despicare alternativă

despicare alternativă a ARNm

Alternativa despicare - un proces care permite unul pentru a produce mai multe gene ARNm și, prin urmare, proteinele. Cele mai multe gene in genomul eucariote contin exoni și introni. După transcriere în procesul intronilor despicare sunt eliminate din pre-mARN. Dar exon pot fi încorporate (sau nu) la transcrierea finală. Astfel, folosind despicare alternativă poate primi o pluralitate de transcrieri, și, prin urmare proteina. Combinând situsuri diferite de alipire permite gene individuale pentru a exprima varietatea de ARNm. care codifică proteine, uneori cu funcții antagoniste. Exon despicare a unui exemplu de realizare poate fi un intron într-un mod alternativ. variante de legare diferite pot avea ca rezultat formarea de izoforme diferite ale aceleiași proteine. De exemplu, o gena troponina este format din 18 exoni si codifica multiple izoforme de proteine musculare. Izoforme diferite ale troponina sunt formate în diferite țesuturi și în anumite stadii ale dezvoltării lor.

Este de așteptat ca în eucariotele despicare alternativă poate fi importantă realizare evolutiv: creșterea eficienței de stocare a datelor. [1] a fost demonstrat recent că aproximativ 95% din genele umane se observă despicare alternativă multiexon. [2] roundworm numarul Caenorhabditis elegans Genome de gene este practic identic cu genomului uman, cu toate acestea, secționarea alternativă a pre-ARNm sunt supuse doar 15% din gene. Astfel, despicare alternativă poate crește diversitatea produselor genetice proteine. menținând în același timp un număr relativ mic de gene diferite in genomul si fara a crea exces de copii ale genelor.

Diferite variante de legare alternative ale aceluiași pre-ARNm care poate fi realizată în diferite perioade ale corpului și / sau în diferite țesuturi și în diferite indivizi din aceeași specie. [3]

Unul dintre cele mai impresionante exemple de despicare alternative - gena dscam in Drosophila melanogaster. conținând 116 exonii, dintre care 17 se încadrează întotdeauna în ARNm-ului final. Teoretic, acest sistem poate produce 38,016 proteine diferite. De fapt, mai mult de 18.000 de gasit in Drosophila melanogaster. Proteinele Dscam sunt responsabile pentru localizarea corectă a neuronilor și este probabil să fie implicate în recunoașterea și fagocitoza bacteriilor străine. [4]

clasificare

Alt despicare bestiar

Există mai multe mecanisme de despicare alternative:

Săriturii peste exoni sau casete exon. în acest caz, exonul poate fi stripat din transcriptul primar sau stocate în acesta. Acesta este cel mai frecvent utilizat mecanism la mamifere.
exonii exclud reciproc. din cele două exonilor în procesul-verbal final este păstrat doar unul.
Utilizarea site-ului alternativ donator. Există mai multe „situsuri de îmbinare (site-uri donatoare), care se schimbă 3“ 5 alternative de delimitare a supraiacent (amonte) exon.
Utilizarea site-ului alternativ acceptor. folosesc diferite situsuri de legătură 3“(situri acceptoare), care modifică inferior 5'-frontiera-exonul (în aval).
Intron de retenție. intron este reținut în secvența transcript. Dacă un intron localizat în secvența de codificare, poate codifica un codon stop, sau deplasarea cadrului de citire. Și care ar putea duce la pierderea funcționalității de proteine, astfel încât acest mecanism alternativ despicare este rar utilizat la mamifere.

Pe lângă descris mecanisme de bază despicare alternativă există încă 2 alt mecanism prin care ARNm diferit poate fi produs dintr-o singură genă: multiple promotori și situsuri de poliadenilare multiple. Transcrierea poate începe din diferite puncte. Aceasta are ca rezultat transcrierile cu diferite exoni la capătul 5 '(multiple promotori). poliadenilare multiple oferă diferite 3 „ale transcriptului. Ambele mecanisme sunt găsite în combinație cu despicare alternativă și se adaugă diversitate în tipuri de ARNm derivate dintr-o singură genă. [2] [5]

Matisirea se realizează spliceosome - structură masivă care include 5 mici particule nucleoproteină nucleară (snRNP) - U1, U2, U4, U5 și U6 (U3 nu este implicat în despicare) - și un număr mare de proteine auxiliare. Împreună, ei pot recunoaște cu precizie și un catalizator pentru site-uri de îmbinare despicare două etape de reacție.

