Alternativno spajanje je sestavni del biotske raznovrstnosti. Različne vrste uporabljajo te mehanizme za izvajanje regulativnih funkcij. Glavna prednost spajanja je, da lahko iz enega gena s spajanjem intronov in eksonov nastane več proteinov. Ti mehanizmi pa lahko povzročijo tudi različne bolezni, če niso urejeni. Najpogostejši mehanizmi so preskakovanje eksonov, medsebojno izključujoči se eksoni, mesta alternativnih akceptorjev, mesta alternativnih darovalcev in zadrževanje introna.
Osnovno razumevanje alternativnega spajanja
•••Comstock / Comstock / Getty Images
Ni pretirano reči, da brez alternativnega spajanja biotska raznovrstnost ne bi bila mogoča. Alternativno spajanje lahko proizvede več proteinov iz enega gena. Ta prilagodljivost omogoča, da isti gen prispeva k različnim lastnostim. To je mogoče zaradi eksonov, ki so odseki nukleotidov, ki ostanejo v produktu RNA, in intronov, ki se odstranijo s spajanjem RNA. Obstaja veliko načinov alternativnega spajanja, ki prispevajo k biotski raznovrstnosti evkariontov. Aktivatorji, kot je zagonski kodon AUG, na mestu spajanja spodbujajo spajanje. Ti mehanizmi se v vsaki situaciji razlikujejo in naj bi uravnavali funkcije celic na podlagi določenih pogojev. Vendar lahko nepravilno spajanje prispeva tudi k različnim boleznim, vključno z rakom.
Exon Preskoči
•••Comstock Images / Comstock / Getty Images
Ta mehanizem je znan tudi pod imenom kasetni ekson, kjer se ekson med transkripcijo spoji iz gena. Primer bi bil gen dsx v D. melanogaster (sadna muha). Samci imajo eksone 1, 2, 3, 5 in 6, samice pa 1, 2, 3 in 4. Signal poliadenilacije v eksonu 4 povzroči, da se transkripcija ustavi na tej točki. Exon 4 se ženskam doda zaradi enega od aktivatorjev, ki je prisoten samo pri ženskah in ne pri moških.
Vzajemno izključni eksoni
•••Thomas Northcut / Lifesize / Getty Images
V primeru medsebojno izključujočih se eksonov med transkripcijo zadrži le enega od dveh zaporednih eksonov. Primer je regulacija eksonov 8a in 8 v kalcijevih kanalih CaV1.2. Pri Timothyjevem sindromu lahko nadomestni obliki teh dveh eksonov privedeta do različnih simptomov bolezni, kar povzroči motnje homeostaze kalcija, ki je potrebna za krčenje mišic. Vendar oba eksona pri bolnikih ne moreta obstajati; samo en od njih je prepisan, čeprav sta oba prisotna v genu.
Alternativna 3 ’spletna mesta za sprejem
•••Comstock / Comstock / Getty Images
Uporabi se spojni spoj na 3 ’koncu, ki spremeni 5’ mejo spodnjega toka eksona. Primer je beljakovina aktivatorja Transformer (Tra), ki je prisotna pri ženskah D. melanogaster (sadna muha). Prvotni gen za Tra vsebuje dve akceptorski mesti, kjer se lahko gen razcepi med transkripcijo. Moški uporabljajo zgornjo akceptorsko stran, ki vključuje kodon za zgodnjo zaustavitev. Ta tvori nefunkcionalne beljakovine. Samice uporabljajo spodnje sprejemno mesto, zaradi česar se stop kodon izreže kot del introna in tvori delujoči Tra protein.
Alternativna 5 ’mesta donatorjev
•••Comstock Images / Comstock / Getty Images
Uporabi se spojni spoj na 5 ', s čimer se spremeni 3' meja gorvodnega eksona. Medtem ko alternativna akceptorska mesta povzročajo majhne razlike v zaporedjih proteinov, alternativni darovalec mesta lahko povzročijo drastične razlike v zaporedju in strukturi beljakovin, ker lahko povzročijo premiki okvirjev. Primer bi lahko bilo spletno spajanje genov BTNL2 na mestu darovalca. Uporaba zgornjega mesta namesto spodnjega mesta vodi do skrajšanega proteina brez C-terminalne IgC domene ali transmembranske vijačnice. Posledica tega je nagnjenost k kroničnim vnetnim boleznim.
Zadrževanje introna
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
Podobno kot preskakovanje eksonov se tudi ekson zadržuje v mRNA, toda za razliko od preskakovanja eksona eksonu ne obdajajo introni. Če so introni obstajali, so pogosto kodirani v kodirnih regijah med aminokislinami blizu z eksoni, stop kodonom ali premikom bralnega okvira, zaradi katerega beljakovine postanejo nefunkcionalna. To je najmanj pogost mehanizem alternativnega spajanja.