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14.9: RNA 스플라이싱
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Biology

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RNA Splicing
 
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14.9: RNA Splicing

14.9: RNA 스플라이싱

Overview

The process in which eukaryotic RNA is edited prior to protein translation is called splicing. It removes regions that do not code for proteins and patches the protein-coding regions together. Splicing also allows several protein variants to be expressed from a single gene and plays an essential role in development, tissue differentiation, and adaptation to environmental stress. Errors in splicing can lead to diseases such as cancer.

RNA Transcribed from Eukaryotic DNA Undergoes Several Modifications

The RNA strand transcribed from eukaryotic DNA is called the primary transcript. The primary transcripts designated to become mRNA are called precursor messenger RNA (pre-mRNA). The pre-mRNA is then processed to form mature mRNA that is suitable for protein translation. Eukaryotic pre-mRNA contains alternating sequences of exons and introns. Exons are nucleotide sequences that code for proteins whereas introns are the non-coding regions. RNA splicing is the process by which introns are removed and exons patched together.

Splicing Occurs within the Nucleus

Splicing is mediated by the spliceosome—a complex of proteins and RNA called small nuclear ribonucleoproteins (snRNPs). The spliceosome recognizes specific nucleotide sequences at exon/intron boundaries. First, it binds to a GU-containing sequence at the 5’ end of the intron and to a branch point sequence containing an A towards the 3’ end of the intron. In a number of carefully-orchestrated steps, other snRNPs then bring the branch point close to the 5’ splice site. Subsequently, a chemical reaction cleaves the 5’ end of the intron from its upstream exon and attaches it to the branch point, forming a loop called a lariat. To release the lariat, the 3’ end of the upstream exon reacts with the AG-containing sequence of the intron close to the 5’ end of the downstream exon. This reaction patches the two exons together and, thus, concludes the splicing process.

Splicing Allows Expression of Several Proteins from a Single Gene

The process by which different combinations of exons in pre-mRNA are joined to form mature mRNA is called alternative splicing. Alternative splicing produces several different proteins from a single pre-mRNA transcript.

Normally, exons are joined together in the order in which they appear in a gene. However, during alternative splicing, this preferred sequence of exons may be altered. Different patterns of alternative splicing include exon skipping, alternative 5’ or 3’ splice sites, and intron retention. These patterns are guided by the length of exons or introns and the strength of splice sites. Consequently, exons that are shorter than other exons may be overlooked by the spliceosome and omitted from the mature mRNA. In contrast, introns that are significantly shorter than other introns may evade removal by the spliceosome and are retained in the mature mRNA.

The strength of splice sites is determined by sequence conservation around alternative exons; these influence the 5’ or 3’ splice sites chosen by the spliceosome. Thus, alternative splicing generates variants of mature mRNA that were copied from the same stretch of DNA.

During translation, the RNA sequence variants produce different proteins with additional or fewer amino acids, shifts in the reading frame, or a premature stop codon. This generates protein isoforms with different biological properties including function, cellular localization, and interaction with other proteins. Alternative splicing plays a vital role in gene expression, thereby controlling organ development, cell survival or proliferation, and adaptation to environmental changes.

Abnormal Splicing Can Cause Diseases

Errors in splicing may be caused by mutations in the gene itself or in the regulatory elements that control the expression of the gene. A mutation that occurs in the exon or intron sequence of a specific gene transcript is called a cis-mutation. A mutation in the splicing machinery affects several genes and is called a trans-mutation.

Errors in splicing produce aberrant protein isoforms, which may contribute to diseases, including cancer. For instance, alternative splicing of the BCL2L1 gene generates a long and short protein isoform—BCL-XL and BCL-XS, respectively—through the use of alternative 5’ splice sites. The longer BCL-XL isoform promotes cell survival and is highly expressed in several types of cancers (e.g., blood, breast, and liver cancers). Expression of the short BCL-XS isoform that promotes cell death, is suppressed in cancer.

개요

진핵 RNA가 단백질 번역 전에 편집되는 과정은 접합이라고 합니다. 단백질코딩 부위를 함께 코딩하지 않는 영역을 제거합니다. 접합은 또한 단일 유전자에서 표현되는 몇몇 단백질 이체를 허용하고 발달, 조직 분화 및 환경 스트레스에 적응에 필수적인 역할을 합니다. 접합에 있는 오류는 암과 같은 질병으로 이끌어 낼 수 있습니다.

