Alternativ skarvning

Alternativ splitsning  är en variant av messenger RNA (mRNA) splitsning , där flera mogna mRNA bildas under genuttryck baserat på samma primära transkript (pre-mRNA). Strukturella och funktionella skillnader i de resulterande transkripten kan orsakas av både den selektiva inkluderingen av exoner av det primära transkriptet i moget mRNA och bevarandet av delar av introner i det [1] [2] . Den vanligaste typen av alternativ splitsning involverar exonhoppning : individuella exoner av transkriptet under vissa förhållanden kan antingen inkluderas i det mogna mRNA:t eller hoppa över [3] .

Proteiner som produceras genom translation av sådana mRNA resulterar i olika aminosyrasekvenser ; sålunda, vid alternativ splitsning, säkerställer ett transkript syntesen av flera proteiner. Den utbredda förekomsten av sådan splitsning i eukaryoter leder till en signifikant ökning av mångfalden av proteiner som kodas i deras genom [4] . Till exempel syntetiserar människokroppen minst 100 tusen olika proteiner, medan antalet gener som kodar för dem är cirka 20 tusen (mer än 75 % av alla mänskliga gener som innehåller introner fungerar som mallar för syntesen av pre-mRNA, som är ytterligare alternativ skarvning) [1] [2] .

Bildandet av alternativt splitsade mRNA är under kontroll av ett system av transverkande proteiner ( splitsningsfaktorer ) som binder till cis- ställena i det primära transkriptet. Bland splitsningsfaktorer särskiljs splitsningsaktivatorer och repressorer : de förra främjar användningen av sina individuella platser, medan de senare tvärtom förhindrar deras användning. Mekanismerna för alternativ splitsning är mycket olika, kunskap om "splitsningskoden" gör det möjligt att förutsäga resultatet av splitsningen av en viss gen under vissa förhållanden [5] [6] .

Alternativa skarvningsavvikelser leder ofta till sjukdom; många mänskliga genetiska sjukdomar orsakas av dessa anomalier [5] . Forskare tror att avvikande skarvning kan bidra till utvecklingen av cancer , och det har visat sig att i olika typer av cancer, muterar skarvningsfaktorgener ofta , vilket leder till störningar av det normala skarvningsförloppet [7] [8] [9] [ 10] . Det har också konstaterats att alternativa splitsningsavvikelser bidrar till utvecklingen av kroppens motståndskraft mot kemoterapi [11] .

Studiens historia

Alternativ splitsning beskrevs första gången 1977 i adenovirus [12] [13] . Adenovirus har visat sig producera fem olika transkript tidigt i infektionscykeln , före virus -DNA- replikation och ytterligare ett efter att DNA-replikeringen har börjat; medan bildandet av tidiga primära transkript fortsätter efter starten av DNA-replikationen. Ett ytterligare enstaka transkript, bildat i de senare stadierna av den infektionscykeln, läses från 5/6 av det 32 ​​kb stora adenovirala genomet. Det sena transkriptet är mycket längre än något av de tidiga virala transkripten. Forskarna visade att det primära transkriptet som produceras av adenovirus typ 2 i de sena stadierna av infektion skarvas på olika sätt, vilket leder till bildandet av mRNA som kodar för olika virala proteiner. Dessutom innehåller det primära transkriptet flera polyadenyleringsställen , vilket resulterar i olika 3'-ändar för olika mRNA [14] [15] [16] .

1981 beskrevs alternativ splitsning i en cellulär eukaryot gen. I däggdjursceller har ett sådant alternativ visat sig åtfölja bildandet av hormonet kalcitonin . Det primära transkriptet av kalcitoningenen innehåller 6 exoner; det mogna mRNA:t som kodar för kalcitonin inkluderar exon 1-4, och polyadenyleringssignalen är belägen i exon 4. I ett annat mRNA bildat från samma primära transkript hoppas exon 4 över under splitsningen, och det mogna mRNA innehåller exon 1-3, 5, och 6 Den kalcitoningenrelaterad peptid [ 17 ] [18] .  Alternativ splitsning i däggdjursimmunoglobulingener upptäcktes också i början av 1980-talet [14] [19] .

Efterföljande studier har visat att alternativ splitsning är vanlig bland alla eukaryoter [3] . Samtidigt kan antalet proteinisoformer som kan översättas från en gen vara ganska betydande. Således har det beräknats att genen från fruktflugan Drosophila melanogaster , känd som DSCAM , när den kombineras oberoende i mRNA från alla tillgängliga exoner, potentiellt kan tillhandahålla syntesen av 38 016 isoformer [20] .

Modeller

Det finns fem alternativa skarvningsmodeller [3] [4] [5] [21] [22] :

Förutom de fem huvudmodellerna för alternativ splitsning är två metoder kända för att erhålla flera proteiner från en gen som ett resultat av användningen av flera promotorer och flera polyadenyleringsställen . Användningen av multipla promotorer handlar dock mer om transkriptionell reglering än alternativ splitsning. Utgående från transkription från olika punkter är det möjligt att erhålla transkript med olika 5'-ändeexoner. Å andra sidan leder användningen av multipla polyadenyleringsställen till bildningen av olika 3'-ändar i mogna transkript. Båda dessa mekanismer, i kombination med fem splitsningsmönster, tillhandahåller mångfalden av mRNA som läses från samma gen [3] [5] .

En transkription kan genomgå mer än en typ av alternativ splitsning [22] . De modeller som diskuterats ovan beskriver de grundläggande skarvningsmekanismerna väl, men kanske inte är lämpliga för komplexa fall. Till exempel visar figuren till höger tre skarvade former av mushyaluronidas 3-genen. Jämförelse av exoner av den första formen (grön) och den andra (gul) indikerar att intronen bevarades i det slutliga transkriptet, och jämförelse av den andra formen med den tredje (blå) visar exonhoppning [21] .

