Alternatyvusis splaisingas: kaip vienas genas gamina skirtingus baltymus
Sužinokite, kaip alternatyvusis splaisingas leidžia vienam genui gaminti skirtingus baltymus, ir kodėl tai turi įtakos žmogaus sveikatai bei ligų vystymuisi.
Alternatyvus susiejimas leidžia DNR koduoti daugiau nei vieną baltymą. Jis keičia pasiuntinių RNR egzonų sudėtį.
Alternatyvaus rišimo metu transkripcijos metu susidariusios ikisaviklinės RNR egzonai yra skirtingai sujungiami RNR rišimo metu.
Taip iš to paties geno susidaro skirtingos subrendusios pasiuntinių RNR. Jos verčiamos į skirtingus baltymus. Taigi vienas genas gali koduoti kelis baltymus.
Alternatyvusis splaisingas eukariotuose yra įprastas. Jis labai padidina baltymų, kuriuos gali koduoti genomas, įvairovę. Žmogaus organizme ~ 95 % daugiašakių genų yra alternatyviai suplakti.
Yra įvairių alternatyvaus sujungimo būdų: dažniausiai pasitaikantis yra egzonų praleidimas. Tam tikromis sąlygomis arba tam tikruose audiniuose egzonas gali būti įtrauktas į mRNR, o kitose - praleistas. Yra splaisingo aktyvatorių, kurie skatina tam tikros splaisingo vietos naudojimą, ir splaisingo represorių, kurie mažina tam tikros vietos naudojimą. Randama naujų alternatyvaus rišimosi tipų.
Nenormalūs skirstymo variantai atsiranda sergant. Daugelis žmogaus genetinių sutrikimų atsiranda dėl splaisingo variantų. Nenormalūs splaisingo variantai taip pat gali prisidėti prie vėžio išsivystymo. Neveikiantys splaisingo produktai paprastai pašalinami taikant potranskripcinę kokybės kontrolę. Tai reiškia, kad juos susmulkina fermentai.
Kaip alternatyvus splaisingas vyksta — pagrindai
Alternatyvusis splaisingas priklauso nuo sudėtingo splicesome (rišimo kompleksas) darbo. Splicesome susideda iš baltymų ir mažų branduolinių RNR (snRNR: U1, U2, U4/U6, U5), kurios atpažįsta genų cis elementus: 5' ir 3' intronų ribas, šakos tašką (branch point) ir polipirimidinų sritį. Šių vietų atpažinimą ir naudojimo dažnį lemia papildomi trans veiksniai — baltymai, kurie skatina arba slopina tam tikrų vietų naudojimą.
Dažniausi alternatyvaus rišimo tipai
- Egzonų praleidimas (exon skipping) – vienas ar keli egzonai praleidžiami, todėl mRNR trūksta tos dalies.
- Mutualiai išskirtiniai egzonai – tik vienas iš kelių alternatyvių egzonų įtraukiamas į galutinę mRNR.
- Alternatyvūs 5' arba 3' splaisingo vietos – naudojama skirtinga introno riba, kas pakeičia egzonų pradžias ar pabaigas.
- Introno išsaugojimas (intron retention) – tam tikruose atvejuose intronas nėra pašalinamas ir lieka mRNR.
Reguliavimas
Splaisingo pasirinkimą valdo trans veiksniai, pvz., SR šeimos baltymai (skatinantys egzonų įtrauką) ir hnRNP baltymai (dažnai slopinantys). Šie veiksniai veikia kartu su cis elementais egzonuose ir intronuose, sudarydami audinių- arba vystymosi- specifišką splaisingo programą. Taip skirtinguose audiniuose arba skirtingu laiku gali būti gaminami skirtingi baltymų izoformai.
Funkcinės pasekmės ir pavyzdžiai
Alternatyvus splaisingas leidžia sukurti baltymų izoformas, kurios skiriasi domenais, lokalizacija ląstelėje arba aktyvumu. Tai svarbu vystymuisi, neuronų funkcijai, imunitetui ir kt. Keletas pavyzdžių:
- Fibronektinas (FN1) turi alternatyvius egzonus, kurių įtraukimas keičia jo savybes ląstelių pritraukimui ir jungimui.
- Bcl-x genas sukuria dvi izoformas: Bcl-xL (antiapoptotinė) ir Bcl-xS (proapoptotinė) — tai rodo, kaip splaisingo pasirinkimas gali leisti patogeniškai svarbią funkciją.
