Alternatieve splicing is een integraal onderdeel van de biodiversiteit. Verschillende soorten gebruiken deze mechanismen om regulerende functies uit te voeren. Het belangrijkste voordeel van splitsing is dat meerdere eiwitten kunnen worden gevormd uit een enkel gen door splitsing van introns en exons. Deze mechanismen kunnen echter ook verschillende ziekten veroorzaken als ze niet worden gereguleerd. De meest voorkomende mechanismen zijn exon skipping, elkaar uitsluitende exons, alternatieve acceptorplaatsen, alternatieve donorplaatsen en intronretentie.
Basisbegrip van alternatieve splicing
•••Comstock/Comstock/Getty Images
Het is niet overdreven om te zeggen dat zonder alternatieve splicing biodiversiteit niet mogelijk zou zijn. Alternatieve splicing kan meerdere eiwitten produceren uit een enkel gen. Door deze flexibiliteit kan hetzelfde gen bijdragen aan verschillende eigenschappen. Dit is mogelijk door exons, die stukken nucleotiden zijn die in het RNA-product achterblijven, en introns, die worden verwijderd door RNA-splitsing. Er zijn veel manieren van alternatieve splicing die bijdragen aan de biodiversiteit in eukaryoten. Activators, zoals het startcodon AUG, op de splitsingsplaats bevorderen de splitsing. Deze mechanismen variëren in elke situatie en men denkt dat ze celfuncties reguleren op basis van bepaalde omstandigheden. Onjuiste splicing kan echter ook bijdragen aan verschillende ziekten, waaronder kanker.
Exon overslaan
•••Comstock-afbeeldingen / Comstock / Getty-afbeeldingen
Dit mechanisme staat ook bekend als cassette-exon, waarbij een exon tijdens de transcriptie uit het gen wordt gesplitst. Een voorbeeld is het dsx-gen in D. melanogaster (fruitvlieg). Mannetjes hebben exons 1, 2, 3, 5 en 6, terwijl vrouwtjes 1, 2, 3 en 4 hebben. Een polyadenyleringssignaal in exon 4 zorgt ervoor dat de transcriptie op dat punt stopt. Exon 4 wordt aan vrouwen toegevoegd vanwege een van de activatoren die alleen bij vrouwen aanwezig is en niet bij mannen.
Wederzijds exclusieve exons
•••Thomas Northcut/Lifesize/Getty Images
In het geval van elkaar uitsluitende exons, wordt slechts één van de twee opeenvolgende exons behouden tijdens transcriptie. Een voorbeeld is de regulatie van exons 8a en 8 in de CaV1.2 calciumkanalen. Bij het Timothy-syndroom kunnen de alternatieve vormen van deze twee exons leiden tot verschillende symptomen van de ziekte, die verstoring van de calciumhomeostase die nodig is voor spiercontractie veroorzaakt. Beide exons kunnen echter niet voorkomen bij patiënten; slechts één ervan wordt getranscribeerd, hoewel beide in het gen aanwezig zijn.
Alternatieve 3 'acceptorsites
•••Comstock/Comstock/Getty Images
De splitsingsovergang aan het 3'-uiteinde wordt gebruikt, waardoor de 5'-grens van het stroomafwaartse exon wordt gewijzigd. Een voorbeeld is het Transformer (Tra)-activatoreiwit dat aanwezig is in vrouwtjes van D. melanogaster (fruitvlieg). Het oorspronkelijke gen voor Tra bevat twee acceptorplaatsen waar het gen tijdens transcriptie kan splitsen. Mannetjes gebruiken de stroomopwaartse acceptorplaats, die een vroeg stopcodon bevat. Dit vormt een niet-functioneel eiwit. Vrouwtjes gebruiken de stroomafwaartse acceptorplaats, waardoor het stopcodon wordt weggesneden als onderdeel van het intron, waardoor een functionerend Tra-eiwit wordt gevormd.
Alternatieve 5 'donorsites
•••Comstock-afbeeldingen / Comstock / Getty-afbeeldingen
De splitsingsovergang op de 5' wordt gebruikt, waardoor de 3'-grens van het stroomopwaartse exon wordt gewijzigd. Terwijl alternatieve acceptorplaatsen leiden tot kleine variaties in eiwitsequenties, zijn alternatieve donor sites kunnen leiden tot drastische verschillen in eiwitvolgorde en -structuur, omdat dit kan leiden tot: frameverschuivingen. Een voorbeeld zou de alternatieve donorplaatssplitsing van het BTNL2-gen zijn. Het gebruik van de stroomopwaartse plaats, in plaats van de stroomafwaartse plaats, leidt tot een verkort eiwit zonder het C-terminale IgC-domein of de transmembraanhelix. Dit resulteert in aanleg voor chronische ontstekingsziekte.
Intron-retentie
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
Net als bij exon-skipping wordt het exon vastgehouden in het mRNA, maar in tegenstelling tot exon-skipping wordt het exon niet geflankeerd door introns. Als introns al bestonden, worden ze vaak gecodeerd in de coderende regio's tussen de aminozuren van nabije door exons, het stopcodon of een verschuiving in het leeskader waardoor het eiwit wordt niet-functioneel. Dit is het minst voorkomende mechanisme van alternatieve splicing.