Mekanism

Allmänt skarvningsschema

Pre-mRNA transkriberat från DNA innehåller både exoner och introner, och antalet och längden av introner, som skapar den nödvändiga bakgrunden för alternativ splitsning, varierar avsevärt i olika eukaryoter. Således är det genomsnittliga antalet introner per en introninnehållande gen i modellorganismer  2,5 i Drosophila melanogaster ,  4,2 i Caenorhabditis elegans och 4,8 i Arabidopsis thaliana  ; hos däggdjur varierar den från 5,7 till 7,8 [24] . Under splitsning måste exoner lämnas kvar i transkriptet och introner tas bort. Regleringen och urvalet av splitsningsställen tillhandahålls av transverkande splitsningsaktivatorproteiner och repressorer, såväl som cis -verkande element som finns i själva pre-mRNA:t - splitsningsförstärkare och ljuddämpare [25] .

Typiska eukaryota introner innehåller konsensussekvenser ; sålunda, vid 5'-änden av varje intron finns det en dinukleotid GU, bredvid 3'-änden finns det en "grenpunkt", där nukleotiden A alltid är närvarande , och sekvenserna som ligger runt den varierar. Hos människor finns det en konsensussekvens kring grenpunkten yUnAy [26] . Efter förgreningspunkten finns en serie pyrimidiner ( polypyrimidinkanalen ), och 3'-änden av intronen ser ut som AG [5] .

Splitsning av pre-mRNA utförs av ett RNA- proteinkomplex känt som spliceosomen . Splitsosomen inkluderar små nukleära ribonukleoproteiner (snRNPs) betecknade U1 , U2 , U4 , U5 och U6 (U3-ribonukleotiden är inte involverad i mRNA-splitsning) [23 ] [27] . Ribonukleotid U1 binder till den 5'-terminala dinukleotiden GU, och U2, med deltagande av proteinfaktorer U2AF, binder till grenpunkten (i detta skede kallas komplexet spliceosom A-komplexet). Under bildandet av A-komplexet bestäms 5'- och 3'-gränserna för det borttagna intronet, liksom ändarna av exonerna som ska vara kvar [5] .

Vidare binder komplexet U4, U5, U6 till A-komplexet. Därefter ersätter U6 U1, och U1 och U4 lämnar komplexet. Det återstående komplexet genomgår två transesterifieringsreaktioner . Under den första reaktionen skärs 5'-änden av intronen av från den överliggande exonen och fästs vid förgreningspunkten till nukleotid A med hjälp av en 2',5'- fosfodiesterbindning , vilket resulterar i att intronen tar formen av ett lasso . Den andra reaktionen skär av 3'-änden av intronen och förenar två exoner med en fosfodiesterbindning; medan intronet släpps och förstörs [3] [23] .

Regulatoriska element och proteiner

Splitsning regleras av transverkande proteiner ( aktivatorer och repressorer ) och motsvarande cis -regulatoriska element ( ljuddämpare och förstärkare ) på pre-mRNA. Det finns dock bevis för att splitsningsfaktorns verkan i många fall beror på dess position: när splitsningsfaktorn är associerad med ett intronförstärkarelement, fungerar den som en splitsningsaktivator och när den binder till ett regulatoriskt ställe i exonet. , den fungerar som en repressor [25] . Splitsningsreglering involverar också den sekundära strukturen av pre-mRNA, vilket säkerställer effektiv konvergens av två regulatoriska element med varandra eller maskerar de sekvenser som skulle kunna fungera som bindningsställen för splitsningsfaktorer [28] [29] . Tillsammans bildar dessa element en "skarvningskod" som bestämmer hur splitsningen kommer att fortgå under givna cellulära förhållanden [30] [31] .

Två typer av cis -aktiverande element är kända i pre-mRNA och motsvarar transaktiverande RNA-bindande proteiner. Skarvningsljuddämpare är element som de tystande repressorproteinerna binder till, vilket minskar sannolikheten för att en skarvningsplats kommer att finnas i närheten. Placeringen av skarvningsljuddämpare kan vara antingen introner (intron skarvningsljuddämpare, ISS) eller exoner (exoniska skarvningsljuddämpare, ESS). Deras nukleotidsekvenser, såväl som proteinerna som binder till dem, är mycket olika. De flesta splitsningsrepressorer är heterogena nukleära ribonukleoproteiner (hnRNP) såsom hnRNPA1 och polypyrimidin-kanalbindningsproteinet (PTB) [5] [30] .

Splitsningsförstärkare binder splitsningsaktivatorproteiner, vilket ökar den effektiva sannolikheten för att ett splitsningsställe kommer att vara i närheten. Både introner (intronsplitsningsförstärkare, ISE) och exoner (exonsplitsningsförstärkare, ESE) kan också tjäna som deras värd. De flesta av proteinerna som binder till ISE och ESE tillhör proteinfamiljen SR (reglerar inte bara förloppet av alternativ splitsning, utan även många andra cellulära processer [32] ; det första av proteinerna i denna familj, identifierat som en skarvningsfaktor, upptäcktes 1991 [33] ). Dessa proteiner innehåller RNA-igenkänningsmotiv såväl som arginin- och serinrika domäner [ 5 ] [ 30 ] .

Sålunda verkar splitsningsfaktorer inbördes beroende, och resultatet av deras verkan beror också på miljön [31] . Närvaron av vissa cis -regulatoriska RNA-sekvenser kan både öka sannolikheten för att ett splitsningsställe kommer att vara i närheten och minska denna sannolikhet, beroende på sammanhanget. Till exempel påverkar vissa av dessa element skarvning endast om det finns andra väldefinierade element bredvid dem. Dessutom kan cis -regulatoriska element ha olika effekter när vissa proteiner uttrycks i cellen. Den adaptiva betydelsen av förstärkare och splitsningsljuddämpare bekräftas av studier som visar att mutationer i mänskliga gener som leder till bildandet av nya ljuddämpare eller förstörelse av gamla förstärkare är föremål för strikt urval [34] [35] .

Exempel

Exon hoppar över: Drosophila dsx gen

Pre-mRNA för dsx genen från Drosophila D. melanogaster innehåller 6 exoner. Hos män inkluderar det mogna mRNA:t exon 1, 2, 3, 5, 6 och kodar för ett protein som fungerar som en transkriptionell regulator i utveckling av manlig typ. Hos honor inkluderar det mogna mRNA:t exon 1, 2, 3 och 4, med exon 4 som innehåller en polyadenyleringssignal, vid vilken mRNA:t skärs. Det resulterande proteinet fungerar som en transkriptionell regulator i utveckling av kvinnlig typ [36] .

