алтернативното

Алтернативен сплайсинг на иРНК

Алтернативно снаждане - процес позволява един за производство на няколко ген тРНК и следователно протеини. Повечето гени в еукариотни геноми съдържат ексони и интрони. След транскрипция в процеса на съединяване чрез припокриване интрони се отстранява от предварително иРНК. Но екзон могат да бъдат включени (или не) на крайния препис. По този начин, като се използва алтернативен сплайсинг може да получи множество копия, а оттам и на протеина. Комбинирането на различно място на снаждане позволява отделни гени за изразяване на разнообразието на иРНК. които кодират протеини, понякога с антагонистични функции. Екзон снаждане на едно изпълнение може да бъде интрон по алтернативен начин. Различни варианти на снаждане могат да доведат до образуването на различни изоформи на същия протеин. Например, ген тропонин състои от 18 екзона и кодира множество изоформи на мускулния протеин. Различните изоформи на тропонин се образуват в различни тъкани и на определени етапи на тяхното развитие.

Очаква се, че при еукариотите алтернативно свързване може да бъде важен еволюционен постижение: повишаване на ефективността на съхранение на данни. [1] е наскоро е показано, че около 95% от човешките гени се наблюдава multiexon алтернативен сплайсинг. [2] кръгъл червей Caenorhabditis ЕЛЕГАНС геном брой гени е почти идентичен с човешкия геном, обаче, алтернативен сплайсинг на предварително иРНК се подложи само 15% от гените. По този начин, алтернативен сплайсинг могат да увеличат разнообразието на протеин генни продукти. при поддържане на относително малък брой различни гени в генома, и без да се създава излишък копия на гените.

Различни алтернативни снадени варианти на същия предварително иРНК могат да се извършват в различни периоди на тялото и / или в различни тъкани и в различни индивиди от един и същи вид. [3]

Една от най-впечатляващите примери за алтернативното - dscam ген в плодова мушица. съдържащ 116 екзони, 17 от които винаги попадат в крайния иРНК. Теоретично, тази система може да доведе до 38,016 различни протеини. Всъщност, повече от 18 000 открити в плодова мушица. Dscam протеини са отговорни за правилното местоположение на невроните и също е вероятно да бъдат включени в признаването и фагоцитоза на чуждите и бактерии. [4]

класификация

Alt снаждане Bestiary

Има няколко механизми на алтернативен сплайсинг:

Екзон прескачане или екзон касети. в този случай, мястото на свързване може да бъде лишен от първичния транскрипт или се съхраняват в него. Това е най-често използваният механизъм при бозайници.
Взаимно изключващи се екзони. от двата екзони в крайния препис се съхранява само един.
Използване на друго място донор. Има няколко алтернативни "сайтове на снаждане (донори сайтове), което променя 3 '5 граница на припокриваща (нагоре) екзон.
Използване на друго място акцептор. използват различни сайтове 3 'сплайс (акцепторни сайтове), който променя 5'-гранична-ниско (по течението) екзон.
задържане Интрон. интрон се задържа в последователността транскрипт. Ако интрон намира в кодиращата последователност, тя може да кодира стоп кодон, или изместване четяща рамка. И това може да доведе до загуба на протеин функционалност, така че този алтернативен механизъм за снаждане рядко се използва при бозайниците.

Освен описаните основни механизми алтернативен сплайсинг има две по друг механизъм, чрез който различни иРНК може да бъде получено от единичен ген: множество промотори и множество места на полиаденилиране. Транскрипция може да започне от различни гледни точки. Това води до по преписи с различни екзони при 5 'края (множество промотори). Множество сайтове полиаденилационни предоставят различни 3 'краищата на записа. Двете механизми се намират в комбинация с алтернативен сплайсинг и добавят разнообразие в тРНК видове, получени от единичен ген. [2] [5]

Цепене се извършва spliceosome - масивна конструкция, която включва 5 малък ядрен нуклеопротеин на частиците (snRNP) - U1, U2, U4, U5 и U6 (U3 не участва в сплайсинг) - и голям брой спомагателни протеини. Заедно те може точно да разпознават и катализира сплайсинг сайтове снаждане две реакционен етап.

