) aanvallen een fosfor atoom van een fosfodiësterbinding in de 5'-splitsingsplaats. Hierdoor komt het 5′-exon vrij en circuleert het intron. De zuurstof atoom van de nu vrije 3′-OH-groep van het 5′-exon bindt zich nu aan de 3′-splitsingsplaats, verbindt de twee exons en laat het intron los. Het intron wordt daardoor in een schligen-vormige conformatie gebracht, lariat genaamd, die vervolgens wordt afgebroken. Daarentegen spelen spliceosomen geen rol bij autokatalytische splicing (self-splicing). Hier worden de introns uitgesloten van translatie door de secundaire structuur van het RNA zelf. Enzymatische splitsing van tRNA (transfer RNA) komt voor in eukaryoten en archeae, maar niet in bacteriën Het proces van splitsing moet met uiterste precisie plaatsvinden, precies op de exon-introngrens, aangezien een afwijking door slechts een enkele nucleotide leiden naar de onjuiste codering van aminozuren en dus tot de vorming van totaal verschillende eiwitten Splitsing van een pre-mRNA kan variëren als gevolg van omgevingsinvloeden of weefseltype. Dit betekent dat verschillende eiwitten kunnen worden gevormd uit dezelfde DNA-sequentie en dus hetzelfde pre-mRNA. Dit proces wordt alternatieve splitsing genoemd. Een menselijke cel bevat ongeveer 20,000 genen, maar kan dankzij alternatieve splitsing enkele honderdduizenden eiwitten vormen. Ongeveer 30% van alle menselijke genen vertoont alternatieve splitsing. Splitsing heeft een grote rol gespeeld in het verloop van de evolutie. Exons coderen vaak voor afzonderlijke domeinen van eiwitten, die op verschillende manieren kunnen worden gecombineerd. Dit betekent dat uit slechts enkele exonen een grote verscheidenheid aan eiwitten met totaal verschillende functies kan worden gegenereerd. Dit proces wordt exon-shuffling genoemd.
Ziekten en aandoeningen
Sommige erfelijke ziekten kunnen optreden in nauwe samenhang met splitsing. Mutaties in de niet-coderende introns doen dat normaal niet leiden op defecten in eiwitvorming. Als er echter een mutatie optreedt in een deel van een intron dat belangrijk is voor de regulering van splicing, kan dit leiden defecte splitsing van het pre-mRNA. Het resulterende rijpe mRNA codeert vervolgens voor defecte of, in het ergste geval, schadelijke eiwitten. Dit is bijvoorbeeld het geval bij sommige soorten bètathalassemie, een erfelijke bloedarmoede Andere vertegenwoordigers van ziekten die op deze manier ontstaan, zijn onder meer Ehlers-Danlos syndroom (EDS) type II en spinale spieratrofie.