I det beskrivna exemplet sker alternativ skarvning av exon-hoppningstypen. Intronen uppströms om exon 4 innehåller en polypyrimidinkanal som inte helt uppfyller konsensussplitsningssekvensen; därför binder U2AF-proteiner till det dåligt i frånvaro av splitsningsaktivatorer. Av denna anledning används inte detta 3'-skarvningsacceptorställe hos män. Hos honor finns dock skarvningsaktivatorn Transformer (Tra). Detta protein binder till SR-proteinet Tra2 (som produceras hos båda könen och binder till ESE i exon 4) och bildar tillsammans med ett annat SR-protein, dsxRE, ett komplex som underlättar bindningen av U2AF-proteiner till den svaga pyrimidinkanalen. U2 rekryteras till motsvarande grenpunkt, vilket resulterar i inkorporering av exon 4 i det mogna mRNA [36] [37] .

Alternativa acceptorplatser: Drosophila Transformer

Pre-mRNA från D. melanogaster Transformer (Tra) genen genomgår alternativ splitsning enligt modellen för alternativa acceptorställen. Tra-genen kodar för ett protein som endast uttrycks hos kvinnor. Det primära transkriptet av denna gen innehåller ett intron med två möjliga acceptorställen. Hos män är uppströmsacceptorstället involverat, på grund av vilket mRNA inkluderar en utökad version av exon 2 innehållande ett för tidigt stoppkodon; därför bildas ett trunkerat inaktivt protein hos män. Kvinnor, å andra sidan, producerar ett komplett protein som spelar en nyckelroll i könsbestämning och är känt som Sex lethal (Sxl). Sxl-proteinet är en splitsningsrepressor och förhindrar, genom att binda till ISS i Tra RNA-transkriptet nära uppströms acceptorstället, bindningen av U2AF-proteinet till polypyrimidinområdet; som ett resultat binder spliceosomen till acceptorstället nedströms, vilket resulterar i avlägsnandet av det prematura stoppkodonet. Det resulterande mRNA:t kodar för Tra-proteinet, som i sig fungerar som en regulator av alternativ splitsning av andra könsrelaterade gener (se exemplet med dsx -genen ovan ) [3] .

Alternativ splitsning av Fas-receptorn

Alternativ splitsning resulterar i syntesen av flera isoformer av Fas -receptorn . Hos människor bildas två normala isoformer av denna receptor genom exonhoppning. Ett mRNA som innehåller 6 exoner kodar för en membranbunden form av Fas-receptorn som stimulerar apoptos . Ökad bildning av Fas-receptorn i celler som ständigt exponeras för solljus och frånvaron av denna receptor i hudcancerceller indikerar att mekanismen som övervägs spelar en viktig roll i elimineringen av celler som har börjat omvandlas till cancer [38] . När exon 6 hoppas över bildas en vattenlöslig isoform av Fas-proteinet, som inte kan stimulera apoptos. Valet mellan exoninsättning eller överhoppning beror på verkan av två antagonistproteiner: TIA-1 och PTB.

Donatorstället som ligger vid 5'-änden av intronet efter exon 6 i pre-mRNA:t är dåligt anpassat till konsensussplitsningssekvensen och binder inte alltid till snRNP U1 [5] . Om U1-bindning inte inträffar hoppas exon 6 över (bild a i figuren till höger). Bindning av TIA-1-proteinet till intronsplitsningsförstärkaren stabiliserar U1-bindning. Donatorstället som bildas vid 5'-änden av intronet hjälper splitsningsfaktorn U2AF att binda till 3'-splitsningsstället beläget uppströms exonet, även om mekanismen för detta ännu inte är klarlagd (bild b i figuren till höger) [39 ] . Exon 6 innehåller en pyrimidinrik splitsningsljuddämpare ( ure6 ) som PTB kan binda till. Om PTB-bindning inträffar, främjar inte donatorstället vid 5'-änden av intronen U2AF-bindning, och exonet hoppas över (bild c i figuren till höger).

Mekanismen som beskrivs ovan är ett exempel på exondefinition under skarvning. Splitsosomen sätts samman vid området för intronen och snRNP:n viker RNA:t så att 5'- och 3'-ändarna av intronen förenas. I det ovan beskrivna fallet samverkar emellertid exonändarna också. I det här fallet krävs interaktioner som definierar exongränser för bindning av kärnsplitsningsfaktorer före montering av spliceosomen vid gränserna för flankerande introner [39] .

Repressor-aktivatorkonkurrens: exon 2 av HIV-1 tat -genen

HIV  , ett retrovirus som orsakar AIDS  , bildar ett enda pre-mRNA, från vilket mer än 40 olika mRNA sedan bildas genom alternativ splitsning [40] . Balansen mellan olika splitsade transkript säkerställer bildandet av mRNA som kodar för alla proteiner som krävs för virusreplikation [41] . En av de annorlunda splitsade transkripten innehåller transkriptet av tat genen , där exon 2 är en kassett, det vill säga den kan antingen inkluderas i det slutliga transkriptet eller inte. Inkluderingen av denna exon regleras av splitsningsrepressorn hnRNP A1 och SR-proteinet SC35. I exon 2 överlappar ljuddämparsekvensen (ESS) och förstärkarsekvensen (ESE). Om A1-repressorn binder till ESS utlöser den samverkande bindning av A1- molekyler , vilket stänger donatorstället i 5'-änden uppströms om exon 2 och förhindrar U2AF35 från att binda till polypyrimidinområdet. Om SC35 binder till ESE, förhindrar det A1 från att binda och 5'-donatorstället förblir tillgängligt för spliceosomen. Konkurrens mellan repressorn och aktivatorn leder till bildandet av RNA, som innehåller eller inte innehåller exon 2 [40] .

Adaptivt värde

Alternativ splitsning är ett av undantagen från regeln att en gen motsvarar ett protein (hypotes "en gen - ett enzym ") [42] . Det skulle vara mer korrekt att säga: "en gen - många polypeptider ". Extern information behövs för att bestämma vilken polypeptid som ska bildas från ett givet mRNA. Eftersom regleringsmetoderna är nedärvda öppnar detta upp ett nytt sätt för mutationer att förändra genuttrycket [9] .

