שחבור

שחבור (Splicing) הוא תהליך בתאים איקריוטיים שבו מולקולת RNA שמשועתקת מה‑DNA עוברת עיבוד. בתהליך מוסרים מקטעים שאינם מקודדים לחלבון, הנקראים אינטרונים, והאקסונים, הרצפים שמקודדים לחלבון, מחוברים בסדר הנכון ליצירת mRNA מוכן לתרגום. האינטרונים מוסרים על ידי מכלול חלבוני גדול בשם ספלייסוזום.

שחבור נפוץ ברוב האיקריוטים כי בגנים בגרעין יש הרבה אינטרונים. ביצורים חד‑תאיים קדומים יש פחות אינטרונים, וככל שהאורגניזם התפתח המורכבות והכמות של אינטרונים גדלו.

אין הסבר יחיד למקור האינטרונים. קיימים כמה מודלים מקובלים: העברת מקטעים דרך טרנספוזיציה (רצפים שקופצים במערכת הגנטית), טרנספוזונים שהשתלבו ברצפי גנים והוסבו לאינטרונים, שגיאות של הכפלת רצפים שיצרו אזורים לא מקודדים, ושחלוף (רקומבינציה) בין עותקים דומים של גנים שהוביל להוספת אינטרונים.

בשנים 1960, 1970 התגלה הבדל בין יצורים פרוקריוטיים לאיקריוטיים: בגרעין האיקריוטי נוצרת מולקולת hnRNA (heterogeneous nuclear RNA) ארוכה יותר, שרק חלק ממנה הופך ל‑mRNA מחוץ לגרעין. ניסויים עם וירוסים ועם מיפוי מולקולות הראו שלפני יציאת ה‑mRNA מתבצע עיבוד, כולל חיתוך אינטרונים וחיבור אקסונים. כך נתגלה גם שחבור חליפי, יצירת mRNA שונה מאותו pre‑mRNA.

מחקרים בנגיפי DNA של בעלי חיים, במיוחד במחקרים עם אדנובירוסים (Adenovirus), העזרו להראות שה‑RNA בגרעין ארוך ומתעבד. חוקרים התאימו מולקולות mRNA ל‑DNA וגילו דפוסים לא צפויים, מה שהוביל לחשיפה של מנגנון השחבור והאפשרות לשחבור אלטרנטיבי.

הגבולות בין אקסון לאינטרון נקבעים על‑פי רצפי נוקלאוטידים ב‑pre‑mRNA. לכל אינטרון יש אזור כניסה (אקסון, אינטרון) ואזור יציאה (אינטרון, אקסון). בתוך האינטרון יש גם "רצף ההסתעפות" (branchpoint sequence) ולידו רצף של מולקולות פירימידין (polypyrimidine tract). את האתרים האלה הספלייסוזום מזהה כדי לבצע את החיתוך והחיבור.

החיתוך מתבצע בשתי תגובות כימיות מסוג טרנסאסטריפיקציה. בתחילתה, קבוצת OH של אדנין ברצף ההסתעפות תוקפת את הקשר בקצה האקסון, אינטרון. בהמשך הקצה החופשי של האקסון התוקף מחבר את עצמו לקצה האקסון השני, ובכך משוחרר האינטרון כמבנה מעגלי מיוחד הנקרא לאריאט.

הלאריאט הוא צורת האינטרון אחרי שהוא נחתך ומתקפל כאילו בולע את עצמו. זהו שלב ביניים לפני פירוק האינטרון.

הספלייסוזום הוא מכלול חלבונים ורכיבי RNA שמבצע את השחבור. הוא בנוי מ‑snRNP (small nuclear ribonucleoproteins), כלומר מולקולות RNA קטנות (snRNA) שמשולבות עם חלבונים. לכל snRNP תפקיד שונה: לזהות אזורים, להציב את רצף ההסתעפות ולעזור לתגובות הכימיות להתרחש.

