Альтернативное сращивание - неотъемлемый компонент биоразнообразия. Различные виды используют эти механизмы для выполнения регуляторных функций. Основное преимущество сплайсинга состоит в том, что несколько белков могут быть образованы из одного гена посредством сплайсинга интронов и экзонов. Однако эти механизмы также могут вызывать различные заболевания, если их не регулировать. Наиболее распространенными механизмами являются пропуск экзонов, взаимоисключающие экзоны, альтернативные акцепторные сайты, альтернативные донорные сайты и удержание интронов.
Основные сведения об альтернативном сращивании
•••Комсток / Комсток / Getty Images
Не будет преувеличением сказать, что без альтернативного сращивания биоразнообразие было бы невозможно. Альтернативный сплайсинг может производить несколько белков из одного гена. Эта гибкость позволяет одному и тому же гену влиять на разные признаки. Это возможно из-за экзонов, которые представляют собой участки нуклеотидов, которые остаются в продукте РНК, и интронов, которые удаляются посредством сплайсинга РНК. Есть много способов альтернативного сплайсинга, которые способствуют биоразнообразию эукариот. Активаторы, такие как стартовый кодон AUG, в сайте сплайсинга способствуют сплайсингу. Эти механизмы различаются в каждой ситуации и, как считается, регулируют функции клеток в зависимости от конкретных условий. Однако неправильное сращивание также может способствовать возникновению различных заболеваний, в том числе рака.
Пропуск экзонов
•••Comstock Images / Comstock / Getty Images
Этот механизм также известен как кассетный экзон, когда экзон вырывается из гена во время транскрипции. Примером может служить ген dsx у D. melanogaster (плодовая муха). У мужчин есть экзоны 1, 2, 3, 5 и 6, а у женщин - 1, 2, 3 и 4. Сигнал полиаденилирования в экзоне 4 вызывает остановку транскрипции в этой точке. Экзон 4 добавляется самкам из-за того, что один из активаторов присутствует только у самок, а не у самцов.
Взаимоисключающие экзоны
•••Томас Норткат / Lifesize / Getty Images
В случае взаимоисключающих экзонов во время транскрипции сохраняется только один из двух последовательных экзонов. Примером может служить регуляция экзонов 8a и 8 в кальциевых каналах CaV1.2. При синдроме Тимоти альтернативные формы этих двух экзонов могут приводить к различным симптомам заболевания, что вызывает нарушение гомеостаза кальция, необходимого для сокращения мышц. Однако оба экзона не могут существовать у пациентов; транскрибируется только один из них, хотя оба присутствуют в гене.
Альтернативные 3 ’приемные сайты
•••Комсток / Комсток / Getty Images
Сплайсинг на 3 ’конце используется, изменяя 5’ границу нижележащего экзона. Примером может служить белок-активатор трансформера (Tra), присутствующий у самок D. melanogaster (плодовая муха). Исходный ген Tra содержит два акцепторных сайта, где ген может расщепляться во время транскрипции. Самцы используют расположенный выше акцепторный сайт, который включает ранний стоп-кодон. Это образует нефункциональный белок. Самки используют расположенный ниже акцепторный сайт, что вызывает вырезание стоп-кодона как части интрона, образуя функционирующий белок Tra.
Альтернативные 5 'донорские сайты
•••Comstock Images / Comstock / Getty Images
Используется сплайсинговый переход на 5 ’, изменяя 3’ границу вышестоящего экзона. В то время как альтернативные акцепторные сайты приводят к небольшим вариациям в белковых последовательностях, альтернативный донор сайты могут привести к резким различиям в последовательности и структуре белков, потому что это может вызвать кадровые сдвиги. Примером может служить альтернативный сплайсинг донорского сайта гена BTNL2. Использование верхнего сайта вместо нижележащего сайта приводит к сокращенному белку без С-концевого домена IgC или трансмембранной спирали. Это приводит к предрасположенности к хроническим воспалительным заболеваниям.
Удержание интрона
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
Подобно пропуску экзона, экзон сохраняется в мРНК, но в отличие от пропуска экзона, экзон не фланкируется интронами. Если интроны действительно существуют, они часто кодируются в кодирующих областях среди аминокислот близких экзонами, стоп-кодоном или сдвигом в рамке считывания, вызывающим превращение белка в нефункциональный. Это наименее распространенный механизм альтернативной сварки.