För eukaryoter antas alternativ splitsning vara ett mycket viktigt steg mot att öka effektiviteten av genuttryck, eftersom det gör det möjligt att lagra information mer ekonomiskt. En gen kan ge upphov till flera proteiner snarare än ett, så samma proteomdiversitet kan erhållas från ett betydligt mindre genom [3] . Det ger också evolutionär flexibilitet. En enda punktmutation kan leda till inkludering eller uteslutning av en exon från transkriptet, på grund av vilken en ny proteinisoform kan erhållas utan att förlora sin huvudform [3] . I själva verket har oordnade regioner hittats som innehåller många icke-konstitutiva exoner, så proteinisoformer kan utföra nya funktioner genom att ändra de funktionella modulerna på dessa platser [43] [44] [45] . Jämförande uppskattningar visar att uppkomsten av alternativ splitsning under evolutionens gång föregick uppkomsten av multicellularitet; tyder på att alternativ splitsning var ett av de medel som säkerställde uppkomsten av flercelliga organismer [46] .

Forskning av Human Genome Project och andra genomsekvenseringsprojekt har visat att det mänskliga genomet bara är 30 % större än det hos nematoden Caenorhabditis elegans och bara dubbelt så mycket som hos fruktflugan Drosophila melanogaster . Dessa data tyder på att komplexiteten hos människor och ryggradsdjur i allmänhet kan bero på den ökade användningen av alternativ splitsning jämfört med ryggradslösa djur [47] [48] . Ytterligare studier av genomiska sekvenser för människa, mus, råtta , bovin , D. melanogaster , C. elegans och Arabidopsis thaliana visade att det inte finns någon signifikant skillnad i användningen av alternativ splitsning mellan människor och andra eukaryoter [49] . Det finns emellertid bevis för att de erhållna uppgifterna är en artefakt associerad med ojämn inkludering i den jämförande analysen av komplementära DNA-sekvenser tagna från olika organismer. När man jämförde frekvensen av att använda alternativ splitsning för slumpmässiga prover av gener erhållna från jämförda organismer, visade det sig att alternativ splitsning fortfarande är vanligare hos ryggradsdjur än hos ryggradslösa djur [50] .

Klinisk betydelse

Förändringar i RNA-bearbetningsapparaten kan leda till splitsningsstörningar i många transkript, och enstaka nukleotidsubstitutioner i splitsningsställen eller cis- regulatoriska splitsningsställen leder till skillnader i splitsning av samma gen, som vid splitsning av ett muterat gentranskript. I en studie från 2005 visades det att över 60 % av mutationer som leder till utveckling av sjukdomar inte påverkar själva kodningssekvensen, utan splitsning [51] . Det har också visat sig att ungefär en tredjedel av de ärftliga sjukdomarna är förknippade med skarvningsrubbningar [25] .

Onormalt splitsade mRNA finns i en betydande andel av cancercellerna [7] [8] [10] . Analys av RNA-Seq och proteomer visade uttalade skillnader i uttrycket av splitsningsisoformer av de proteiner som är involverade i signalvägar associerade med cancerutveckling [52] . Det är inte känt om skarvningsstörningar påverkar utvecklingen av cancer direkt, eller om de är resultatet av ett sammanbrott i cellulära processer på grund av övergången till cancertillväxt. Det har noterats att i vissa typer av cancer, såsom tjocktarmscancer eller prostatacancer , varierade antalet skarvningsfel avsevärt hos olika patienter; detta fenomen har kallats transkriptomisk instabilitet [53] [54] .

Dessutom har transkriptominstabilitet visats vara associerad med minskat uttryck av splitsningsfaktorgener. Faktum är att i allmänhet används alternativ splitsning mindre i cancerceller än i normala celler, och splitsningsmönster skiljer sig också. I cancerceller inträffar således intronretention oftare än i normala celler, medan exon-hoppning inträffar mer sällan. Funktioner av splitsning i cancerceller kan vara associerade med en hög frekvens av somatiska mutationer i generna av splitsningsfaktorer, och vissa funktioner kan bero på förändringar i fosforyleringen av trans -regulatoriska splitsningsfaktorer [55] [9] . Vissa egenskaper hos skarvning kan vara förknippade med en förändring i det relativa antalet av dess faktorer; till exempel, ökade nivåer av splitsningsfaktor SF2/ASF [ [56] observeras i bröstcancerceller . En studie visade att en relativt liten andel (383 av 26 000) av alternativa splitsningsvarianter var betydligt vanligare i cancerceller än i normala celler; det följer att det finns ett begränsat antal gener vars avvikande splitsning leder till tumörutveckling [57] . Man tror dock att den skadliga effekten av försämrad skarvning begränsas av en speciell cellulär post-transkriptionell kontrollmekanism, nonsens-medierat förfall [58] .

Ett exempel på en gen vars specifika splitsningsvariant är associerad med utvecklingen av cancer hos människor är en av DNMT - generna . De tre DNMT-generna kodar för enzymer som lägger till metylgrupper till DNA, och modifiering av dessa gener har ofta reglerande effekter. Flera onormalt splitsade mRNA från DNMT3B -genen har hittats i tumörer och cancercellinjer [ . Uttryck av två av dessa mRNA orsakade förändringar i DNA- metylering i dessa celler. Celler med ett onormalt mRNA växte dubbelt så snabbt som kontrollceller, så de upptäckta mRNA är associerade med cancerutveckling [9] .

Ett annat exempel är proto-onkogenen Ron ( MST1R ). En viktig egenskap hos cancerceller är deras förmåga att migrera ( metastasera ) till normala vävnader och störa deras arbete. Bildandet av onormalt skarvat Ron-mRNA har associerats med ökade nivåer av SF2/ASF i bröstcancerceller. Den onormala Ron-isoformen översatt från detta mRNA ökade cellmotiliteten [56] .

Överuttryck av en trunkerad version av FOSB proteinet  , ΔFosB, i en specifik population av neuroner i nucleus accumbens ligger till grund för uppkomsten och underhållet av drogberoende och naturlig belöning  [ 59] [ 60] [61] [62] .

Nyligen genomförda studier pekar på rollen av kromatinstruktur och histonmodifieringar i regleringen av alternativ splitsning. Därför kan epigenetiska faktorer påverka inte bara genuttryck, utan också deras splitsning [63] .

