Inhalt
- Grundlegendes Verständnis für alternatives Spleißen
- Exon überspringen
- Gegenseitig ausschließende Exons
- Alternative 3-Akzeptor-Sites
- Alternative 5-Spender-Sites
- Intron Retention
Alternatives Spleißen ist ein wesentlicher Bestandteil der Artenvielfalt. Verschiedene Arten nutzen diese Mechanismen, um regulatorische Funktionen zu erfüllen. Der Hauptvorteil des Spleißens besteht darin, dass durch Spleißen von Introns und Exons aus einem einzigen Gen mehrere Proteine gebildet werden können. Diese Mechanismen können jedoch auch verschiedene Krankheiten verursachen, wenn sie nicht reguliert werden. Die häufigsten Mechanismen sind Exon-Skipping, sich gegenseitig ausschließende Exons, alternative Akzeptorstellen, alternative Donorstellen und Intron-Retention.
Grundlegendes Verständnis für alternatives Spleißen
••• Comstock / Comstock / Getty ImagesEs ist keine Übertreibung zu sagen, dass ohne alternatives Spleißen keine Artenvielfalt möglich wäre. Alternatives Spleißen kann mehrere Proteine aus einem einzigen Gen produzieren. Diese Flexibilität ermöglicht es demselben Gen, zu unterschiedlichen Merkmalen beizutragen. Dies ist möglich aufgrund von Exons, bei denen es sich um Abschnitte von Nukleotiden handelt, die im RNA-Produkt verbleiben, und Introns, die durch RNA-Spleißung entfernt werden. Es gibt viele Arten des alternativen Spleißens, die zur Artenvielfalt in Eukaryoten beitragen. Aktivatoren wie das Startcodon AUG an der Spleißstelle fördern das Spleißen. Diese Mechanismen variieren in jeder Situation und es wird angenommen, dass sie die Zellfunktionen basierend auf bestimmten Bedingungen regulieren. Falsches Spleißen kann jedoch auch zu verschiedenen Krankheiten, einschließlich Krebs, führen.
Exon überspringen
Dieser Mechanismus wird auch als Kassetten-Exon bezeichnet, bei dem während der Transkription ein Exon aus dem Gen herausgespleißt wird. Ein Beispiel wäre das dsx-Gen in D. melanogaster (Fruchtfliege). Männer haben die Exons 1, 2, 3, 5 und 6, während Frauen die Exons 1, 2, 3 und 4 haben. Ein Polyadenylierungssignal in Exon 4 bewirkt, dass die Transkription an diesem Punkt stoppt. Exon 4 wird bei Frauen hinzugefügt, da einer der Aktivatoren nur bei Frauen und nicht bei Männern vorhanden ist.
Gegenseitig ausschließende Exons
••• Thomas Northcut / Lifesize / Getty ImagesBei sich gegenseitig ausschließenden Exons bleibt während der Transkription nur eines von zwei aufeinanderfolgenden Exons erhalten. Ein Beispiel ist die Regulation der Exons 8a und 8 in den CaV1.2-Calciumkanälen. Beim Timothy-Syndrom können die alternativen Formen dieser beiden Exons zu unterschiedlichen Krankheitssymptomen führen, wodurch die für die Muskelkontraktion erforderliche Calciumhomöostase gestört wird. Bei Patienten können jedoch nicht beide Exons existieren. nur einer von ihnen wird transkribiert, obwohl beide im Gen vorhanden sind.
Alternative 3-Akzeptor-Sites
Die Verbindungsstelle am 3'-Ende wird verwendet, wodurch die 5'-Grenze des stromabwärtigen Exons geändert wird. Ein Beispiel ist das Transformer (Tra) -Aktivatorprotein, das bei Frauen von D. melanogaster (Fruchtfliege) vorhanden ist. Das ursprüngliche Tra-Gen enthält zwei Akzeptorstellen, an denen sich das Gen während der Transkription spalten kann. Männer verwenden die Upstream-Akzeptorstelle, die ein Codon für einen frühen Stopp enthält. Dies bildet ein nicht funktionierendes Protein. Frauen verwenden die stromabwärts gelegene Akzeptorstelle, wodurch das Stoppcodon als Teil des Introns ausgeschnitten wird und ein funktionierendes Tra-Protein bildet.
Alternative 5-Spender-Sites
••• Comstock Images / Comstock / Getty ImagesDie Spleißverbindung am 5'-Ende wird verwendet, um die 3'-Grenze des stromaufwärtigen Exons zu ändern. Während alternative Akzeptorstellen zu geringen Variationen der Proteinsequenzen führen, können alternative Donorstellen zu drastischen Unterschieden in der Proteinsequenz und -struktur führen, da dies zu Frame-Verschiebungen führen kann. Ein Beispiel wäre das alternative Spleißen der Donorstelle des BTNL2-Gens. Die Verwendung der stromaufwärts gelegenen Stelle anstelle der stromabwärts gelegenen Stelle führt zu einem verkürzten Protein ohne die C-terminale IgC-Domäne oder die Transmembranhelix. Dies führt zu einer Veranlagung für chronisch entzündliche Erkrankungen.
Intron Retention
Ähnlich wie beim Exon-Skipping bleibt das Exon in der mRNA erhalten, aber im Gegensatz zum Exon-Skipping wird das Exon nicht von Introns flankiert. Wenn Introns vorhanden waren, werden sie häufig in den codierenden Regionen zwischen den Aminosäuren von nahegelegenen Exons, dem Stopcodon oder einer Verschiebung im Leseraster codiert, was dazu führt, dass das Protein nicht mehr funktioniert. Dies ist der am wenigsten verbreitete Mechanismus für alternatives Spleißen.