Splicing alternatywny jest integralną częścią różnorodności biologicznej. Różne gatunki wykorzystują te mechanizmy do wykonywania funkcji regulacyjnych. Główną zaletą splicingu jest możliwość tworzenia wielu białek z jednego genu poprzez splicing intronów i egzonów. Jednak te mechanizmy mogą również powodować różne choroby, jeśli nie zostaną uregulowane. Najczęstszymi mechanizmami są pomijanie egzonów, wzajemnie wykluczające się egzony, alternatywne miejsca akceptorowe, alternatywne miejsca donorowe i retencja intronów.
Podstawowe zrozumienie alternatywnego splicingu
•••Comstock/Comstock/Getty Images
Nie będzie przesadą stwierdzenie, że bez alternatywnego splicingu bioróżnorodność nie byłaby możliwa. Splicing alternatywny może wytworzyć wiele białek z jednego genu. Ta elastyczność pozwala temu samemu genowi przyczyniać się do różnych cech. Jest to możliwe dzięki eksonom, które są ciągami nukleotydów pozostających w produkcie RNA oraz intronom, które są usuwane przez splicing RNA. Istnieje wiele sposobów alternatywnego splicingu, które przyczyniają się do bioróżnorodności u eukariontów. Aktywatory, takie jak kodon startowy AUG, w miejscu splicingu promują splicing. Mechanizmy te różnią się w każdej sytuacji i uważa się, że regulują funkcje komórek w zależności od określonych warunków. Jednak niewłaściwe splicing może również przyczynić się do różnych chorób, w tym raka.
Pomijanie egzonów
•••Obrazy Comstock / Obrazy Comstock / Getty
Mechanizm ten jest również znany jako ekson kasetowy, w którym ekson jest wycinany z genu podczas transkrypcji. Przykładem może być gen dsx w D. melanogaster (mucha owocowa). Samce mają eksony 1, 2, 3, 5 i 6, a samice 1, 2, 3 i 4. Sygnał poliadenylacji w eksonie 4 powoduje zatrzymanie transkrypcji w tym punkcie. Egzon 4 dodawany jest do samic, ponieważ jeden z aktywatorów występuje tylko u samic, a nie samców.
Wzajemnie wykluczające się egzony
•••Thomas Northcut/Lifesize/Getty Images
W przypadku wzajemnie wykluczających się egzonów podczas transkrypcji zostaje zachowany tylko jeden z dwóch kolejnych egzonów. Przykładem jest regulacja eksonów 8a i 8 w kanałach wapniowych CaV1.2. W zespole Timothy'ego alternatywne formy tych dwóch eksonów mogą prowadzić do różnych objawów choroby, co powoduje zakłócenie homeostazy wapnia potrzebnej do skurczu mięśni. Jednak oba eksony nie mogą istnieć u pacjentów; tylko jeden z nich podlega transkrypcji, chociaż oba są obecne w genie.
Alternatywne strony akceptujące 3 '
•••Comstock/Comstock/Getty Images
Wykorzystywane jest złącze splicingowe na końcu 3’, zmieniające granicę 5’ dolnego egzonu. Przykładem jest białko aktywujące Transformer (Tra) obecne u samic D. melanogaster (mucha owocowa). Oryginalny gen Tra zawiera dwa miejsca akceptorowe, w których gen może się rozdzielić podczas transkrypcji. Samce korzystają z górnego miejsca akceptorowego, które obejmuje wczesny kodon stop. To tworzy niefunkcjonalne białko. Samice wykorzystują dolne miejsce akceptorowe, co powoduje wycięcie kodonu stop jako części intronu, tworząc funkcjonujące białko Tra.
Alternatywne witryny dawcy 5'
•••Obrazy Comstock / Obrazy Comstock / Getty
Wykorzystywane jest złącze splicingowe na 5', zmieniając granicę 3' egzonu powyżej. Podczas gdy alternatywne miejsca akceptorowe prowadzą do niewielkich zmian w sekwencjach białkowych, alternatywny dawca miejsca mogą prowadzić do drastycznych różnic w sekwencji i strukturze białka, ponieważ może to powodować przesunięcia ramek. Przykładem może być alternatywny splicing miejsca dawcy genu BTNL2. Zastosowanie miejsca powyżej, zamiast miejsca poniżej, prowadzi do skróconego białka bez C-końcowej domeny IgC lub helisy przezbłonowej. Powoduje to predyspozycje do przewlekłej choroby zapalnej.
Retencja intronu
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
Podobnie jak w przypadku pomijania egzonów, egzon jest zatrzymywany w mRNA, ale w przeciwieństwie do pomijania eksonu, egzon nie jest oflankowany przez introny. Jeśli introny istniały, często są kodowane w regionach kodujących wśród aminokwasów close przez eksony, kodon stop lub przesunięcie ramki odczytu powodujące, że białko staje się niefunkcjonalne. Jest to najmniej powszechny mechanizm alternatywnego splicingu.
