בתאים אנושיים, רק חלק קטן מהמידע שנכתב בגנים משמש לייצור חלבונים. כיצד התא בוחר מידע זה? מכונה מולקולרית גדולה הנקראת ה- Spliceosome מפרידה ברציפות לאזורי הקידוד והלא מקודדים של הגנים שלנו-והיא עושה זאת גם כשאתה קורא את השורות האלה.
ה- Spliceosome הוא קריטי לתפקוד התקין של כל תא, והפרעות גנטיות רבות קשורות לבעיות בתפקוד Spliceosome. ברוב התאים האוקריוטיים, שני סוגים של ספיזוזום פועלים במקביל לחתיכות גנים תפרים יחד: ה- Spliceosome העיקרי והסבלוזום הקטין.
קבוצת Galej ב- Embl Grenoble פרסמה לאחרונה תובנות מבניות חדשות על פונקציית spliceosome מינורית בכתב העת Journal תא מולקולריו
ה- Spliceosome העיקרי נמצא בשפע בתאים ונחקר בהרחבה יותר מארבעה עשורים. התאומה המופרדת ארוכה-הספליסוזום הקטין, נדיר בהרבה ונשאר חידתי, למרות שתפקידו חשוב לא פחות. במחקר חדש זה, החוקרים חושפים את המבנה של U11 SNRNP – אחת מחמש יחידות המשנה של ה- Spliceosome הקטין, היוזמת את תהליך בחירת האינטרון.
תפור חתיכות גנים יחד
Spliceosomes עוזרים לתאים להסיר נתחים גדולים של מידע גנטי שאינו מקודד-המכונים אינטרונים-ממבשרי RNA של המסנג'ר (לפני mRNA), המולקולה האחראית להעברת מידע גנטי מ- DNA לחלבונים. Spliceosomes פועלים ככלי עריכה, ומסייעים להבין את ההודעות המקוטעות המאוחסנות לפני mRNA.
לרוב הגנים יש אינטרונים רבים השייכים למעמד אחד – האינטרונים העיקריים – המוסרים על ידי ה- Spliceosome העיקרי. עם זאת, כ- 0.5% מהאינטרונים שייכים למעמד אחר – האינטרונים הקטנים – המעובדים על ידי הספליסוזום הקלים.
אינטרונים קלים אלה נדירים ביותר אך קריטיים ביותר מכיוון שלעתים קרובות הם ממוקמים בגנים של ניקיון ביתיים החיוניים לתמיכה בחיים. "
ג'יאנגפנג ג'או, עמית פוסט -דוקטורט בקבוצת גאלג 'והסופר הראשון של המחקר
Spliceosomes הם מתחמי חלבון RNA גדולים ודינאמיים. ה- Spliceosome העיקרי מורכב מחמש יחידות משנה, U1, U2, U4, U6 ו- U5 חלקיקי ריבונוקלאופרוטאין גרעיניים קטנים (SNRNPs, קראו "snurps") – וכ -150 חלבונים, המעורבים בשלבים שונים של תהליך השחבור. ל- Spliceosome הקטין יש ארכיטקטורה דומה, אך אבני הבניין העיקריות שלו שונות (U11, U12, U4ATAC, U6ATAC ו- U5 SNRNPs). כיצד בדיוק הבלוקים הללו מתכנסים לבניית הספליסוזום הקלים ולעזור לו להגשים את תפקידו נותר חמקמק.
מבנים של מכונות מולקולריות גדולות קשה לקבוע לשמצה בגלל אופיים הדינאמי המהותי. זה נכון עוד יותר עבור מכונות מולקולריות הנדיבות בתאים, כמו הספליסוזום הקלים. "אחד האתגרים הגדולים ביותר בחקר המתחם הזה היה להבין כיצד לטהר אותו באופן סלקטיבי מתוכן תאים שלם", הוסיף ג'או. "ברגע שהצלחנו את זה, עדיין לקח כמה שנים של אופטימיזציה כדי לשמור על המורכב שלם בתנאי הדמיה."
תאומים מופרדים ארוכים: בצומת האבולוציה
מנהיג קבוצת EMBL Grenoble Wojciech Galej, שעובד על מכונות שחבור לפני mRNA במשך יותר מ 15 שנה, החליט לראשונה להתמקד בספליסום הקטין לפני שבע שנים-פרויקט שלשמו השיג מענק החל ERC בשנת 2020.
כאשר קבוצת GALEJ החלה את הפרויקט, מעט מאוד היה ידוע על ה- Spliceosome הקטין, ואף כעת, רק קומץ קבוצות מחקר מבצעות מחקרים מבניים על מתחם חלבון RNA זה.
"הספליזוזומים העיקריים והקטינים קשורים באופן אבולוציוני, אך עד כמה שידוע לנו, האב הקדמון המשותף האחרון של כל האוקריוטות ככל הנראה כבר היו בשני סוגי הספיזוזומים", אמר ווג'צ'ך גאלג ', המחבר המקביל של המחקר. "המשמעות היא שהם נפרדו לפני יותר מ -1.5 מיליארד שנה, קשה מאוד לדמיין טווח זמנים."
באמצעות החוקרים השיגו את מבנה ה- U11 SNRNP של קומפלקס ה- U11 SNRNP וחשפו כיצד הוא מזהה את אתר ה- 5 'של קומפלקס ה- U11 SNRNP וחשפו כיצד הוא מזהה את אתר "5"-נקודת המוצא של אינטרון-כדי ליזום את תהליך העריכה במיקום מדויק זה.
מהתוצאות מראות כי הארכיטקטורה של U11 SNRNP שונה להפליא מזו של U1 SNRNP – יחידת המשנה המתאימה של ה- Spliceosome העיקרי. "הארכיטקטורה השונה והמורכבת יותר מאפשרת ל- U11 SNRNP לזהות באופן ספציפי את המצעים הנדירים שלה בנוף רצף ה- RNA העצום של כל תא", הסביר ג'או. "זה כמו למצוא מחט בערימת שחת. Spliceosome מינורי התפתח כדי להשתמש באינטראקציות נוספות לא-קנוניות לבסיס כדי למלא מטרה זו בנאמנות גבוהה."
הגדרת היכן להתחיל לחתוך את האינטרונים היא רק הצעד הראשון במסלול ההרכבה המורכב של ה- Spliceosome. נדרשים לפחות תריסר צעדים אחרים לפני שתגובת השחבור תסתיים. לא ידוע הרבה על האופן שבו המעברים הקלים של הספליסוזום דרך שלבי ביניים אלה.
"זה היה פרויקט מאתגר, ואנחנו מתקדמים לאורך הדרך, וזה מעודד, אבל עדיין יש כל כך הרבה מה לדעת על הספליסוזום הקטין", אמר ג'או, שזכה במארי סקלודובסקה-קורי בשנת 2023 ל חקר את השלבים האחרים של פעילות קלה של ספיזוזום.
"העבודה שלנו מספקת תובנות חדשות ומלהיבות על המנגנון של הכרת אינטרון מינורית ושופכת אור על התפתחות מכונות השחבור. זה פותח אפשרויות חדשות ללימוד מתחמי ספיזוזומים קלים אחרים", אמר גאלג '. "המטרה שלנו לטווח הארוך היא להבין כיצד כל המסלול הזה עובד ברמה המולקולרית, ואנחנו מקווים כי עבודה זו ועתידית תתרום להבנה טובה יותר של הבסיס המולקולרי של ההפרעות הגנטיות הקשורות למרכיבי הספליסוזום הקלים. זה יכול בסופו של דבר להוביל ליישומים טיפוליים חדשים. "