Helgenomanalys

Genomomfattande analys av alternativ splitsning är en utmanande uppgift. Vanligtvis hittas alternativt splitsade transkript genom att jämföra uttryckta sekvenstaggar ( Engelska  uttryckta sekvenstaggar, EST ). De flesta EST-bibliotek är sammansatta från ett mycket begränsat antal vävnader, så vävnadsspecifika transkript har inte tidigare övervägts. Det har dock dykt upp metoder med hög genomströmning för att studera splitsning, såsom DNA-mikroarrayer och djupsekvensering ( eng.  djupsekvensering ). Dessa metoder kan användas för att söka efter polymorfismer och mutationer som finns i de splitsningselement som påverkar proteinbindning, eller i deras omedelbara närhet. Genom att kombinera dessa metoder med splitsningstekniker såsom in vitro reportergenanalys , är det möjligt att studera effekten av polymorfismer och mutationer på pre-mRNA splitsning [25] [30] [64] .

Mikroarrayanalys använder DNA-fragment som är enstaka exoner (som Affymetrix microarray ) eller gränser mellan exoner. Det märkta cDNA:t från vävnaden av intresse läggs sedan till mikroarrayen. Detta prob-cDNA binder komplementärt till DNA-fragment som redan finns på mikroarrayen. Tack vare denna metod kan närvaron av vissa alternativt splitsade mRNA detekteras [65] .

CLIP-metoden ( engelska  Cross-linking and immunoprecipitation  - the formation of cross-links and immunoprecipitation ) använder UV-strålning för att bilda tvärbindningar mellan proteiner och RNA som genomgår splitsning. De transverkande regulatoriska splitsningsproteinerna fälls sedan ut med specifika antikroppar . När RNA associerat med proteinet isoleras och klonas, bestäms sekvensen av RNA som associeras med det regulatoriska proteinet [6] . Användningen av reportergener gör det möjligt att identifiera splitsningsproteiner involverade i specifika fall av alternativ splitsning: beroende på hur splitsningen ägde rum kommer reportergenen att ge upphov till två olika fluorescerande proteiner . Denna metod användes för att isolera mutanter med nedsatt splitsning och för att identifiera regulatoriska splitsningsproteiner inaktiverade i dessa mutanter [6] .