spliceosome събрание започва с признаване U1 снаждането на на "обекта 5. След това снаждане 1 (SF1) фактор се свързва с клон точка (клон точка, обикновено аденозин). Такъв пакет се нарича E ". След голямата субединица (65 Ша) U2 спомагателни хетеродимерен фактор (U2AF) образува комплекс с полипиримидинов част (полипиримидинов тракт), и малката субединица (35 Ша) U2AF свързва към 3'-терминал AG на на кръстопътя на интрон и екзон. Целият този комплекс, образуван е АТР-независим и е наречен комплекс Е. По-късно, след SF1 да замени U2 в точката на разклоняване, комплексът се превръща E АТР-зависим комплекс А.

Освен това образуването на три-U4 / U6-U5 комплекс води до образуване на комплекс, в който след обширни конформационни промени и пренареждане превърнати в каталитично активен комплекс С [6] U6 се позиция U1 и U1 и U4 се. Комплекс 2 останалата подлага трансестерификация реакция. В първата реакция, 5 'края на екзон интрон се разцепва от които преди това, и е свързан с разклоняване сайт проходния 2', 5'-фосфодиестерна връзка. Във втория реакцията на трансестерификация, 3'-края на интрона се разцепва от екзон че се намира по-нататък по последователност и двете заедно екзони. Получената интрон се освобождава под формата на ласо, и по-късно се разгражда. [7]

Съществуват различни техники за регулиране на алтернативен сплайсинг: РНК-протеин взаимодействия, РНК-РНК взаимодействия (за взаимно изключващи екзони), взаимодействие на предварително иРНК от некодиращи РНК, включително малки nucleolar РНК и т.н. Въпреки тези потенциални разнообразие регулаторни механизми на РНК-протеин. взаимодействия се считат за основни начини за регулиране на снаждане. [8]

регулаторни елементи

подобрители екзон за съединяване чрез припокриване (подобрители екзонни сплайсинг, ESEs)
шумозаглушители снадени екзони (екзонни сплайсинг шумозаглушители, ESSs)
подобрители интрон снаждане (подобрители интронен сплайсинг, ISES)
шумозаглушители сплайсинг интрони (интронен сплайсинг шумозаглушители, ISSs)

Регулатори да помогне за идентифициране на снаждане

Протеини SR (серин (S) / аргинин (R) -обогатена протеини) играе важна роля в разпознаването на мястото на снаждане. Например, когато те си взаимодействат с подобрители екзони (ESE), те помагат свързват U1 5'-сплайс място. и U2AF и U2 3 "на снаждане. Тези взаимодействия (подобрители SR в) се дължи на техните домейни RS (Arg-Ser съдържа повторения). SR протеини могат да работят заедно с други положителни контроли. [6]

SR протеин SRp38 (известен също като TASR, NSSR, FUSIP1 и SRrp40) действа като репресор дефосфорилиран снаждане. [9] Въпреки това, последните изследвания показват, че фосфорилиран състояние също така действа като активатор, зависим челно последователност. [10]

Инхибиране на разпознаване сплайс място

Разпознаването на мястото на снаждане може да бъде по различни начини. На първо място, когато снаждане заглушители са разположени в близост до мястото на снаждане или подобрители на снаждане. и съответно могат да се появят пространствено инхибиране в която достъп е блокиран за snRNP или положителни регулаторни фактори. Например, polipirimidin-свързващ протеин (РТВ; известен също като PTB1 и hnRNP I), се свързва към полипиримидинов част и по този начин блокират свързването U2AF с екзони. Тъканно-специфичен сплайсинг фактори FOX1 и FOX2, свързването на последователността интрон може да инхибира образуването на комплекс Е ", предотвратява свързването SF1 с точката на разклоняване. [6]

сплайсинг инхибитори могат пространствено пречат на свързването на подобрители активатори. Частен Ху / ELAV протеин инхибира свързването на U1, TIA1 конкурират с протеина, който взаимодейства с АС-богата област, разположена по-нататък по последователността на мястото на 5'-снаждане на екзон 23а neyrofibromatoznogo тип 1 [11] FOX1 FOX2 и също инхибира образуването на комплекс E, контактуване екзон последователност разположен близо до ESE, където TRA2 свързват и SRp55. Поради това не може да U2AF стъпим. [12]