- Spalvoto akies pavyzdys: kai kurių organizmų smegenyse alternatyvus splaisingas leidžia sukurti daugybę receptorių variantų, pritaikytų specifinėms funkcijoms.
Sveikata, liga ir kokybės kontrolė
Pakitimai splaisingo reguliavime arba mutacijos, kurios keičia splaisingo vietas, gali sukelti ligas. Pvz. daug beta-talasemijų atvejų siejami su splaisingo mutacijomis HBB gene, o pragmatiškas pavyzdys – spinalinė raumenų atrofija (SMA), kur SMN2 geno splaisingas lemia trūkstamą funkcinį baltymą. Nenormalūs arba neteisingai sugeneruoti mRNR produktai dažnai atpažįstami ir suardomi potranskripcinės kokybės kontrolės mechanizmų, tokių kaip nonsense-mediated decay (NMD), todėl jie nesukaupia netinkamų baltymų.
Be to, vėžio ląstelėse dažnai aptinkami splaisingo pokyčiai, kurie gali skatinti augimą arba slopinti ląstelių mirtį, todėl alternatyvus splaisingas yra tyrimų ir diagnostikos taikinys.
Santrauka
Alternatyvus splaisingas yra pagrindinis būdas, kaip vienas genas gali duoti kelis skirtingus baltymus. Jis priklauso nuo splicesome veiklos, cis ir trans reguliuojančių elementų, o jo pokyčiai turi didelį biologinį ir medicininį reikšmę. Tyrimai ir toliau atranda naujus reguliacijos mechanizmus bei jų vaidmenį vystymesi ir ligose.
Alternatyvaus splaisingo metu susidaro dvi baltymo izoformos.
Įvairovės šaltinis
Alternatyvusis splaisingas (skirtingų egzonų rekombinacija) yra pagrindinis eukariotų genetinės įvairovės šaltinis. Vienas konkretus Drosophila genas (DSCAM) gali būti alternatyviai suskaidytas į 38 000 skirtingų mRNA.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra alternatyvus susiejimas?
A.: Alternatyvusis splaisingas - tai procesas, kurio metu transkripcijos metu susidariusios ikisignalų RNR egzonai yra skirtingai sujungiami, todėl iš to paties geno susidaro skirtingos subrendusios pasiuntinių RNR, kurios verčiamos į skirtingus baltymus.
K: Kaip dažnai pasitaiko alternatyvusis suskaidymas?
A: Alternatyvusis splaisingas yra įprastas eukariotams ir labai padidina baltymų, kuriuos gali koduoti genomas, įvairovę. Žmogaus organizme apie 95 % daugiasluoksnių genų yra alternatyviai suskaidyti.
K: Kokios yra kai kurios alternatyvaus suskaidymo rūšys?
A: Dažniausiai pasitaikantis alternatyvaus splaisingo tipas yra egzonų praleidimas, kai, priklausomai nuo tam tikrų sąlygų ar audinių, į mRNR gali būti įtrauktas arba praleistas egzonas. Taip pat yra ir kitų tipų, pavyzdžiui, splaisingo aktyvatoriai ir represoriai, kurie atitinkamai skatina arba mažina tam tikrų vietų naudojimą, taip pat atrandami nauji tipai.
Klausimas: Kokią įtaką sveikatai turi nenormalūs alternatyvaus rišimosi pokyčiai?
A.: Nenormalūs alternatyvaus rišimo variantai gali sukelti genetinių sutrikimų ir prisidėti prie vėžio išsivystymo. Šio proceso metu atsirandantys neveiksmingi produktai paprastai yra tvarkomi po transkripcinės kokybės kontrolės, kai juos susmulkina fermentai.
Klausimas: Kokius baltymus galima sukurti taikant alternatyvųjį splaisingą?
A: Alternatyvaus splaisingo metu vienas genas gali koduoti kelis baltymus, todėl didėja baltymų, kuriuos gali koduoti genomas, įvairovė.
K: Kas atsitinka, jei dėl alternatyvaus splaisingo atsiranda neveikiantys produktai?
A: Jei dėl alternatyvaus suskaidymo atsiranda neveikiančių produktų, jie paprastai tvarkomi taikant potranskripcinę kokybės kontrolę, kai juos susmulkina fermentai.
Ieškoti