Se även

Anteckningar

  1. 1 2 Blencowe B. J.  Alternativ splitsning: Nya insikter från globala analyser  // Cell. - 2006. - Vol. 126, nr. 1. - S. 37-47. - doi : 10.1016/j.cell.2006.06.023 .
  2. 1 2 Dymshits G. M., Sablina O. V.  "Broken" gener and splicing  // Vavilov Journal of Genetics and Breeding. - 2014. - V. 18, nr 1 . - S. 71-80 .
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 Black D. L.  Mechanisms of Alternative Pre-Messenger RNA Splicing  // Annual Review of Biochemistry. - 2003. - Vol. 72. - s. 291-336. - doi : 10.1146/annurev.biochem.72.121801.161720 . — PMID 12626338 .
  4. 1 2 Pan Qun, Shai O., Lee L. J., Frey B. J., Blencowe B. J.  Deep Surveying of Alternative Splicing Complexity in the Human Transcriptome by High-Throughput Sequencing  // Nature Genetics. - 2008. - Vol. 40, nej. 12. - P. 1413-1415. - doi : 10.1038/ng.259 . — PMID 18978789 .
  5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Matlin A. J., Clark F., Smith C. W.  Understanding Alternative Splicing: Towards a Cellular Code  // Naturrecensioner. Molekylär cellbiologi. - 2005. - Vol. 6, nr. . - s. 386-398. doi : 10.1038 / nrm1645 . — PMID 15956978 .
  6. 1 2 3 David C. J., Manley J. L.  The Search for Alternative Splicing Regulators: New Approaches Offer a Path to a Splicing Code  // Gener & Development. - 2008. - Vol. 22, nr. 3. - P. 279-285. - doi : 10.1101/gad.1643108 . — PMID 18245441 .
  7. 1 2 Skotheim R. I., Nees M.  Alternativ Splicing in Cancer: Noise, Functional or Systematic? // The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. - 2007. - Vol. 39, nr. 7-8. - P. 1432-1449. - doi : 10.1016/j.biocel.2007.02.016 . — PMID 17416541 .
  8. 1 2 He Chunjiang, Zhou Fang, Zuo Zhixiang, Cheng Hanhua, Zhou Rongjia.  En global syn på cancerspecifika transkriptvarianter genom subtraktiv transkriptomomfattande analys  // PLoS One . - 2009. - Vol. 4, nr. 3. - P. e4732. - doi : 10.1371/journal.pone.0004732 . — PMID 19266097 .
  9. 1 2 3 4 Fackenthal J. D., Godley L. A.  Aberrant RNA Splicing and its Functional Consequences in Cancer Cells  // Sjukdomsmodeller och mekanismer. - 2008. - Vol. 1, nr. 1. - S. 37-42. - doi : 10.1242/dmm.000331 . — PMID 19048051 .
  10. 1 2 Sveen A., Kilpinen S., Ruusulehto A., Lothe R. A., Skotheim R. I.  Aberrant RNA Splicing in Cancer; Uttrycksförändringar och drivrutinsmutationer av splitsningsfaktorgener  // Onkogen. - 2016. - Vol. 35, nr. 19. - P. 2413-2427. - doi : 10.1038/onc.2015.318 . — PMID 26300000 .
  11. Zhou Jianbiao, Chng Wee-Joo.  Avvikande RNA-skarvning och mutationer i spliceosomkomplex vid akut myeloid leukemi  // Stamcellsundersökning. - 2017. - Vol. 4, nr. 2. - P. 6. - doi : 10.21037/sci.2017.01.06 . — PMID 28217708 .
  12. Chow L. T., Gelinas R. E., Broker T. R., Roberts R. J.  An Amazing Sequence Arrangement at the 5' Ends of Adenovirus 2 messenger RNA  // Cell. - 1977. - Vol. 12, nr. 1. - S. 1-8. - doi : 10.1016/0092-8674(77)90180-5 . — PMID 902310 .
  13. Berget S. M., Moore C., Sharp P. A.  Splitsade segment vid 5'-terminalen av Adenovirus 2 Late mRNA  // Proc. Nat. Acad. sci. USA . - 1977. - Vol. 74, nr. 8. - P. 3171-3175. — PMID 269380 .
  14. 1 2 Leff S. E., Rosenfeld M. G., Evans R. M.  Complex Transcriptional Units: Diversity in Gene Expression by Alternative RNA Processing  // Annual Review of Biochemistry. - 1986. - Vol. 55. - P. 1091-1117. doi : 10.1146 / annurev.bi.55.070186.005303 . — PMID 3017190 .
  15. Chow L. T., Broker T. R.  The Spliced ​​Structures of Adenovirus 2 Fiber Message and the Other Late mRNAs  // Cell. - 1978. - Vol. 15, nr. 2. - P. 497-510. - doi : 10.1016/0092-8674(78)90019-3 . — PMID 719751 .
  16. Nevins J. R., Darnell J. E.  Steg i bearbetningen av Ad2-mRNA: Poly(A) + Nukleära sekvenser bevaras och poly(A)-addition föregår splitsning  // Cell. - 1978. - Vol. 15, nr. 4. - P. 1477-1493. - doi : 10.1016/0092-8674(78)90071-5 . — PMID 729004 .
  17. Rosenfeld M. G., Amara S. G., Roos B. A., Ong E. S., Evans R. M.  Altered Expression of the Calcitonin Gene Associated with RNA Polymorphism  // Nature . - 1981. - Vol. 290, nr. 5801. - S. 63-65. — PMID 7207587 .
  18. Rosenfeld M. G., Lin C. R., Amara S. G., Stolarsky L., Roos B. A., Ong E. S., Evans R. M.  Calcitonin mRNA Polymorphism: Peptide Switching Associated with Alternative RNA Splicing Events  // Proc. Nat. Acad. sci. USA . - 1982. - Vol. 79, nr. 6. - P. 1717-1721. — PMID 6952224 .
  19. Maki R., Roeder W., Traunecker A., ​​​​Sidman C., Wabl M., Raschke W., Tonegawa S.  Rollen för DNA-omarrangering och alternativ RNA-bearbetning i uttrycket av immunoglobulindeltagener  // Cell. - 1981. - Vol. 24, nr. 2. - s. 353-365. - doi : 10.1016/0092-8674(81)90325-1 . — PMID 6786756 .
  20. Schmucker D., Clemens J. C., Shu Huidy, Worby C. A., Xiao Jian, Muda M., Dixon J. E., Zipursky S. L.  Drosophila Dscam Is an Axon Guidance Receptor Exhibiting Extraordinary Molecular Diversity  // Cell. - 2000. - Vol. 101, nr. 6. - P. 671-684. - doi : 10.1016/S0092-8674(00)80878-8 . — PMID 10892653 .
  21. 1 2 3 4 Sammeth M., Foissac S., Guigó R.  En allmän definition och nomenklatur för alternativa skarvningshändelser  // PLOS Computational Biology . - 2008. - Vol. 4, nr. 8. - P. e1000147. - doi : 10.1371/journal.pcbi.1000147 . — PMID 18688268 .
  22. 1 2 Gener enligt Lewin, 2017 , sid. 579.
  23. 1 2 3 4 5 6 7 Tian Na, Li Jialiang, Shi Jinming, Sui Guangchao.  Från allmän avvikande alternativ splitsning i cancer och dess terapeutiska tillämpning till upptäckten av en onkogen DMTF1-isoform  // International Journal of Molecular Sciences. - 2017. - Vol. 18, nr. 3. - P. e191. - doi : 10.3390/ijms18030191 . — PMID 28257090 .