asamblare spliceosomes începe cu despicare recunoașterea U1 Situsul 5. După această despicare 1 (SF1) factor se leagă la punctul de ramură (punct ramură, de obicei, adenozină). Un astfel de pachet este numit E“. Apoi subunității mari (65 kDa) U2 factor heterodimeric auxiliar (U2AF) formează un complex cu porțiune polypyrimidine (tractul polypyrimidine) și subunitatea mică (35 kDa) U2AF se leagă la AG 3 'terminală la joncțiunea intron și exon. Acest ansamblu complex format este un ATP-independent și a numit complexul E. Ulterior, după SF1 pentru a înlocui U2 la punctul de ramificare, complexul devine E dependentă de ATP complex A.

Formarea ulterioară a trei U4 / complex U6 U5 conduce la formarea unui complex în care, după modificări conformaționale extinse și rearanjamente convertite într-un complex catalitic activ C. [6] U6 ia poziția U1 și U1 și U4 merge. Complexul 2 este supus reacției de transesterificare rămase. În prima reacție, capătul 5 „al intronului exon este clivat de la care înainte de aceasta, și este conectat la site-ul de ramificare A prin 2“, legătura 5'-fosfodiester. In a doua reacție de transesterificare, capătul 3 'al intronului este clivat din exonul care se află mai departe de-a lungul secvenței, și cele două exoni împreună. Intronul rezultată este eliberat sub forma unui lasou, și ulterior degradate. [7]

Exista diverse tehnici pentru reglarea despicare alternative: interacțiuni ARN-proteină, interacțiuni ARN-ARN (pentru exoni se exclud reciproc), reacția pre-ARNm din ARN care nu codifică, inclusiv ARN nucleolar mici etc. In ciuda acestor potentiale mecanisme de reglementare diversitate de ARN-proteine. interacțiuni sunt considerate modalități de bază de reglementare despicare. [8]

elemente de reglementare

amplificatori exon despicare (Promotori despicare exonice,) ESE
amortizoare de zgomot Exons matisate (amortizoare de zgomot despicare exonice, ESSS)
amplificatori de îmbinare a intronilor (Promotori despicare intronice, ISEs)
introni amortizoare de zgomot despicare (amortizoarele despicare intronice, SISS)

De reglementare pentru a ajuta la identificarea site-ului de îmbinare

Proteine SR (serină (S) / arginină (R) proteine bogate) joacă un rol major în recunoașterea sitului splice. De exemplu, în cazul în care interacționează cu amplificatori de exoni (ESE), ele ajuta U1 se leagă site-ul 5'-lipitură. și U2AF și site-ul de îmbinare U2 3“. Aceste interacțiuni (potențiatori SR c) apar datorită domeniilor lor RS (Arg-Ser conține repetiții). Proteinele SR pot lucra împreună cu alte controale pozitive. [6]

SRp38 proteină SR (de asemenea, cunoscut sub numele de TASR, NSSR, FUSIP1 și SRrp40) acționează ca o despicare represor defosforilate. [9] Cu toate acestea, studii recente au arătat că starea fosforilată funcționează, de asemenea, ca un activator, secvență înnădite dependentă. [10]

Inhibarea site-ului lipitură de recunoaștere

Inhibă recunoaștere a site-ului de îmbinare poate fi în diferite moduri. În primul rând, amortizoare de zgomot atunci când despicare sunt situate în apropierea locului de îmbinare sau amplificatori de îmbinare. și în consecință inhibării sterică poate avea loc în care accesul este blocat la snRNP sau factori regulatori pozitivi. De exemplu, proteina de legare polipirimidin (PTB, de asemenea, cunoscut sub numele de PTB1 și hnRNP I), se leagă la polypyrimidine porțiune și prin aceasta blochează legarea U2AF cu exoni. despicare specific țesutului Factori FOX1 și FOX2, legarea la secvența intron poate inhiba formarea unui complex E“, împiedicând legarea SF1 cu punctul de ramificare. [6]