יש אינטרונים שיכולים להסיר את עצמם בלי ספלייסוזום. הם מבצעים תגובות דומות לטרנסאסטריפיקציה ולפעמים פועלים ברצף שלהם כדי לשחרר את עצמם.

מולקולות RNA ארוכות שאינן מקודדות לחלבון (lncRNA) יכולות להשפיע על אופן השחבור של גנים אחרים. זאת דרך נוספת של בקרה על ביטוי גנים.

זהו המצב הרגיל: אקסונים מאותו גן מתחברים זה לזה בתוך אותו תעתיק ליצירת mRNA.

במקרה זה שני תעתיקים שונים, שמקורם בגנים נפרדים, מצטרפים ויוצרים mRNA משולב (כימרה). תופעה זו נשקלה בטורפים מסוימים כמו טריפנוזומטידות ותולעים מסוימות.

חוסר תקינות בשחבור עלול לפגוע בביטוי גנים ולגרום למחלות. כמה דוגמאות חשובות:

מחלת הזדקנות מוקדמת הנקראת תסמונת טצ'ינסון‑גילפורד (HGPS). היא נגרמת ממוטציה בגן LMNA. המוטציה משנה אתר שחבור בין אקסון 11 ל‑12 וגורמת לחסר של 150 בסיסים בחלבון, מה שיוצר חלבון לא תקין ופוגע בתפקוד הגרעין.

מחלה תורשתית שפוגעת בראייה. במקרים מסוימים המוטציה נמצאת בגן PRPF6, אחד מחלבוני הספלייסוזום, והיא פוגעת בהרכבתו ובתפקוד השחבור.

מחלה ניוונית שגורמת לבעיות בשרירים. היא נגרמת ממוטציה בגן SMN, שמקודד לחלבונים שמייצרים snRNP. חוסר בחלבונים אלה פוגע בפעילות הספלייסוזום ובשחבור בכל הכלל.

בהתפתחות המחלה נמצא קשר למוטציות בגן FUS, שמקודד לחלבון שקושר RNA. שיבוש בקשרי FUS עם snRNP ו‑SMN משנה את השחבור ופוגע בביטוי גנים רבים.

שחבור (Splicing) הוא חיתוך והרכבה של מולקולת RNA בתא. RNA הוא העתק של מידע מה‑DNA. בתהליך זה מסירים מקטעים לא רצויים שנקראים אינטרונים. השאר מחברים יחד מקטעים רצויים שנקראים אקסונים. התוצאה היא mRNA שממנו התא בונה חלבון.

תהליך זה קיים בעיקר בתאים בעלי גרעין, כי שם יש הרבה אינטרונים. בתאים פשוטים יש פחות אינטרונים.

יש כמה דרכים להסביר איך הופיעו האינטרונים. למשל: קפיצת רצפים בגנום, הוספה של רצפים שנדבקו לגן, הכפלות של רצפים ושחלוף בין עותקים דומים של גנים.

החיוך מתרחש במקום שמסמנים בקצוות האינטרון. יש שם גם "נקודת הסתעפות" (נקודה חשובה בתוך האינטרון). שני שלבים כימיים קוטעים את האינטרון ומשלבים את שני האקסונים ביחד.

האינטרון שנחתך מתקפל בצורת לולאה ומכונה לאריאט.

הספלייסוזום הוא צוות של חלבונים וקטעי RNA שעוזר לחתוך ולהדביק. חלקים קטנים של RNA בשם snRNA עובדים עם חלבונים ויחד הם snRNP.

יש אינטרונים שיכולים להסיר את עצמם בלי עזרה חלבונית. הם עושים את זה בעצמם.

כששחבור משתבש, זה יכול לגרום למחלות. דוגמה: פרוגריה, מחלה של הזדקנות מוקדמת שנגרמת משינוי באתר שחבור בגן LMNA. עוד דוגמא: מחלות שמקשיות ראייה ושרירים קשורות גם הן לטעויות בשחבור.