Back to chapter

8.19:

Альтернативный сплайсинг РНК

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Alternative RNA Splicing

Languages

Share

Сплайсинг РНК это механизм после транскрипции, при котором мРНК-предшественник, или пре-мРНК, преобразуется в зрелую мРНК путём удаление интронов и присоединения экзонов. Сплайсинг структурной РНК соединяет каждый экзон в их порядке в. гене для производства одного типа зрелой мРНК.Например, в эукариотическом гене с пятью экзонами, пронумерованными от 1 до 5, структурный сплайсинг пре-мРНК приведет к появлению зрелой мРНК с пятью экзонами. Напротив, Альтернативный сплайсинг РНК использует один ген для производства несколько типов белков, путем присоединения или удаления различных комбинаций экзонов и интронов для производства отличные от других зрелые мРНК. Ген, содержащий пять экзонов, мог бы быть соединён в зрелую мРНК с экзонами 1 и 5, экзонами 2, 3 и 5, илиэкзонами 1, 3 и 4.В некоторых случаях зрелая мРНК может даже содержать добытый интрон. Этих вариации позволяют эукариотическим клеткам производить больше наименований в ассортименте белков чем количество генов, присутствующих в их ДНК. Альтернативное сращивание мРНК позволяет использовать тот же ген для производства разных, специфичных к тканям органов, зрелых мРНК.Например, отличающиеся варианты альфа-тропомиозина выражены в гладкой мышце клетки, поперечно-полосатых мышечных клетках, и клетках мозга. Альтернативный сплайсинг РНК жестко контролируется и регулируется с помощью набора белков, известных в качестве активаторов и репрессоров. Активаторы привязываются к определенным последовательностям на пре-мРНК экзонах и интронах, называемые экзонными или интронными усилителями сплайсига.Эта привязка позволяет сплайсосоме распознать сайты слабого сплйсинга, которые не удаётся узнать при конструктивном сплайсинге. В отличие от этого, репрессоры привязываются к экзонным и интронным глушителям сплайсинга. Это предотвращает образование сплайсеосомы заставляя её перепрыгивать определенные площадки для сплайсинга.

8.19:

Альтернативный сплайсинг РНК

Альтернативный сплайсинг РНК – это регулируемый сплайсинг экзонов и интронов для получения различных зрелых мРНК из одной пре-мРНК. В отличие от конститутивного сплайсинга, когда один ген производит один тип мРНК, альтернативный сплайсинг позволяет организму производить несколько белков из одного гена и играет важную роль в разнообразии белков.

Существует пять типов альтернативного сплайсинга РНК, которые различаются способами удаления или сохранения сегментов пре-мРНК в зрелой мРНК. Первый тип – это пропуск экзонов, когда некоторые экзоны вместе со всеми интронами выборочно удаляются. Это наиболее распространенный вид альтернативного сплайсинга, наблюдаемый у людей. Второй тип, сохранение интрона, возникает, когда определенный интрон сохраняется в зрелой мРНК, а другие удаляются. Этот тип сплайсинга более распространен у растений, чем у людей. В третьем и четвертом типах альтернативного сплайсинга в конкретных экзонах выбираются альтернативные 5' или 3’ сайты сплайсинга, соответственно. Это изменение 5' и 3' сайтов сплайсинга укорачивает или удлиняет экзон, что приводит к различным типам зрелых мРНК. Этот тип альтернативного сплайсинга встречается как у людей, так и у растений. Последний и самый редкий тип альтернативного сплайсинга РНК – это взаимоисключающие экзоны, когда из двух экзонов сохраняется только один, а другой удаляется.

Альтернативный сплайсинг регулируется различными цис-действующими элементами и транс-действующими факторами. Цис-действующие элементы – это последовательности ДНК, которые присутствуют рядом со структурными генами, тогда как транс-действующие факторы – это другие молекулы, которые связываются с ДНК. При альтернативном сплайсинге РНК цис-действующие элементы в основном состоят из энхансеров и сайленсеров, специфичных для экзонов и интронов.  Транс-действующие факторы, такие как SR белки (серин/аргинин-богатые факторы сплайсинга), могут связываться с энхансерами сплайсинга экзона или интрона, чтобы помочь аппарату сплайсинга распознавать слабые сайты сплайсинга. С другой стороны, такие белки, как гетерогенные ядерные рибо­нуклеопротеины, связываются с сайленсерами сплайсинга экзона или интрона, чтобы предотвратить сплайсинг, маскируя сайты сплайсинга от сплайсосомы.

Альтернативный сплайсинг РНК распространен у высших эукариот. Альтернативному сплайсингу подвергается почти 95% генов человека, следовательно, дефекты его аппарата могут значительно нарушить функцию органов и привести к раку и другим болезням, включая неврологические и сердечные заболевания. У людей  мутации, которые непосредственно влияют на сплайсинг пре-мРНК, составляют более 15% генетических заболеваний, таких как прогерия Хатчинсона-Гилфорда и бета-талассемия.

Suggested Reading

  1. Chaudhary, Saurabh, Waqas Khokhar, Ibtissam Jabre, Anireddy SN Reddy, Lee J. Byrne, Cornelia M. Wilson, and Naeem H. Syed. "Alternative splicing and protein diversity: Plants versus animals." Frontiers in Plant Science 10 (2019).
  2. Wang, Yan, Jing Liu, B. O. Huang, Yan‑Mei Xu, Jing Li, Lin‑Feng Huang, Jin Lin et al. "Mechanism of alternative splicing and its regulation." Biomedical Reports 3, no. 2 (2015): 152-158.
  3. Singh, Babita, and Eduardo Eyras. "The role of alternative splicing in cancer." Transcription 8, no. 2 (2017): 91-98.