alternatywny splicing
DESCRIPTION
Alternatywny splicing. Wyjątek, który może być regułą?. Kamil Lipiński. Splicing jako potranskrypcyjna modyfikacja mRNA. Splicing konstytutywny (‘constitutive’)*. Splicing alternatywny (‘alternative’). Izoformy. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Alternatywny splicingAlternatywny splicingWyjątek, który może być regułą?Wyjątek, który może być regułą?
Kamil LipińskiKamil Lipiński
Splicing jako potranskrypcyjna modyfikacja Splicing jako potranskrypcyjna modyfikacja mRNAmRNA
Schematy: „Genoms” T. A. Brown, 2001
Splicing konstytutywny (‘constitutive’)* Splicing alternatywny (‘alternative’)
*W ‘Molecular Biology of the Gene’ w ramach splicingu alternatywnego wyróżnia się alternatywny splicing regulacyjny oraz konstytutywny, co ma zupełnie inne znaczenie. W tej samej publikacji podzielono jednocześnie cały splicing na konstytutywny i alternatywny, analogicznie jak w powyższy schematach.
Izoformy
Sekwencja intronu a splicingSekwencja intronu a splicing
Ogólny schemat składania mRNA
„Genoms” T. A. Brown
Sekwencje konserwatywne w intronach kręgowcówConajmniej 15%, a być może nawet do 50% ludzkich chorób genetycznych powstaje na skutek mutacji albo w miejscach splicingowych albo w innych elementach warunkujących poprawnych splicing*
*Understanding alternative splicing: towards a cellular code, Nature reviews: 2005
Spliceosom - rola snRNPSpliceosom - rola snRNPRozpoznanie miejsc cięcia i składania zachodzi na zasadzie hybrydyzacji snRNA z sekwencjami konserwatywnymi w intronach. Motywy te mogą znajdować się wewnątrz eksonu czy intronu przypadkowo (miejsca kryptyczne). Musi zatem istnieć mechanizm zapewniający ich ignorowanie.
„Biochemia” Streyer, 2005
Mechanizm wyboru miejsc cięciaMechanizm wyboru miejsc cięcia i składaniai składania
Elementy ‘cis-acting’
Elementy ‘trans-acting’
Sekwencje posiłkowe (‘auxiliary elements’)
Sekwence konserwatywne w intronach
Miejsca donorowe
Miejsca akceptorowe
Miejsca rozgałęzienia
Trakt polipirymidynowy (PPT) Silencery
Enhancery
snRNP spliceosomu
Czynniki splicingowe
Represory splicingu
Aktywatory splicingu
Schemat: projekt własny, na podstawie danych z różnych pozycji w bibliografii
Mechanizm wyboru miejsc cięcia i składaniaMechanizm wyboru miejsc cięcia i składaniaRekrutacja białek regulacyjnych (czynników splicingowych) na pre-mRNA wpływa na
rozpoznawanie miejsc cięcia i składania mRNA przez snRNP spliceosomu.
„Protein Diversity from Alternative Splicing. A Challenge for Bioinformatics and Post-Genome Biology” Douglas L. Black, Cell 103:368, 2000
• ESE – ‘exonic splicing enhancer’
• ISE – ‘intronic splicing enhancer’
• ESS – ‘exonic splicing silencer’
• ISS – ‘intronic splicing silencer’
Sekwencje rozpoznawane przez czynniki splicingowe:
Rola czynników splicingowychRola czynników splicingowych
PTB / hnRNPI
Rekrutacja białek regulacyjnych (czynników splicingowych) na pre-mRNA wpływa na rozpoznawanie miejsc cięcia i składania mRNA przez snRNP spliceosomu.
