14.9: RNA Splicing

Splicing to proces, w którym eukariotyczne RNA jest edytowane przed jego translacją do białka. Nić RNA transkrybowana z eukariotycznego DNA nazywana jest transkryptem pierwotnym. Pierwotne transkrypty, które stają się mRNA, nazywane są prekursorowymi informacyjnymi RNA (pre-mRNA). Eukariotyczny pre-mRNA zawiera naprzemienne sekwencje eksonów i intronów. Egzony to sekwencje nukleotydowe, które kodują białka, podczas gdy introny są regionami niekodującymi. W splicingu RNA introny są usuwane, a egzony są ze sobą wiązane.

Splicing odbywa się za pośrednictwem spliceosomu

Splicing zachodzi w nukleosomie i jest pośredniczony przez kompleks białek i małych RNA zwanych małymi rybonukleoproteinami jądrowymi (snRNP). snRNP wraz z innymi białkami tworzą spliceosom, który rozpoznaje określone sekwencje nukleotydowe na końcach eksonu i intronu. Po pierwsze, wiąże się z sekwencją zawierającą GU na końcu 5′ intronu i z sekwencją punktów rozgałęzionych zawierającą A w kierunku końca 3′ intronu. W kilku starannie zaaranżowanych krokach inne snRNP zbliżają punkt rozgałęzienia do miejsca łączenia 5′. Następnie reakcja chemiczna odcina koniec 5′ intronu od jego górnego eksonu i przyłącza go do punktu rozgałęzienia, tworząc pętlę zwaną lariatem. Aby uwolnić lariat, sekwencja intronu zawierająca AG w pobliżu końca 5′ dolnego eksonu reaguje z końcem 3′ górnego eksonu. Ta reakcja łączy ze sobą dwa eksony, kończąc proces splicingu.

Splicing umożliwia ekspresję kilku białek z jednego genu

Zazwyczaj eksony są połączone ze sobą w kolejności, w jakiej pojawiają się w genie. Jednak podczas alternatywnego splicingu różne kombinacje eksonów w pre-mRNA są łączone w celu utworzenia dojrzałego mRNA. W ten sposób powstaje kilka różnych białek z jednego transkryptu pre-mRNA.

Różne wzorce alternatywnego splicingu obejmują pomijanie eksonów, alternatywne miejsca splicingu 5′ lub 3′ oraz retencję intronów. Wzorce te są kierowane długością eksonów lub intronów oraz siłą sygnału splicingu w miejscach splicingu. Z tego powodu eksony, które są krótsze niż inne eksony, mogą zostać pominięte przez spliceosom i pominięte w dojrzałym mRNA. Natomiast introny, które są znacznie krótsze niż inne introny, mogą uniknąć usunięcia przez spliceosom i są zatrzymywane w dojrzałym mRNA. W rezultacie, alternatywny splicing generuje warianty dojrzałego mRNA, które zostały skopiowane z tego samego odcinka DNA. Warianty sekwencji RNA wytwarzają różne białka z dodatkowymi lub mniejszymi aminokwasami, przesunięciami w ramce odczytu lub przedwczesnym kodonem stop. Te izoformy białek mają różne właściwości biologiczne, w tym funkcję, lokalizację komórkową i interakcję z innymi białkami, odgrywając w ten sposób istotną rolę w ekspresji genów specyficznej dla tkanek i środowiska.

Nieprawidłowe łączenie może powodować choroby

Błędy w splicingu mogą powodować powstawanie nieprawidłowych izoform białek, które mogą przyczyniać się do chorób, w tym raka. Na przykład, alternatywny splicing genu BCL2L1 generuje długą i krótką izoformę białka – odpowiednio BCL-XL i BCL-XS – dzięki zastosowaniu alternatywnych miejsc splicingu 5′. Dłuższa izoforma BCL-XL sprzyja przeżyciu komórek i ulega silnej ekspresji w kilku typach nowotworów (np. rak krwi, piersi i wątroby). Ekspresja krótkiej izoformy BCL-XS, która sprzyja śmierci komórki, jest hamowana w raku.