什麼是替代剪接，為什麼重要？

您需要刷新您的替代剪接知識嗎？好吧，別無其他！我們在這裏為我們的剪接機製提供幫助。但是，在我們陷入困境之前，讓我們從一些背景信息開始。

蛋白質合成的中心教條

我們知道，生物體的遺傳信息存儲在其基因，即基因組的功能亞基中。基因在細胞核中的DNA雙螺旋的鏈中排列。

我們還知道，在稱為轉錄的過程中，將此信息從DNA轉錄為信使RNA（mRNA）模板。顧名思義，此mRNA模板然後充當使蛋白質在稱為翻譯的過程中合成蛋白質的信使。

這是通常被稱為分子生物學的中央教條的第一部分，該教條最初是由弗朗西斯·克裏克（Francis Crick）於1958年描述的。[1]

但是，正如您現在可能知道的那樣，生物學從來都不是那麼簡單。在發現蛋白質合成背後的一般機製後，後來發現在病毒中，一些非編碼mRNA編碼序列（稱為內含子）需要從最終mRNA分子中去除或“剪接”，然後才能將其翻譯成蛋白質之前。[2,3]

去除這些內含子僅留下稱為外顯子的蛋白質編碼區域，必須通過RNA剪接來結合以產生成熟的mRNA以允許允許功能蛋白的翻譯。這些發現後來擴展到包括真核生物在內的其他生物。

作為一個快速摘要 - 較高真核生物中的大多數基因被轉錄為Pre-mRNA，該基因分別包含非編碼和編碼區域，稱為內含子和外顯子。

在剪接體介導的過程中，在外顯子保持時，內含子被去除，以產生最終的成熟mRNA序列。

如果您像我一樣，我總是發現這裏的術語非常令人困惑。我本可以期望內含子保持在序列和外顯子中以退出現場。但這太明顯了！

這是一個很好的助記符，可以幫助您保持正確的正確性前任ons是前任壓在最後的mRNA時Introns是在這tr灰（因此不在成熟的mRNA中）。好的，讓我們來到瑣事上。

如何發現替代剪接？

RNA剪接是在1970年代發現的，首先是病毒，然後是真核生物[2,3]。不久之後，科學家發現了替代的MRNA剪接模式，這些模式產生了不同的成熟mRNA，這些mRNA包含來自單個前體mRNA的各種外顯子組合。

因此，替代剪接是一種轉錄後修改，是一個過程，在二鏈接在前mRNA轉錄本中的外顯子或部分或非編碼區域被差異連接或跳過，導致多種蛋白質同種型被單個蛋白質同種。基因。

結果，替代剪接會增加可從可用基因組序列產生的蛋白質組的複雜性。

在真核生物中細胞基因的替代剪接的第一個例子是在IGM基因（免疫球蛋白超家族的成員）中鑒定出來的。[4,5]

這種剪接機製增加了轉錄後處理過程中基因的信息多樣性和功能能力，並為基因調節提供了機會（圖1）。

圖1。替代剪接會產生轉錄組多樣性並實現基因調節。它可以生成具有不同功能甚至相反功能的蛋白質編碼蛋白質的mRNA。允許使用的圖。[6]

還在我這兒？偉大的！那麼，替代剪接的意義是什麼？

好吧，它在人類的生物學複雜性和蛋白質組學多樣性中起著至關重要的作用，並顯著影響細胞過程，組織特異性，發育狀態和疾病狀況的各種功能。

因為它在許多生物學機製中非常重要，並且需要調節正常的生理功能，因此很容易受到失調的影響。

結果，替代剪接通常參與人類疾病（例如癌症）[7]和衰老。[8]

替代剪接如何工作？

在分子生物學中，順式作用調節元件被定義為染色體DNA的區域，該區域調節在同一染色體上發現的基因的轉錄或表達。

另一方麵，跨作用調節元件是一種與特定基因的順式作用元件結合以調節其轉錄的蛋白質。[9]

結果，前MRNA序列中的順式作用調節元件決定了保留哪些外顯子並剪接哪些外顯子。

這些元素通過結合不同的跨作用蛋白因子（例如絲氨酸 - 精氨酸（SR）蛋白（可作為剪接促進劑）和異質性核核糖核蛋白（HNRNP）結合，改變剪接。[10]

當剪接抑製劑與剪接增強子附近發現的剪接消音器結合時，可以在空間上抑製沉默。

這樣可以防止小核核糖核蛋白（SNRNP）和其他激活蛋白的結合或防止剪接體組裝。[10]