регулиране Сплайсване в зависимост от позицията на екзон

Действието на цис-регулаторни елементи понякога зависи от положението на регулирания екзон. Няколко протеини като например NOVA1, NOVA2, FOX1, FOX2, hnRNP л, л-hnRNP като, hnRNP F и hnRNP Н, могат да действат или като репресори или активатори, като в зависимост от местоположението на мястото на свързване. [13] [14] [15]

Позиция снаждане може да се определи ефекта на снаждане фактори. Усилвателите могат да бъдат разположени така, че когато факторите на снаждане, свързани с тях, другата екзон-добре разположен за действие spliceosome. Или обратно, елементи шумозаглушителната spliceosome компоненти се конкурират с или по някакъв начин да променят структурата на иРНК чрез предотвратяване на разпознаване на мястото на снаждане. [6]

Методи за откриване на алтернативен сплайсинг

Основният метод за определяне местоположението на алтернативен сплайсинг в момента е последователността на сДНК библиотеки. получен в шаблона на иРНК. Този метод се нарича РНК-последователността Seq. Също така е възможно да се използват ДНК микрочипове.

Алтернативен сплайсинг и болест

Промени в алтернативен сплайсинг може да предизвика различни заболявания: невродегенеративно, сърдечносъдови заболявания, заболявания на дихателните пътища, както и рак и болестта на Алцхаймер. В тъканите, където има множество процеси (например, мозък) изискват големи количества протеини за различни функции. При дефект в алтернативен сплайсинг може драматично да промени състава на протеини в клетката, и като резултат ще има много неврологични заболявания. Тези дефекти могат да бъдат разделени на две основни групи: първични и вторични дефекти в сплайсинг.

Основно дефекти снаждане

Когато основният недостатък възниква снаждане мутация в секвенцията, което е важно за правилното преминаване на алтернативен сплайсинг. Ето защо, снаждане не се проявява правилно. Много мутации, които водят до заболявания, причинени от нарушения на предварително иРНК снаждане. Примери са Louis-Бар синдром и неврофиброматоза. Половината от пациентите, страдащи от тези заболявания, носи мутации, които засягат преминаването на предварително иРНК снаждане. Друг пример за първична разстройства снаждане се наблюдава при пациенти с фронтотемпорална деменция (автозомно доминантно разстройство, свързано с хромозома 17). Дефекти в снадени транскриптите да доведат до промени в тау-микротубулно-свързан протеин, - MAPt. Тези протеини се натрупват в растящите аксони или неврони. Промени в снаждане сайтаОУСведения също могат да доведат до други заболявания, като болестта на Алцхаймер. мускулна дистрофия, глиален дисфункция и дегенерация на гръбначния мозък. Мускулна дистрофия на Дюшен (DMD) - това е резултат от мутации в гена на дистрофина. Мутации предизвикат смущения в сплайсинг и производство на анормален иРНК. Различни мутации в дистрофин предварително иРНК индуцират междинен вариант DMD Бекер мускулна дистрофия (BMD).

Средни дефекти снаждане

При вторичните дефекти снаждане отнася до мутация в регулаторните фактори, които са много важни за процеса на съединяване. Действието на различни активатори и / или репресори може да определи пътя на алтернативен сплайсинг. В зависимост от това дали регулаторът работи, предварително иРНК промени. В някои случаи това може да доведе до сериозни нарушения. Пример за такива разстройства е синдром на Prader-Willi. генетично заболяване, характеризиращо се с умствени и поведенчески отклонения.

ензим ацетилхолинестераза на (AChE), събрани от редица протеини. По време на алтернативен сплайсинг могат да бъдат получени три протеинови изоформи, които причиняват невродегенеративни заболявания като болестта на Алцхаймер и болестта на Паркинсон. Дисбаланс регулатори за съединяване чрез припокриване може да доведе до излишък на AChE-R, изоформа на AChE, намерено при пациенти с болестта на Алцхаймер. [1]