진핵 DNA에서 전사된 RNA는 몇몇 수정을 겪습니다

진핵 DNA에서 전사된 RNA 가닥은 1차 성적증명서라고 합니다. mRNA가 되기 위하여 지정된 1 차적인 전사체는 전구체 메신저 RNA (pre-mRNA)에게 불립니다. pre-mRNA는 단백질 번역에 적합한 성숙한 mRNA를 형성하기 위하여 그 때 처리됩니다. 진핵 전 mRNA는 엑손과 인트론의 교대 순서를 포함한다. 엑손은 단백질을 코딩하는 뉴클레오티드 서열인 반면 인트론은 비코딩 영역이다. RNA 접합은 인트론을 제거하고 엑손이 함께 패치되는 과정입니다.

접합은 핵 내에서 발생합니다.

접합은 작은 핵 리보뉴클레오단백질(snRNPs)이라고 불리는 단백질과 RNA의 복합체인 화려한 단백질에 의해 매개됩니다. 화려한 엑손 /인트론 경계에서 특정 뉴클레오티드 서열을 인식합니다. 먼저, 인트론의 5'말단과 인트론의 3'끝을 향해 A를 포함하는 분기 점 서열에 구 함유 서열에 결합한다. 신중하게 조율된 여러 단계에서 다른 snRNP는 분기점을 5'스플라이스 사이트 가까이에 가져옵니다. 그 후, 화학 반응은 업스트림 엑손에서 인트론의 5'끝을 막고 분기 점에 부착하여 라리아트라고 불리는 루프를 형성합니다. 라리아를 방출하기 위해, 업스트림 엑손의 3'끝은 다운스트림 엑손의 5'끝에 가까운 인트론의 AG 함유 서열과 반응한다. 이 반응은 두 개의 exons를 함께 패치하고, 따라서, 접합 과정을 마무리한다.

접합은 단일 유전자에서 여러 단백질의 표현을 허용

pre-mRNA에 있는 exons의 다른 조합이 성숙한 mRNA를 형성하기 위하여 결합되는 프로세스는 대체 접합이라고 합니다. 대체 접합은 단일 pre-mRNA 전사체에서 여러 가지 다른 단백질을 생성합니다.

일반적으로, 엑소는 유전자에 나타나는 순서로 함께 결합됩니다. 그러나, 대체 접합 하는 동안, 이러한 선호 되는 순서의 순서는 변경 될 수 있습니다. 대체 접합의 다른 패턴은 엑슨 건너뛰기, 대안 5' 또는 3's splice 사이트 및 인트론 보존을 포함한다. 이러한 패턴은 엑손 이나 인트론의 길이와 스플라이스 사이트의 강도에 의해 유도됩니다. 따라서, 다른 exons 보다 짧은 exons 는 화려한에 의해 간과 하 고 성숙한 mRNA에서 생략 될 수 있습니다. 대조적으로, 다른 인트론보다 상당히 짧은 인트론은 화려한에 의해 제거를 회피할 수 있고 성숙한 mRNA에 유지된다.

스플라이스 사이트의 강도는 대체 엑슨주위에 서열 보존에 의해 결정됩니다. 이들은 스플라이케솜에 의해 선택된 5' 또는 3의 스플라이스 사이트에 영향을 미칩니다. 따라서, 대체 접합은 DNA의 동일한 스트레칭에서 복사 된 성숙한 mRNA의 변이체를 생성한다.

번역 하는 동안, RNA 서열 변이체는 추가 또는 더 적은 아미노산으로 다른 단백질을 생산, 판독 프레임에 이동, 또는 조기 정지 코돈. 이것은 기능, 세포 현지화 및 그밖 단백질과의 상호 작용을 포함하여 다른 생물학 속성으로 단백질 등색형을 생성합니다. 대체 접합은 유전자 발현에 중요한 역할을하여 장기 개발, 세포 생존 또는 증식 을 제어하고 환경 변화에 적응합니다.

비정상적인 접합은 질병을 일으킬 수 있습니다.

접합에 있는 오류는 유전자 자체의 돌연변이 또는 유전자의 발현을 통제하는 규제 요소에 기인할 수 있습니다. 특정 유전자 전사체의 엑손 또는 인트론 서열에서 발생하는 돌연변이는 시스 돌연변이라고 불린다. 접합 기계에 있는 돌연변이는 몇몇 유전자에 영향을 미치고 트랜스돌연변이에게 불립니다.

접합에 있는 오류는 암을 포함하여 질병에 기여할 수 있는 비정상적인 단백질 등산양식을 일으킵니다. 예를 들어, BCL2L1 유전자의 대체 접합은 대체 5'스플라이스 부위를 사용하여 각각 길고 짧은 단백질 이소폼(BCL-XL 및 BCL-XS)을생성합니다. 더 긴 BCL-XL isoform세포는 세포 생존을 촉진하고 암의 몇몇 모형에서 높게 표현됩니다 (예를 들면, 혈액, 유방 및 간암). 세포 사멸을 촉진하는 짧은 BCL-XS 등소형태의 발현은 암에서 억제된다.


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