  24. Atambayeva Sh. A., Khailenko V. A., Ivashchenko A. T.  Intron- och exonlängdsvariation i Arabidopsis , Rice, Nematode och Human  // Molecular Biology. - 2008. - Vol. 42, nr. 2. - P. 312-320. - doi : 10.1134/S0026893308020180 .
  25. 1 2 3 4 Lim Kian Huat, Ferraris L., Filloux M. E., Raphael B. J., Fairbrother W. G.  Använda positionsfördelning för att identifiera splitsningselement och förutsäga pre-mRNA-bearbetningsdefekter i mänskliga gener  // Proc. Nat. Acad. sci. USA . - 2011. - Vol. 108, nr. 27. - P. 11093-11098. - doi : 10.1073/pnas.1101135108 . — PMID 21685335 .
  26. Gao Kaiping, Masuda A., Matsuura T,, Ohno K.  Human Branch Point Consensus Sequence is yUnAy  // Nucleic Acids Research. - 2008. - Vol. 36, nr. 7. - P. 2257-2267. doi : 10.1093 / nar/gkn073 . — PMID 18285363 .
  27. Clark D. . Molekylärbiologi. - Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2005. - 784 s. — ISBN 0-12-175551-7 .
  28. Warf M. B., Berglund J. A.  Role of RNA Structure in Regulating pre-mRNA Splicing  // Trends in Biochemical Sciences. - 2010. - Vol. 35, nr. 3. - S. 169-178. - doi : 10.1016/j.tibs.2009.10.004 . — PMID 19959365 .
  29. Reid D. C., Chang B. L., Gunderson S. I., Alpert L., Thompson W. A., Fairbrother W. G.  Next-Generation SELEX identifierar sekvens och strukturella determinanter för splitsningsfaktorbindning i human pre-mRNA-sekvens  // RNA. - 2009. - Vol. 15, nr. 12. - P. 2385-2397. - doi : 10.1261/rna.1821809 . — PMID 19861426 .
  30. 1 2 3 4 Wang Zefeng, Burge C. B.  Splicing Regulation: from a parts List of Regulatory Elements to an Integrated Splicing Code  // RNA. - 2008. - Vol. 14, nr. 5. - P. 802-813. - doi : 10.1261/rna.876308 . — PMID 18369186 .
  31. 1 2 Barash Y., Calarco J. A., Gao Weijun, Pan Qun, Wang Xinchen, Shai O., Blencowe B. J., Frey B. J.  Deciphering the Splicing Code  // Nature . - 2010. - Vol. 465, nr. 7294. - S. 53-59. - doi : 10.1038/nature09000 . — PMID 20445623 .
  32. Das S., Krainer A. R.  Emerging Functions of SRSF1, Splicing Factor and Oncoprotein, in RNA Metabolism and Cancer  // Molecular Cancer Research. - 2014. - Vol. 12, nr. 9. - P. 1195-1204. - doi : 10.1158/1541-7786.MCR-14-0131 . — PMID 24807918 .
  33. Manley J. L., Krainer A. R.  En rationell nomenklatur för serin/argininrika proteinsplitsningsfaktorer (SR-proteiner)  // Gener & Development. - 2010. - Vol. 24, nr. 11. - P. 1073-1074. - doi : 10.1101/gad.1934910 . — PMID 20516191 .
  34. Ke Shengdong, Zhang Xiang H.-F., Chasin L. A.  Positivt urval som agerar på splitsningsmotiv reflekterar kompensatorisk evolution  // Genomforskning. - 2008. - Vol. 18, nr. 4. - P. 533-543. - doi : 10.1101/gr.070268.107 . — PMID 18204002 .
  35. Fairbrother W. G., Holste D., Burge C. B., Sharp P. A.  Single Nucleotide Polymorphism-Based Validation of Exonic Splicing Enhancers  // PLOS Biology . - 2004. - Vol. 2, nr. 9. - P. e268. - doi : 10.1371/journal.pbio.0020268 . — PMID 15340491 .
  36. 1 2 Lynch K. W., Maniatis T.  Sammansättning av specifika SR-proteinkomplex på distinkta reglerande element av Drosophila Doublesex Splicing Enhancer  // Gener & Development. - 1996. - Vol. 10, nr. 16. - P. 2089-2101. - doi : 10.1101/gad.10.16.2089 . — PMID 8769651 .
  37. Graveley B. R., Hertel K. J., Maniatis T.  Rollen för U2AF35 och U2AF65 i Enhancer-Dependent Splicing  // RNA. - 2001. - Vol. 7, nr. 6. - P. 806-818. — PMID 11421359 .
  38. Filipowicz E., Adegboyega P., Sanchez R. L., Gatalica Z.  Expression of CD95 (Fas) in Sun-Exposed Human Skin and Cutaneous Carcinomas  // Cancer. - 2002. - Vol. 94, nr. 3. - P. 814-819. - doi : 10.1002/cncr.10277 . — PMID 11857317 .
  39. 1 2 Izquierdo J. M., Majós N., Bonnal S., Martínez C., Castelo R., Guigó R., Bilbao D., Valcárcel J.  Regulation of Fas Alternative Splicing by Antagonistic Effects of TIA-1 and PTB on Exon Definition  // Molecular Cell. - 2005. - Vol. 19, nr. 4. - s. 475-484. - doi : 10.1016/j.molcel.2005.06.015 . — PMID 16109372 .
  40. 1 2 Zahler A. M., Damgaard C. K., Kjems J., Caputi M.  SC35 and Heterogeneous Nuclear Ribonucleoprotein A/B Proteins Bind to a Juxtaposed Exonic Splicing Enhancer/Exonic Splicing Silencer Element to Regulate HIV-1 tat Exon  //2 The Journal Splicing Exon av biologisk kemi. - 2004. - Vol. 279, nr. 11. - P. 10077-10084. - doi : 10.1074/jbc.M312743200 . — PMID 14703516 .
  41. Jacquenet S., Méreau A., Bilodeau P. S., Damier L., Stoltzfus C. M., Branlant C.  A Second Exon Splicing Silencer inom humant immunbristvirus Typ 1 tat Exon 2 undertrycker splitsning av Tat-mRNA och binder protein hnRNP H  // The Journal i biologisk kemi. - 2001. - Vol. 276, nr. 44. - P. 40464-40475. - doi : 10.1074/jbc.M104070200 . — PMID 11526107 .
  42. HHMI-bulletin september 2005: Alternativ skarvning . // Webbplats www.hhmi.org . Tillträdesdatum: 26 maj 2009. Arkiverad från originalet 22 juni 2009.
  43. Romero P. R., Zaidi S., Fang Ya Yin, Uversky V. N., Radivojac P., Oldfield C. J., Cortese M. S., Sickmeier M., LeGall T., Obradovic Z., Dunker A. K. Alternative Splicing in Concert with Protein Intrinsic Disorder Enable Enable Mångfald i flercelliga organismer  // Proc. Nat. Acad. sci. USA . - 2006. - Vol. 103, nr. 22. - P. 8390-8395. - doi : 10.1073/pnas.0507916103 . — PMID 16717195 .
  44. Li Hong-Dong, Menon R., Omenn G. S., Guan Yuanfang.  The Emerging Era of Genomic Data Integration for Analysing Splice Isoform Function  // Trends in Genetics. - 2014. - Vol. 30, nej. 8. - s. 340-347. - doi : 10.1016/j.tig.2014.05.005 . — PMID 24951248 .
