Alternativ spleising , alternativ spleising eller alternativ spleising , gjør at forskjellige isoformer av mRNA og protein kan oppnås fra et primært transkript av mRNA eller pre-mRNA , som kan ha forskjellige og ofte motsatte funksjoner. Denne prosessen skjer først og fremst hos eukaryoter , selv om den også kan sees hos virus . [ 1 ]
Mange gener er alternativt spleiset på vevsspesifikke måter, regulert utviklingsmessig og som respons på hormoner , noe som gir en ekstra mekanisme for regulering av genuttrykk. Å transkribere DNA til mRNA resulterer i et primært RNA- eller pre-mRNA-transkript som spenner over introner og eksoner . [ 2 ] For at dette pre-mRNA skal gi opphav til et mRNA, må det gjennomgå en modningsprosess av mRNA, som i utgangspunktet består i å fjerne alle intronene. Intronene og eksonene bestemmes imidlertid ikke alltid under skjøteprosessen . Seleksjon av spleisesteder utføres av serin / argininrester av visse proteiner kjent som SR-proteiner .
Et kritisk funn angående utbredelsen av alternativ spleising var at de fleste menneskelige gener produserer et bredt utvalg av mRNA-er som koder for forskjellige proteiner. [ 3 ] Forskere anslår at 15-60% av menneskelige genetiske sykdommer involverer spleisemutasjoner , enten gjennom direkte mutasjon av spleisestedsignaler eller gjennom forstyrrelse av andre komponenter i spleiseveien. Det er av denne grunn at både skjøteakseptoren og donorsonene anses som regioner som er svært intolerante for variasjon gitt deres vesentlighet. [ 4 ] Derfor er det av avgjørende betydning å forstå hvilken informasjon i pre-mRNA som bestemmer alternativ spleising og hvordan celler regulerer alternativ spleis . [ 5 ]
Typer av alternativ spleising inkluderer bruk av alternative 5'- og 3'-spleisesteder, kassetteksoner, beholdte introner og gjensidig utelukkende eksoner (figur 1). [ 6 ]
Alternativ spleising ugyldiggjør den gamle teorien om "ett gen , ett protein ", og krever derfor ekstern informasjon for å bestemme hvilket polypeptid som skal syntetiseres. Samtidig tillater dette systemet at informasjon lagres mer økonomisk. Således tillater dette systemet for eksempel at flere proteiner kan oppnås fra en enkelt DNA-sekvens. [ 3 ]
Noen forskere har antydet at dette systemet ville gjøre det mulig å skaffe nye proteiner ved å endre reguleringsmekanismene. Det har også blitt antydet at dette systemet ville tillate raskere utvikling .
Det er en tro på at alternative spleisesteder er ansvarlige for kompleksiteten til mennesker; som sier at menneskelige gener har flere alternative spleisesteder. En studie av David Brett et al [ 2 ] slår imidlertid fast at det ikke er noen signifikante forskjeller mellom antall alternative spleisesteder hos mennesker og andre dyr. For tiden holdes rekorden for alternative spleisesteder av Drosophila Dscam - genet med 38 000 spleisevarianter .
Kromatinkonteksten påvirker graden av Polymerase II -forlengelse , som igjen modifiserer alternativ skjøting . Membrandepolarisering i nerveceller har vist seg å påvirke alternativ spleising av pre-mRNA gjennom intragen histonacetylering som slapper av kromatin og tillater ytterligere transkripsjonell forlengelse. [ 7 ]
Små interfererende RNA- er ( siRNA- er) rettet mot intronet nedstrøms for et alternativt ekson har også vist seg å påvirke alternativ spleising gjennom en mekanisme kjent som transkripsjonell gendemping ( TGS). Introniske siRNA-er utløser heterokromatinisering ved DNA-målsteder gjennom dimetylering av histon H3 lysin 9 (H3K9me) og påfølgende hemming av transkripsjonell forlengelse, som igjen påvirker alternativ spleising . [ 7 ] Effekten av introniske siRNAer på alternativ spleising er ikke relatert til post-transkripsjonell gendemping. Vi fant at argonautproteinet AGO1 er nødvendig for å oppnå denne effekten på kromatinstrukturen. Vi gjennomfører en systematisk studie for å identifisere AGO1-målsteder i det menneskelige genomet med en rolle i kontrollen av alternativ spleising av siRNA. [ 7 ]
Det har blitt fastslått i nyere undersøkelser at alternativ spleising i Drosophila bestemmer kjønnet til individet, denne mekanismen finner sted takket være en kompleks regulering som involverer proteiner og mange faktorer hvor viktigheten av Is-proteinet har blitt fremhevet. [ 9 ]
Basert på denne forskningen har det også blitt fastslått at i de forskjellige vevssystemene er det spesifikke typer alternativ skjøting som:
De fleste av de nevnte mekanismene er ennå ikke fullstendig belyst, men det er visse forestillinger om de foreslåtte mekanismene, som vil bli forklart i detalj.
Når pre-mRNA har blitt transkribert fra DNA , inkluderer det forskjellige introner og eksoner . (Hos nematoder er gjennomsnittet 4-5 eksoner og introner, hos fruktflua Drosophila kan den ikke inneholde mer enn 100 introner og eksoner i et pre-mRNA-transkript.) Eksonene som må bevares i mRNA bestemmes under spleiseprosessen . Regulering og valg av spleisesteder oppnås ved transspleising av aktivator og spleising av repressorproteiner, så vel som cis-virkende elementer i selve pre-mRNA, slik som eksoniske spleiseforsterkere og eksoniske spleisedempere.
