Alternativ skarvning är en integrerad del av biologisk mångfald. Olika arter använder dessa mekanismer för att utföra reglerande funktioner. Den största fördelen med skarvning är att flera proteiner kan bildas från en enda gen genom skarvning av introner och exoner. Dessa mekanismer kan dock också orsaka olika sjukdomar om de lämnas oreglerade. De vanligaste mekanismerna är exon-hoppning, ömsesidigt exklusiva exoner, alternativa acceptorplatser, alternativa donatorplatser och intronretention.
Grundläggande förståelse för alternativ skarvning
•••Comstock / Comstock / Getty Images
Det är inte en överdrift att säga att utan alternativ skarvning skulle biologisk mångfald inte vara möjlig. Alternativ skarvning kan producera flera proteiner från en enda gen. Denna flexibilitet gör att samma gen kan bidra till olika egenskaper. Detta är möjligt på grund av exoner, som är sträckor av nukleotider som finns kvar i RNA-produkten, och introner som avlägsnas genom RNA-skarvning. Det finns många alternativ för splitsning som bidrar till biologisk mångfald i eukaryoter. Aktivatorer, såsom startkodonet AUG, på skarvplatsen främjar skarvning. Dessa mekanismer varierar i varje situation och tros reglera cellfunktioner baserat på speciella förhållanden. Felaktig skarvning kan dock också bidra till olika sjukdomar, inklusive cancer.
Exon hoppar
•••Comstock Images / Comstock / Getty Images
Denna mekanism är också känd som kassettexon, där ett exon splitsas ut ur genen under transkriptionen. Ett exempel kan vara dsx-genen i D. melanogaster (fruktfluga). Män har exonerna 1, 2, 3, 5 och 6 medan kvinnor har 1, 2, 3 och 4. En polyadenyleringssignal i exon 4 får transkriptionen att stoppa vid den punkten. Exon 4 läggs till kvinnor på grund av att en av aktivatorerna endast är närvarande hos kvinnor och inte hos män.
Ömsesidigt exklusiva exoner
•••Thomas Northcut / Lifesize / Getty Images
När det gäller exoner som är ömsesidigt exklusiva behålls endast en av två på varandra följande exoner under transkriptionen. Ett exempel är regleringen av exonerna 8a och 8 i CaV1.2-kalciumkanalerna. I Timothy syndrom kan de alternativa formerna av dessa två exoner leda till olika symtom på sjukdomen, vilket orsakar störning av kalciumhomeostasen som behövs för muskelsammandragning. Båda exonerna kan dock inte existera hos patienter; bara en av dem transkriberas, även om båda är närvarande i genen.
Alternativ 3 'Acceptor-webbplatser
•••Comstock / Comstock / Getty Images
Skarvkorsningen vid 3'-änden används och ändrar 5'-gränsen för nedströms exon. Ett exempel är Transformator (Tra) aktivatorproteinet närvarande hos kvinnor av D. melanogaster (fruktfluga). Den ursprungliga genen för Tra innehåller två acceptorställen där genen kan delas under transkription. Män använder uppströms acceptorsajten, som inkluderar ett tidigt stoppkodon. Detta bildar ett icke-funktionellt protein. Honor använder nedströms acceptorplats, vilket gör att stoppkodonet skärs ut som en del av intronen och bildar ett fungerande Tra-protein.
Alternativ 5-donatorwebbplatser
•••Comstock Images / Comstock / Getty Images
Skarvkorsningen vid 5 'används och ändrar 3'-gränsen för uppströms exon. Medan alternativa acceptorställen leder till små variationer i proteinsekvenser, alternativ givare platser kan leda till drastiska skillnader i proteinsekvens och struktur eftersom det kan orsaka ramskift. Ett exempel skulle vara den alternativa givarplatsskarvningen av BTNL2-genen. Användningen av uppströmsstället i stället för nedströmsstället leder till ett förkortat protein utan den C-terminala IgC-domänen eller den transmembrana spiralen. Detta resulterar i predisposition för kronisk inflammatorisk sjukdom.
Intron Retention
•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images
På samma sätt som exonhoppning behålls exon i mRNA, men till skillnad från exonhoppning flankeras inte exon av introner. Om introner existerade kodas de ofta i de kodande regionerna bland aminosyrorna i närheten av exoner, stoppkodonet eller en förskjutning i läsramen som får proteinet att bli icke-funktionell. Detta är den minst vanliga mekanismen för alternativ skarvning.