因此，替代外顯子的包含或剪接取決於組合效應，細胞豐度以及SR激活劑和HNRNP抑製劑之間的競爭結合。

替代剪接結果取決於剪接激活劑和抑製劑的化學計量和相互作用，以及剪接位點的空間構象和可及性。

為什麼替代剪接很重要？

平均而言，人類筆錄包含大約9個內含子。這與整個基因組中的數十萬個內含子有關，這些內含子占每個細胞的DNA含量的25％。

重要的是，替代剪接與人類中約15％的遺傳性疾病和癌症有關。[11]

高通量技術的進步，包括下一代RNA和DNA測序，促進了全基因組替代剪接的研究。

這些研究估計，> 95％的人類多外外生物基因表達多種剪接同工型。[7,12,13]

替代剪接事件在不同組織，發育期間以及個人和人群中受到差異調節。

這表明單個同工型可以發揮特定的空間或時間作用。[14,15]

CD44：替代剪接的示例

例如，已知有幾種剪接基因參與免疫。[16,17]

研究表明，CD44的替代剪接是一種具有10個可變盒式外顯子和六種不同蛋白質同工型的T細胞歸位的蛋白質，對於T細胞功能至關重要。[17]

CD44的可變外顯子編碼蛋白質的膜細胞外域的部分，並且某些可變外顯子的存在已顯示出增加CD44與各種蛋白質的締合。[17]

同工型表達取決於激活。這使幼稚的T細胞能夠表達最小的CD44同工型，該同工型缺少所有可變外顯子。

相比之下，活化的T細胞表達多個CD44同工型，從而表明CD44替代剪接對於激活很重要。[17]

替代剪接總結

這種重要的調節機製的範圍和作用仍需要在全基因組範圍內進行研究。現在很明顯，替代剪接比最初想象的更為廣泛和複雜。

另外，還揭示了替代剪接在不同人類病理中的作用。

結果，提高我們對替代剪接背後機製的理解將為治療發展帶來令人興奮的機會。

查看我們的同伴文章以獲取更多信息替代剪接對您的實驗意味著什麼。

參考

[1] Crick FH（1958）關於蛋白質合成。Symp Soc Exp Biol12：138–63。

[2] Chow Lt等。（1977）在5號上進行了驚人的序列布置？腺病毒2信使RNA的末端。細胞12：1–8。

[3] Berget SM等。（1977）腺病毒2末端的剪接段2晚mRNA。PNAS74：3171–5。

[4]劉CP等。（1980）小鼠免疫球蛋白M和D的重鏈基因的映射。科學209（4463）：1348–53

[5]早期等。（1980）免疫球蛋白重鏈變量區域基因是由DNA的三個段產生的：VH，D和JH。細胞19（4）：981–92。

[6] Grigoryev YA（2011）免疫中基因調控和信息控製的轉錄後機製。斯克裏普斯研究所，加利福尼亞州拉霍亞。

[7]王等。（2021）替代剪接：結直腸癌的重要調節機製。mol癌。60：279–93。

[8] Bhadra M等。（2020）衰老和壽命的替代剪接。哼聲139：357–69。

[9] Griffiths AJ等。（2000）“轉錄：真核生物中基因調節的概述”遺傳分析簡介，第七版。紐約：WH弗裏曼。

[10] Kelemen O等。（2013）替代剪接的功能。基因514（1）：1–30。

[11] Jiang W，Chen L（2020）替代剪接：高通量測序的人類疾病和定量分析。計算結構生物技術。19：183–95。

[12] PAN Q等。（2008）通過高通量測序對人類轉錄組中的替代剪接複雜性進行深入測量。NAT遺傳學。40（12）：1413–15。

[13] Irimia M，Roy SW（2014）剪接體內包含和替代剪接的起源。冷泉港觀點生物6（6）：A016071。

[14] Nilsen TW，Graveley BR（2010）通過替代剪接擴展真核蛋白質組。自然463（7280）：457–63。

[15] Licatalosi DD，Darnell RB（2010）RNA處理及其法規：全球對生物網絡的見解。Nat Rev Genet11（1）：75–87。

[16] Su Z，Huang D（2021）在控製免疫活性中，前MRNA的替代剪接。基因12（4）：574。

[17] Martinez NM，Lynch KW（2013）。免疫反應中替代剪接的控製：許多監管機構，許多預測，仍然需要學習。Immunol Rev253（1）：216–36。

最初於2012年12月28日發布。