Det typiske eukaryote kjerneintronet har konsensussekvenser som definerer viktige regioner. Hvert intron har GU i 5'-enden. Nær 3'-enden er en grenplass. Nukleotidet ved forgreningspunktet er alltid A; Konsensus rundt denne sekvensen varierer noe. Hos mennesker er konsensussekvensen for grenstedet yUnAy. Grenstedet etterfølges av en serie pyrimidiner - polypyrimidinkanalen - deretter av AG i 3'-enden. [ 7 ]
Skjøting av mRNA utføres av et kompleks av RNA og protein kjent som spleiseosomet , som inneholder snRNP-er betegnet U1, U2, U4, U5 og U6 (U3 er ikke involvert i mRNA-spleising). U1 binder seg til 'GU 5 og U2, ved hjelp av proteinfaktorene U2AF, binder seg til grenpunktet A innenfor grenstedet. Komplekset på dette stadiet er kjent som spleiseosom A-komplekset. Dannelsen av A-komplekset er vanligvis nøkkeltrinnet for å bestemme endene av intronet som skal spleises og definere endene av eksonet som skal beholdes. (T-nomenklaturen skyldes det høye uridininnholdet .) [ 2 ]
U4, U5, U6-komplekset binder og U6 erstatter U1-posisjonen. U1 og U4 går. Det gjenværende komplekset utfører deretter to transesterifiseringsreaksjoner. I den første transesterifiseringen blir intronens 5'-ende skåret ut fra oppstrøms-eksonet og koblet til A-forgreningsstedet ved hjelp av en 2',5'-fosfodiesterbinding. I den andre transesterifiseringen spaltes 3'-enden av intronet fra nedstrøms-eksonet, og de to eksonene er koblet sammen med en fosfodiesterbinding. Intronet frigjøres deretter i form av en løkke og brytes ned. [ 9 ]
Positiv regulering av intronerSpleising reguleres av transvirkende proteiner (repressorer og aktivatorer) og tilsvarende cis-virkende regulatoriske steder (lyddempere og forsterkere) på pre-mRNA. Som en del av kompleksiteten til alternativ skjøting, bemerkes det imidlertid at effekten av en skjøtefaktor ofte er posisjonsavhengig. Det vil si at en spleisefaktor som tjener som en spleiseaktivator når den er bundet til et intronisk forsterkerelement kan tjene som en undertrykker når den er bundet til dets spleiseelement i sammenheng med et ekson, og omvendt. Den sekundære strukturen til pre-mRNA-transkriptet spiller også en rolle i spleiseregulering, for eksempel ved å bringe spleiseelementer sammen eller ved å maskere en sekvens som ellers ville tjent som et bindende element for en faktor spleis Sammen danner disse elementene en "skjøtekode" som styrer hvordan skjøting vil skje under forskjellige cellulære forhold. [ 9 ]
Det er to hovedtyper av cis-virkende RNA-sekvenselementer til stede på de tilsvarende pre-mRNA-ene og har transvirkende RNA-bindende proteiner. Spleisedempere er steder som spleiserepressorproteiner binder seg til, noe som reduserer sannsynligheten for at et nærliggende sted vil bli brukt som et spleisekryss. Disse kan være plassert i selve intronet (introniske skjøtelyddempere, ISS) eller i et naboekson (eksoniske skjøtelyddempere, ESS). De varierer i rekkefølge, så vel som i hvilke typer proteiner som binder seg til dem. De fleste spleisingsrepressorer er heterogene nukleære ribonukleoproteiner (hnRNPs) som hnRNPA1 og polypyrimidin-kanalbindende protein (PTB). Spleiseforsterkere er steder som spleiseaktiverende proteiner binder seg til, noe som øker sannsynligheten for at et nærliggende sted vil bli brukt som et spleisekryss. Disse kan også forekomme i introner (introniske spleiseforsterkere, ISE) eller eksoniske (ekson spleiseforsterkere, ESE). De fleste av aktivatorproteinene som binder seg til ISE-er og ESE-er er medlemmer av SR-proteinfamilien. Slike proteiner inneholder RNA-gjenkjenningsmotiver og arginin- og serinrike (RS) domener. [ 9 ]
Negativ regulering av intronerspleisedeterminanter fungerer på en gjensidig avhengig måte som avhenger av konteksten, så reglene som styrer hvordan spleisen reguleres fra en spleisekode. Tilstedeværelsen av et bestemt cis-virkende RNA-sekvenselement kan øke sannsynligheten for at et nærliggende sted vil bli spleiset i noen tilfeller, men redusere sannsynligheten i andre tilfeller, avhengig av konteksten. Konteksten der de regulatoriske elementene virker inkluderer å virke i cis-konteksten som er etablert ved tilstedeværelsen av andre RNA-sekvenstrekk, og å virke i transkonteksten som er etablert av cellulære forhold. For eksempel påvirker noen cis-virkende elementer i RNA-sekvensen spleising bare hvis flere elementer er tilstede i samme region for å etablere kontekst. Som et annet eksempel kan et cis-virkende element ha motsatte effekter på spleising, avhengig av hvilke proteiner som uttrykkes i cellen (f.eks. neuronal versus ikke-neuronal PTB). Den adaptive betydningen av skjøtedempere og forsterkere er attesteret av studier som viser at det er sterk seleksjon i menneskelige gener mot mutasjoner som produserer nye lyddempere eller endrer eksisterende forsterkere. [ 8 ]