*RRM – „RNA Recognition Motif”
RRM3 i 4 rozpoznaje CUCUCU*
Schemat: http://www.mimg.ucla.edu, http://www.library.csi.cuny.edu
Białka z rodziny SR i hnRNP
Mechanizmy aktywacji i represjiMechanizmy aktywacji i represji
Schemat: na podstawie „Understanding alternative splicing (…)”, Nature reviews, 2005
PTB wypętla ekson N1 w ssaczym genie src, co powoduje jego pominięcie
Z pre-mRNA genu tat wirusa HIV1 powstają dwa warianty mRNA. Proporcja zależy od względnej ilości/aktywności hnRNPA1 i SF2/ASF
PoziomyPoziomy zjawiskazjawiska
Poprzez alternatywny splicing z jednego pre-mRNA danego genu powstają różne warianty mRNA (zazwyczaj więc różne izoformy białek):
• w jednym rodzaju komórek:
- gen receptora DSCAM Drosophila
- antygeny t/T wirusa SV40
• w komórkach różnego rodzaju (tkanki):
- gen α-tropomiozyny szczura
- src ssaków
• w komórkach różnych osobników tego samego gatunku:
- sxl, tra, tra-2, dsx - determinacja płci u Drosophila melanogaster
KlasyfikacjaKlasyfikacja
• Pominięcie eksonu (‘exon skipping’)
- sxl, dsx Drosophila
- gen α-tropomiozyny szczura
- src ssaków
• Zatrzymanie intronu (‘intron retention’)
• Alternatywne 5’końcowe miejsce
• Alternatywne 3’końcowe miejsce
- tra Drosophila
- gen antygenu T/t SV40
• Wybór jednego z eksonów
- gen receptora DSCAM Drosophila
Schemat: http://www.stanford.edu
Splicing antygenu T/t wirusa SV40
Obie izoformy powstają w zakażonej komórce w określonej proporcji.
AS w genie antygenu T/t wirusa SV40AS w genie antygenu T/t wirusa SV40
Zidentyfikowany czynnik splicingowy, odpowiedzialny za wybór 5’ miejsca, nazwano ASF (‘alternative splicing factor’). Czynnik ten okazał się być tym samym, co SF2 - czynnikiem biorącym udział we wczesnym etapie asocjacji spliceosomu na wielu różnych pre-mRNA różnych genów. Przykład wyboru alternatywnego 5’
miejsca do wspólnego 3’ miejsca
ASF/SF2 jest białkiem z rodziny SR. Zwiększona koncentracja promuje wybór 5’ miejsca najbliższego do 3’ miejsca.
Schemat: na podstawie „Genes VIII”, Benjamin Levin, 2004
AS AS αα--tropomiozyny szczura tropomiozyny szczura
Izoforma białka powstającego w wyniku ekspresji genu zależy od rodzaju komórki, a więc w różnych tkankach powstają różne warianty mRNA. Oznacza to, że mechanizm regulujący alternatywny splicing tego genu jest tkankowo specyficzny.
Schemat: http://www.oregonstate.edu
Izoformy tropomiozyny powstają w wyniku pomijania eksonów (‘exon skipping’)
AS genu DSCAM AS genu DSCAM DrosophilaDrosophila
„Protein Diversity from Alternative Splicing. A Challenge for Bioinformatics and Post-Genome Biology” Douglas L. Black, Cell 103:368, 2000
Każdy mRNA będzie zawierał jedną z:
• 12 możliwych alternatyw dla eksonu 4 (czerwony)
• 48 możliwych alternatyw dla eksonu 8 (niebieski)
• 33 możliwych alternatyw dla eksonu 9 (zielony)
• 2 możliwych alternatyw dla eksonu 17 (żółty)
W efekcie daje to możliwości powstania 38,016 różnych mRNA i białek
AS w determinacji płci somatycznej AS w determinacji płci somatycznej DrosophilaDrosophilaSpecyficzne dla płci alternatywne wycinanie intronów z pre-mRNA sxl Gen podlega samoregulacji: wczesne białko SXL powoduje pominięcie eksonu 3 w mRNA późnego białka SXL (prowadzi do represji splicingu)
Schemat: projekt własny, na podstawie danych z różnych pozycji w bibliografii
sxl – (‘sex lethal’) nadzędny gen regulatorowy somatycznej determinacji płci
AS w determinacji płci somatycznej AS w determinacji płci somatycznej DrosophilaDrosophila
Schemat: projekt własny, na podstawie danych z różnych pozycji w bibliografii
SXL promuje wybór kryptycznego 3’ miejsca splicingu wewnątrz eksonu 2. TRA powoduje pominięcie eksonu 4 w mRNA dsx, zawierającego kodon stop. Zarówno krótsza jak i dłuższa izoforma DSX jest funkcjonalna.