  45. Eksi R., Li Hong-Dong, Menon R., Wen Yuchen, Omenn G. S., Kretzler M., Guan Yuanfang.  Systematiskt differentierande funktioner för alternativt splitsade isoformer genom att integrera RNA-seq-data  // PLOS Computational Biology . - 2013. - Vol. 9, nr. 11. - P. e1003314. - doi : 10.1371/journal.pcbi.1003314 . — PMID 24244129 .
  46. Irimia M., Rukov J. L., Penny D., Roy S. W.  Funktionell och evolutionär analys av alternativt splitsade gener är förenlig med ett tidigt eukaryot ursprung för alternativ splitsning  // BMC Evolutionary Biology. - 2007. - Vol. 7. - P. 188. - doi : 10.1186/1471-2148-7-188 . — PMID 17916237 .
  47. Ewing B., Green P.  Analys av uttryckta sekvensetiketter indikerar 35 000 mänskliga gener  // Naturgenetik. - 2000. - Vol. 25, nr. 2. - S. 232-234. - doi : 10.1038/76115 . — PMID 10835644 .
  48. Roest Crollius H., Jaillon O., Bernot A., Dasilva C., Bouneau L., Fischer C., Fizames C., Wincker P., Brottier P., Quétier F., Saurin W., Weissenbach J.  Estimate av mänskligt gennummer tillhandahållet av genomomfattande analys med användning av Tetraodon nigroviridis DNA-sekvens  // Nature Genetics. - 2000. - Vol. 25, nr. 2. - S. 235-238. - doi : 10.1038/76118 . — PMID 10835645 .
  49. Brett D., Pospisil H., Valcárcel J., Reich J., Bork P.  Alternativ Splicing and Genome Complexity  // Nature Genetics. - 2002. - Vol. 30, nej. 1. - P. 29-30. - doi : 10.1038/ng803 . — PMID 11743582 .
  50. Kim E., Magen A., Ast G.  Olika nivåer av alternativ splitsning bland eukaryoter  // Nucleic Acids Research. - 2007. - Vol. 35, nr. 1. - S. 125-131. doi : 10.1093 / nar/gkl924 . — PMID 17158149 .
  51. López-Bigas N., Audit B., Ouzounis C., Parra G., Guigó R.  Är splitsningsmutationer den vanligaste orsaken till ärftliga sjukdomar?  // FEBS Letters. - 2005. - Vol. 579, nr. 9. - P. 1900-1903. - doi : 10.1016/j.febslet.2005.02.047 . — PMID 15792793 .
  52. Omenn G. S., Guan Yuanfang, Menon R.  A New Class of Protein Cancer Biomarker Candidates: Differentially Expressed Splash Variants of ERBB2 (HER2/neu) and ERBB1 (EGFR) in Breast Cancer Cell Lines  // Journal of Proteomics. - 2014. - Vol. 107. - S. 103-112. - doi : 10.1016/j.jprot.2014.04.012 . — PMID 24802673 .
  53. Sveen A., Johannessen B., Teixeira M. R., Lothe R. A., Skotheim R. I.  Transcriptome Instability as a Molecular Pan-Cancer Characteristic of Carcinomas  // BMC Genomics. - 2014. - Vol. 15. - P. 672. - doi : 10.1186/1471-2164-15-672 . — PMID 25109687 .
  54. Sveen A., Agesen T. H., Nesbakken A., Rognum T. O., Lothe R. A., Skotheim R. I.  Transcriptome Instability in Colorectal Cancer Identified by Exon Microarray Analyzes: Associations with Splicing Factor Expression Levels and Patient Survival  // Genome Medicine. - 2011. - Vol. 3, nr. 5. - P. 32. - doi : 10.1186/gm248 . — PMID 21619627 .
  55. Kim E., Goren A., Ast G.  Insights into the Connection between Cancer and Alternative Splicing  // Trends in Genetics. - 2008. - Vol. 24, nr. 1. - S. 7-10. - doi : 10.1016/j.tig.2007.10.001 . — PMID 18054115 .
  56. 1 2 Ghigna C., Giordano S., Shen Haihong, Benvenuto F., Castiglioni F., Comoglio P. M., Green M. R., Riva S., Biamonti G.  Cellmotilitet kontrolleras av SF2/ASF genom alternativ splitsning av Ron Protoonkogen  // Molecular Cell. - 2005. - Vol. 20, nej. 6. - P. 881-890. - doi : 10.1016/j.molcel.2005.10.026 . — PMID 16364913 .
  57. Hui Lijian, Zhang Xin, Wu Xin, Lin Zhixin, Wang Qingkang, Li Yixue, Hu Gengxi.  Identifiering av alternativa splitsade mRNA-varianter relaterade till cancer genom Genome-Wide EST-justering  // Onkogen. - 2004. - Vol. 23, nr. 17. - P. 3013-3023. - doi : 10.1038/sj.onc.1207362 . — PMID 15048092 .
  58. Danckwardt S., Neu-Yilik G., Thermann R., Frede U., Hentze M. W., Kulozik A. E.  Abnormally Spliced ​​β-Globin mRNAs: a Single Point Mutation genererar transkript som är känsliga och okänsliga för nonsensmedierad mRNA-nedbrytning  // Blod. - 2002. - Vol. 99, nr. 5. - P. 1811-1816. — PMID 11861299 .
  59. Nestler E. J.  Cellular Bas of Memory for Addiction  // Dialogues in Clinical Neuroscience. - 2013. - Vol. 15, nr. 4. - P. 431-443. — PMID 24459410 .
  60. Ruffle J. K.  Molecular Neurobiology of Addiction: Vad handlar (Δ)FosB om?  // The American Journal of Drug and Alcohol Abuse. - 2014. - Vol. 40, nej. 6. - P. 428-437. - doi : 10.3109/00952990.2014.933840 . — PMID 25083822 .
  61. Biliński P., Wojtyła A., Kapka-Skrzypczak L., Chwedorowicz R., Cyranka M., Studziński T.  Epigenetic Regulation in Drug Addiction  // Annals of Agricultural and Environmental Medicine. - 2012. - Vol. 19, nr. 3. - s. 491-496. — PMID 23020045 .
  62. Olsen C. M.  Naturliga belöningar, neuroplasticitet och icke-drogberoende  // Neurofarmakologi. - 2011. - Vol. 61, nr. 7. - P. 1109-1122. - doi : 10.1016/j.neuropharm.2011.03.010 . — PMID 21459101 .
  63. Luco R. F., Allo M., Schor I. E., Kornblihtt A. R., Misteli T.  Epigenetics in Alternative pre-mRNA Splicing  // Cell. - 2011. - Vol. 144, nr. 1. - S. 16-26. - doi : 10.1016/j.cell.2010.11.056 . — PMID 21215366 .
  64. Fairbrother W. G., Yeh R. F., Sharp P. A., Burge C. B.  Predictive Identification of Exonic Splicing Enhancers in Human Genes  // Science . - 2002. - Vol. 297, nr. 5583. - P. 1007-1013. - doi : 10.1126/science.1073774 . — PMID 12114529 .
  65. Pan Qun, Shai O., Misquitta C., Zhang Wen, Saltzman A. L., Mohammad N., Babak T., Siu H., Hughes T. R., Morris Q. D., Frey B. J., Blencowe B. J.  Revealing Global Regulatory Features of Mammalian Alternative Splicing en kvantitativ mikroarrayplattform  // Molecular Cell. - 2004. - Vol. 16, nr. 6. - P. 929-941. - doi : 10.1016/j.molcel.2004.12.004 . — PMID 15610736 .

Litteratur

  • Krebs J., Goldstein E., Kilpatrick S.. Gener enligt Lewin. - M . : Kunskapslaboratoriet, 2017. - 919 sid. — ISBN 978-5-906828-24-8 .

Länkar