กลไกการประกบยีนห้าประเภท

การประกบทางเลือกเป็นองค์ประกอบสำคัญของความหลากหลายทางชีวภาพ สปีชีส์ต่างๆ ใช้กลไกเหล่านี้เพื่อทำหน้าที่กำกับดูแล ข้อได้เปรียบหลักของการประกบคือโปรตีนหลายชนิดสามารถเกิดขึ้นได้จากยีนตัวเดียวผ่านการประกบของอินตรอนและเอ็กซอน อย่างไรก็ตาม กลไกเหล่านี้ยังสามารถทำให้เกิดโรคต่างๆ ได้หากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ได้รับการควบคุม กลไกที่พบบ่อยที่สุดคือการข้าม exon, exon ที่ไม่เกิดร่วมกัน, ไซต์ตัวรับทางเลือก, ไซต์ผู้บริจาคทางเลือกและการเก็บรักษา intron

•••รูปภาพ Comstock / Comstock / Getty

ไม่ใช่เรื่องเกินจริงที่จะบอกว่าหากไม่มีการประกบแบบอื่น ความหลากหลายทางชีวภาพก็เป็นไปไม่ได้ การประกบแบบทางเลือกสามารถผลิตโปรตีนได้หลายชนิดจากยีนตัวเดียว ความยืดหยุ่นนี้ทำให้ยีนเดียวกันมีส่วนทำให้เกิดลักษณะที่แตกต่างกัน สิ่งนี้เป็นไปได้เนื่องจากเอ็กซอน ซึ่งเป็นส่วนยืดของนิวคลีโอไทด์ที่ยังคงอยู่ในผลิตภัณฑ์อาร์เอ็นเอ และอินตรอนซึ่งถูกกำจัดออกผ่านการประกบอาร์เอ็นเอ การต่อประกบแบบทางเลือกมีหลายแบบที่นำไปสู่ความหลากหลายทางชีวภาพในยูคาริโอต ตัวกระตุ้น เช่น codon เริ่มต้น AUG ในไซต์ประกบส่งเสริมการประกบ กลไกเหล่านี้แตกต่างกันไปในแต่ละสถานการณ์และคิดว่าจะควบคุมการทำงานของเซลล์ตามเงื่อนไขเฉพาะ อย่างไรก็ตาม การต่อสายที่ไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดโรคต่างๆ ได้ รวมถึงมะเร็งด้วย

•••รูปภาพ Comstock / รูปภาพ Comstock / Getty

กลไกนี้เรียกอีกอย่างว่า cassette exon โดยที่ exon จะถูกแยกออกจากยีนระหว่างการถอดรหัส ตัวอย่างจะเป็นยีน dsx ใน D. melanogaster (แมลงวันผลไม้) เพศชายมีเอ็กซอน 1, 2, 3, 5 และ 6 ในขณะที่เพศหญิงมี 1, 2, 3 และ 4 สัญญาณโพลีอะดีนิเลชันใน exon 4 ทำให้การถอดความหยุดที่จุดนั้น Exon 4 ถูกเพิ่มเข้าไปในตัวเมียเนื่องจากตัวกระตุ้นตัวใดตัวหนึ่งมีอยู่ในตัวเมียเท่านั้นไม่ใช่ในผู้ชาย

•••รูปภาพ Thomas Northcut / Lifesize / Getty

ในกรณีของ exons ที่แยกจากกัน จะมีเพียงหนึ่งในสอง exon ที่ต่อเนื่องกันเท่านั้นที่จะถูกเก็บไว้ในระหว่างการถอดความ ตัวอย่างคือการควบคุม exons 8a และ 8 ในช่องแคลเซียม CaV1.2 ในกลุ่มอาการทิโมธี รูปแบบอื่นของ exons ทั้งสองนี้สามารถนำไปสู่อาการของโรคที่แตกต่างกัน ซึ่งทำให้เกิดการหยุดชะงักของสภาวะสมดุลของแคลเซียมที่จำเป็นสำหรับการหดตัวของกล้ามเนื้อ อย่างไรก็ตาม exons ทั้งสองไม่สามารถมีอยู่ในผู้ป่วย มีเพียงคนเดียวเท่านั้นที่ถูกถอดความ แม้ว่าจะมีทั้งสองอยู่ในยีน

•••รูปภาพ Comstock / Comstock / Getty

ใช้จุดต่อประกบที่ปลาย 3’ เพื่อเปลี่ยนขอบเขต 5’ ของ exon ปลายน้ำ ตัวอย่างคือโปรตีนแอคติเวเตอร์ Transformer (Tra) ที่มีอยู่ในตัวเมียของ D. melanogaster (แมลงวันผลไม้) ยีนดั้งเดิมของ Tra มีไซต์ตัวรับสองแห่งซึ่งยีนสามารถแยกออกได้ในระหว่างการถอดความ เพศผู้ใช้ไซต์ตัวรับต้นน้ำซึ่งรวมถึง codon หยุดก่อนกำหนด นี่เป็นโปรตีนที่ไม่ทำงาน ตัวเมียใช้ไซต์ตัวรับปลายน้ำ ซึ่งทำให้ codon หยุดถูกตัดออกโดยเป็นส่วนหนึ่งของอินตรอน ก่อตัวเป็นโปรตีน Tra ที่ใช้งานได้

•••รูปภาพ Comstock / รูปภาพ Comstock / Getty

ใช้จุดต่อประกบที่ 5’ เพื่อเปลี่ยนขอบเขต 3’ ของ exon ต้นน้ำ ในขณะที่ตำแหน่งตัวรับทางเลือกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในลำดับโปรตีน ผู้ให้ทางเลือก ไซต์สามารถนำไปสู่ความแตกต่างอย่างมากในลำดับและโครงสร้างโปรตีนเนื่องจากอาจทำให้เกิด การเปลี่ยนเฟรม ตัวอย่างจะเป็นการประกบไซต์ผู้บริจาคทางเลือกของยีน BTNL2 การใช้ไซต์ต้นน้ำ แทนที่จะเป็นไซต์ปลายน้ำ จะนำไปสู่โปรตีนแบบย่อโดยไม่มีโดเมน IgC ของปลาย C หรือส่วนเกลียวของเมมเบรน ส่งผลให้เกิดความโน้มเอียงที่จะเป็นโรคอักเสบเรื้อรัง

•••Ablestock.com/AbleStock.com/Getty Images

คล้ายกับการข้าม exon นั้น exon ยังคงอยู่ใน mRNA แต่ต่างจาก exon ที่ข้าม exon ไม่ได้ขนาบข้างด้วย intron หากมีอินตรอน พวกมันมักจะถูกเข้ารหัสในบริเวณการเข้ารหัสท่ามกลางกรดอะมิโนของ close โดย exons, codon หยุดหรือการเปลี่ยนแปลงในกรอบการอ่านทำให้โปรตีนกลายเป็น ไม่ทำงาน นี่เป็นกลไกที่พบได้น้อยที่สุดในการประกบทางเลือก