DSX(F) i DSX(M) są regulatorami transkrypcji genów wykonawczych
BibliografiaBibliografia
• „„Genetyka molekularna” , Genetyka molekularna” , praca zbiorowa pod redakcją Piotra Węgleńskiego, praca zbiorowa pod redakcją Piotra Węgleńskiego, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006
• „„Genomy”,Genomy”, T. A. Brown, przekład pod redakcją Piotra Węgleńskiego, Wydawnictwo T. A. Brown, przekład pod redakcją Piotra Węgleńskiego, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2001Naukowe PWN, Warszawa 2001
• „„Protein Diversity from Alternative Splicing. A Challenge for Bioinformatics and Post-Protein Diversity from Alternative Splicing. A Challenge for Bioinformatics and Post-Genome Biology”, Genome Biology”, Douglas L. Black, Douglas L. Black, CellCell 103:368, 2000 103:368, 2000
• „„Molecular Biology of the Gene, fifth edition”,Molecular Biology of the Gene, fifth edition”, James D. Watson et al.., 2004 James D. Watson et al.., 2004
• „„Genes VIII”,Genes VIII”, Benjamin Lewin, 2004 Benjamin Lewin, 2004
• Understanding alternative splicing: towards a cellular code”,Understanding alternative splicing: towards a cellular code”, Arianne J. Martiln, Arianne J. Martiln, Francis Clark, Christopher W. J. Smith, Francis Clark, Christopher W. J. Smith, Nature reviews:Nature reviews: 2005 2005
• „„Splicing in action: assessing disease causing sequence changesSplicing in action: assessing disease causing sequence changes”, D. Baralle, M. ”, D. Baralle, M. Baralle, JMG Online, 2005Baralle, JMG Online, 2005
• „„Function of alternative splicing”,Function of alternative splicing”, Stefan Stamm et al.., Science Direct, 2005 Stefan Stamm et al.., Science Direct, 2005
• „„Mechanisms of alternative pre-messenger RNA splicing”,Mechanisms of alternative pre-messenger RNA splicing”, Douglas L. Black, Annual Douglas L. Black, Annual Review of Biochemistry, 2003 Review of Biochemistry, 2003
ELASTYCZNE i SELEKTYWNE ‘ŁĄCZENIE’ SEKWENCJI
NONSENSE-MEDIATED DECAY
BIAŁKA ‘KOMBINOWANE’ (IZOFORMY)
REGULACJA EKSPRESJI
ALTERNATYWNY SPLICING
GENEROWANIE ZŁOŻONYCH PROTEOMÓW
„CELLULAR CODE”
TKANKOWO SPECYFICZNA REGULACJA EKSPRESJI
SEKWENCJA ORF
INNE MODYFIKACJE
ZMIANY O CHARAKTERZE REGULACYJNYM
RUST
miejsce akceptorowe
5’-AG-3’
ekson 1 ekson 2intron
5’ 3’
Pre-mRNA
miejsce donorowe
5’-GU-3’
trakt pirymidyn
5’-YYYYYY-3’
miejsce rozgałęzienia
5’-A-3’
ekson 1 ekson 2Intron 1
5’ 3’ekson 3Intron 2
ekson 1 ekson 2 ekson 3
ekson 1 ekson 3
mRNA 1
mRNA 2
Negatywny czynnik splicingowy (represor splicingu) np. Sxl, PTB
Pozytywny czynnik splicingowy (aktywator splicingu) np. białka SR
snRNP spliceosomu np. U1 snRNP