Inhibitorii despicare pot interfera cu steric legarea activatori intensificatori. proteină / ELAV Familie Hu inhibă legarea U1, TIA1 concurente cu proteina care interacționează cu regiunea AU-bogate situată mai departe de-a lungul secvenței sitului 5'-splice de exon 23a neyrofibromatoznogo tip 1 [11] FOX1 FOX2 și inhibă, de asemenea, formarea unui E complex, contactarea secvenței exonului situată aproape de ENE, unde se leaga TRA2 si sRp55. Din cauza acestei U2AF nu se poate obține un punct de sprijin. [12]

reglarea alipirii în funcție de poziția exonului

Acțiunea elementelor cis de reglementare, uneori, depinde de poziția exonului reglementate. Mai multe tipuri de proteine, cum ar fi, de exemplu NOVA1, NOVA2, FOX1, FOX2, hnRNP l, hnRNP l-like, hnRNP F și hnRNP H, poate acționa fie ca represori sau activatori, cum ar fi în funcție de localizarea situsului de legare. [13] [14] [15]

Poziția lipitură poate determina efectul factorilor de despicare. Amplificatorii pot fi amplasate astfel încât, atunci când factorii de îmbinare asociate cu acestea, celelalte exonul mai bine situat pentru spliceosomes acțiune. Sau invers, elementele de atenuare a zgomotului spliceosome componente concura cu sau într-un fel modifica structura ARNm prin prevenirea recunoașterii site-ului de îmbinare. [6]

Metode pentru detectarea despicare alternative

Metoda de bază pentru determinarea locațiilor de despicare alternative în acest moment este secvențierea bibliotecilor de ADNc. obținută la șablonul ARNm. Această metodă se numește ARN-Seq. Este de asemenea posibil să se utilizeze ADN-ul microarrays.

despicare alternativă și boala

Modificări în despicare alternativă poate provoca diferite boli: neurodegenerative, boli cardiovasculare, boli respiratorii, precum cancerul și boala Alzheimer. În țesuturile în care există o multitudine de procese (de exemplu, creier) necesită cantități mari de proteine pentru diferite funcții. Orice defect despicare alternativă poate schimba dramatic compozitia proteinelor in celula si ca rezultat vor exista mai multe boli neurologice. Aceste defecte pot fi împărțite în două grupe principale: defecte primare și secundare din despicare.

defecte despicare primara

Când defectul primar se produce mutația despicare în secvența care este importantă pentru trecerea corectă a despicare alternative. Prin urmare, despicare nu se produce în mod corespunzător. Multe mutații care duc la boli cauzate de tulburări ale splicing pre-ARNm. Exemple sunt sindromul Louis-Bar și neurofibromatoza. Jumătate dintre pacienții care suferă de aceste boli, poartă mutații care afectează trecerea de despicare de pre-ARNm. Un alt exemplu de tulburări splicing primare a fost observată la pacienții cu demență frontotemporală (autozomal dominanta tulburare asociată cu cromozomul 17). Defecte in transcrierile matisate duce la modificari in proteine asociate tau-microtubuli, - MAPT. Aceste proteine se acumuleaza in axonilor in crestere sau neuroni. Modificări în MAPT despicare poate duce, de asemenea, la alte boli, cum ar fi boala Alzheimer. distrofie musculară, disfuncție gliale și degenerare a măduvei spinării. Distrofiei musculare Duchenne (DMD) - aceasta este rezultatul unei mutatii ale genei distrofină. Mutațiile provoca tulburări în splicing și producerea de ARNm anormale. Diferite mutații în distrofina pre-ARNm induce o opțiune intermediară DMD Distrofia musculară Becker (BMD).

defecte secundare despicare

Sub defectelor secundare despicare se referă la o mutatie in factorii de reglementare, care sunt foarte importante pentru procesul de despicare. Acțiunea diferitelor activatori și / sau represorii poate determina calea despicare alternative. În funcție de faptul dacă operează autoritatea de reglementare, modificări pre-ARNm. În unele cazuri, aceasta poate duce la încălcări grave. Un exemplu de astfel de tulburări este sindromul Prader-Willi. o boala genetica caracterizata prin anomalii intelectuale și comportamentale.

Acetilcolinesterazei enzima (AChE) colectate dintr-o serie de proteine. In timpul despicare alternative pot fi obținute trei izoforme de proteine care cauzeaza boli neurodegenerative precum Alzheimer și Parkinson. regulatori de despicare poate duce la dezechilibrate un exces de AChE-R, izoformă a acetilcolinesterazei, gasite la pacientii cu boala Alzheimer. [1]