Spajanje predstavlja ključni proces med transkripcijo v jedru evkariontov, v katerem zrela mRNA izhaja iz pre-mRNA. V tem procesu se odstranijo introni, ki so po prepisu še vedno prisotni v pre-mRNA, preostali eksoni pa se združijo v končno mRNA.
Kaj je spajanje?
Prvi korak gen izraz se imenuje transkripcija. V tem procesu se sintetizira RNA z uporabo DNA kot predloge. Osrednja dogma molekularne biologije je, da pretok genskih informacij poteka od DNA nosilca informacij do RNA do beljakovin. Prvi korak v gen izraz je transkripcija. V tem procesu se sintetizira RNA z uporabo DNA kot predloge. DNA je nosilec genskih informacij, ki so tam shranjene s pomočjo kode, sestavljene iz štirih baze adenin, timin, gvanin in citozin. Med transkripcijo kompleks beljakovin RNA-polimeraze bere osnovno zaporedje DNA in tvori ustrezno "RNA pred sel" (na kratko pre-mRNA). Pri tem se namesto timina vedno vstavi uracil. Geni so sestavljeni iz eksonov in intronov. Eksoni so tisti deli genskega materiala, ki dejansko kodirajo genske informacije. Introni pa predstavljajo nekodirajoče odseke znotraj a gen. Geni, shranjeni v DNK, so tako vmešani v dolge segmente, ki jim ne ustrezajo aminokisline v poznejših beljakovinah in ne prispevajo k prevajanju. Gen ima lahko do 60 intronov z dolžino med 35 in 100,000 nukleotidi. V povprečju so ti introni desetkrat daljši od eksonov. Pred-mRNA, ki je nastala v prvem koraku transkripcije, pogosto imenovana tudi nezrela mRNA, še vedno vsebuje tako eksone kot introne. Tu se začne postopek spajanja. Introne je treba odstraniti iz pre-mRNA, preostale eksone pa povezati. Šele nato lahko zrela mRNA zapusti jedro in sproži prevajanje. Spajanje se večinoma izvaja s pomočjo spliceosoma. Ta je sestavljen iz petih snRNP (majhni jedrski delci ribonukleoproteina). Vsak od teh snRNP je sestavljen iz snRNA in beljakovin. Nekateri drugi beljakovin ki niso del snRNP, so tudi del spliceosoma. Spliceosome delimo na glavne in manjše spliceosome. Večji spliceosom obdeluje več kot 95% vseh človeških intronov, manjši spliceosom pa večinoma obdeluje introne ATAC. Za razlago spajanja sta Richard John Roberts in Phillip A. Sharp leta 1993 prejela Nobelovo nagrado za medicino. Za raziskave alternativnega spajanja in katalitičnega delovanja RNA sta Thomas R. Cech in Sidney Altman leta 1989 prejela Nobelovo nagrado za kemijo. .
Funkcija in naloga
V procesu spajanja se spliceosom vsakič na novo oblikuje iz posameznih delov. Pri sesalcih se snRNP U1 najprej pritrdi na mesto 5'-spajanja in sproži nastanek preostalega spliceosoma. SnRNP U2 se veže na mesto razvejanja introna. Po tem se veže tudi tri-snRNP. Spliceosom katalizira reakcijo spajanja z dvema zaporednima transesterifikacijama. V prvem delu reakcije je an kisik atom iz skupine 2′-OH skupine an adenozin iz napadov "zaporedje točk razvejanja" (BPS) a fosfor atom fosfodiesterske vezi na mestu 5'-spajanja. S tem se sprosti 5′-ekson in intron kroži. The kisik atom zdaj proste 3'-OH skupine 5'-eksona se zdaj veže na mesto 3'-spajanja, poveže oba eksona in sprosti intron. Intron se tako pripelje v shligensko obliko, imenovano lariat, ki se nato razgradi. Nasprotno pa spliceosomi ne igrajo nobene vloge pri avtokatalitskem spajanju (samo-spajanje). Tu je introne iz prevajanja izključila sekundarna struktura same RNA. Encimsko spajanje tRNA (prenosna RNA) se pojavi pri evkariontih in arhejah, ne pa tudi pri bakterije. Postopek spajanja mora potekati z izjemno natančnostjo natančno na meji ekson-intron, saj bi odstopanje le za en nukleotid vodi do napačnega kodiranja aminokisline in s tem do oblikovanja povsem drugačnih beljakovin. Spajanje pred-mRNA se lahko razlikuje zaradi vplivov okolja ali vrste tkiva. To pomeni, da lahko iz istega zaporedja DNA nastanejo različni proteini in s tem enaka pre-mRNA. Ta postopek se imenuje alternativno spajanje. Človeška celica vsebuje približno 20,000 genov, vendar lahko zaradi alternativnega spajanja tvori več sto tisoč beljakovin. Približno 30% vseh človeških genov kaže alternativno spajanje. Spajanje je imelo glavno vlogo v evolucijskem procesu. Eksoni pogosto kodirajo posamezne domene proteinov, ki jih je mogoče kombinirati na različne načine. To pomeni, da je mogoče iz samo nekaj eksonov ustvariti veliko različnih beljakovin s povsem različnimi funkcijami. Ta postopek se imenuje premešanje eksonov.
Bolezni in motnje
Nekatere dedne bolezni se lahko pojavijo v tesni povezavi s spajanjem. Mutacije v nekodiranih intronih običajno niso vodi do napak pri tvorbi beljakovin. Če pa pride do mutacije v delu introna, ki je pomemben za regulacijo spajanja, to lahko vodi do pomanjkljivega spajanja pre-mRNA. Nastala zrela mRNA nato kodira okvarjene ali v najslabšem primeru škodljive beljakovine. To je na primer pri nekaterih vrstah beta-talasemija, dedno anemija. Drugi predstavniki bolezni, ki se pojavijo na ta način, vključujejo Ehlers-Danlosov sindrom (EDS) tipa II in mišična atrofija hrbtenice.
