Alternativno spajanje sastavni je dio biološke raznolikosti. Razne vrste koriste ove mehanizme za izvršavanje regulatornih funkcija. Glavna prednost spajanja je što se više proteina može stvoriti iz jednog gena spajanjem introna i eksona. Međutim, ti mehanizmi mogu uzrokovati i razne bolesti ako se ne reguliraju. Najčešći mehanizmi su preskakanje eksona, međusobno isključujući egzoni, mjesta alternativnog prihvaćanja, mjesta alternativnih donora i zadržavanje introna.
Osnovno razumijevanje alternativnog spajanja
•••Comstock / Comstock / Getty Images
Nije pretjerano reći da bez alternativnog spajanja biološka raznolikost ne bi bila moguća. Alternativno spajanje može proizvesti više proteina iz jednog gena. Ova fleksibilnost omogućuje da isti gen doprinosi različitim osobinama. To je moguće zbog eksona, koji su dijelovi nukleotida koji ostaju u produktu RNA, i introna, koji se uklanjaju spajanjem RNA. Postoje mnogi načini alternativnog spajanja koji doprinose biološkoj raznolikosti eukariota. Aktivatori, poput startnog kodona AUG, na mjestu spajanja promiču spajanje. Ti se mehanizmi razlikuju u svakoj situaciji i smatra se da reguliraju funkcije stanica na temelju određenih uvjeta. Međutim, nepravilno spajanje također može pridonijeti raznim bolestima, uključujući rak.
Exon Preskakanje
•••Comstock slike / Comstock / Getty Images
Ovaj mehanizam poznat je i pod nazivom kasetni egzon, gdje se ekson izvodi iz gena tijekom transkripcije. Primjer bi mogao biti gen dsx u D. melanogaster (voćna muha). Mužjaci imaju eksone 1, 2, 3, 5 i 6, dok ženke imaju 1, 2, 3 i 4. Signal poliadenilacije u eksonu 4 uzrokuje zaustavljanje transkripcije na toj točki. Exon 4 dodaje se ženkama zbog jednog od aktivatora koji je prisutan samo u žena, a ne u muškaraca.
Međusobno ekskluzivni egzoni
•••Thomas Northcut / Lifesize / Getty Images
U slučaju međusobno isključivih egzona, tijekom transkripcije zadržava se samo jedan od dva uzastopna egzona. Primjer je regulacija egzona 8a i 8 u kalcijevim kanalima CaV1.2. U Timothyjevom sindromu, alternativni oblici ova dva egzona mogu dovesti do različitih simptoma bolesti, što uzrokuje poremećaj homeostaze kalcija potrebnog za kontrakciju mišića. Međutim, oba egzona ne mogu postojati u bolesnika; samo je jedan od njih transkribiran, iako su oba prisutna u genu.
Alternativna 3 ’prihvatljiva mjesta
•••Comstock / Comstock / Getty Images
Koristi se spojni spoj na 3 ’kraju, mijenjajući 5’ granicu nizvodno egzona. Primjer je protein aktivator Transformer (Tra) prisutan kod ženki D. melanogaster (voćna muha). Izvorni gen za Tra sadrži dva akceptorska mjesta na kojima se gen može podijeliti tijekom transkripcije. Mužjaci koriste uzvodno prihvatno mjesto, koje uključuje kodon za rano zaustavljanje. To stvara nefunkcionalni protein. Ženke koriste mjesto prihvaćanja nizvodno, zbog čega se stop kodon izrezuje kao dio introna, tvoreći djelujući Tra protein.
Alternativna 5 ’donatorska mjesta
•••Comstock slike / Comstock / Getty Images
Koristi se spojni spoj na 5 ’, mijenjajući 3’ granicu uzvodnog egzona. Dok alternativna akceptorska mjesta dovode do malih varijacija u proteinskim sekvencama, alternativni donor mjesta mogu dovesti do drastičnih razlika u slijedu i strukturi proteina jer mogu uzrokovati pomicanja okvira. Primjer bi bio alternativno doniranje web mjesta donatora gena BTNL2. Korištenje uzvodnog mjesta, umjesto nizvodnog, dovodi do skraćenog proteina bez C-terminalne IgC domene ili transmembranske zavojnice. To rezultira predispozicijom za kroničnu upalnu bolest.
Zadržavanje introna
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
Slično preskakanju eksona, ekson se zadržava u mRNA, ali za razliku od preskakanja eksona, egzon nije okružen intronima. Ako su introni postojali, oni su često kodirani u kodnim regijama među bliskim aminokiselinama eksonima, stop kodonom ili pomakom okvira za čitanje koji uzrokuje da protein postane nefunkcionalan. Ovo je najmanje uobičajeni mehanizam alternativnog spajanja.