stringtranslate.com

Альтернативный сплайсинг

Альтернативный сплайсинг производит три изоформы белка . Белок A включает все экзоны, тогда как белки B и C являются результатом пропуска экзонов .

Альтернативный сплайсинг , или альтернативный сплайсинг РНК , или дифференциальный сплайсинг , — это альтернативный процесс сплайсинга во время экспрессии гена, который позволяет одному гену производить различные варианты сплайсинга. Например, некоторые экзоны гена могут быть включены в конечный продукт РНК гена или исключены из него. [1] Это означает, что экзоны соединяются в различных комбинациях, что приводит к различным вариантам сплайсинга. В случае генов, кодирующих белки, белки, транслируемые с этих вариантов сплайсинга, могут содержать различия в своей аминокислотной последовательности и в своих биологических функциях (см. рисунок).

Биологически значимый альтернативный сплайсинг происходит как нормальное явление у эукариот , где он увеличивает количество белков, которые могут быть закодированы геномом. [1] У людей широко распространено мнение, что ~95% многоэкзонных генов подвергаются альтернативному сплайсингу для получения функциональных альтернативных продуктов из того же гена [2], но многие ученые полагают, что большинство наблюдаемых вариантов сплайсинга обусловлены ошибками сплайсинга, а фактическое количество биологически значимых альтернативно сплайсированных генов намного ниже. [3] [4]

Открытие

Альтернативный сплайсинг был впервые обнаружен в 1977 году. [ 5] [6] Аденовирус производит пять первичных транскриптов в начале своего инфекционного цикла, до репликации вирусной ДНК, и еще один позже, после начала репликации ДНК. Ранние первичные транскрипты продолжают производиться после начала репликации ДНК. Дополнительный первичный транскрипт, произведенный на поздней стадии инфекции, является большим и происходит из 5/6 генома аденовируса размером 32 кб. Это намного больше, чем любая из отдельных мРНК аденовируса, присутствующих в инфицированных клетках. Исследователи обнаружили, что первичный транскрипт РНК, произведенный аденовирусом типа 2 в поздней фазе, был сплайсирован многими различными способами, в результате чего мРНК кодировали различные вирусные белки. Кроме того, первичный транскрипт содержал несколько сайтов полиаденилирования , что давало различные 3'-концы для обработанных мРНК. [7] [8] [9]

В 1981 году был охарактеризован первый пример альтернативного сплайсинга в транскрипте нормального эндогенного гена. [7] Было обнаружено, что ген, кодирующий гормон щитовидной железы кальцитонин, подвергается альтернативному сплайсингу в клетках млекопитающих. Первичный транскрипт этого гена содержит 6 экзонов; мРНК кальцитонина содержит экзоны 1–4 и заканчивается после сайта полиаденилирования в экзоне 4. Другая мРНК образуется из этой пре-мРНК путем пропуска экзона 4 и включает экзоны 1–3, 5 и 6. Она кодирует белок, известный как CGRP ( пептид, связанный с геном кальцитонина ). [10] [11] Примеры альтернативного сплайсинга в транскриптах генов иммуноглобулина у млекопитающих также наблюдались в начале 1980-х годов. [7] [12]

С тех пор у эукариот было обнаружено множество других примеров биологически значимого альтернативного сплайсинга. [1] «Рекордсменом» по альтернативному сплайсингу является ген D. melanogaster , называемый Dscam , который потенциально может иметь 38 016 вариантов сплайсинга. [13]

В 2021 году было обнаружено, что геном аденовируса типа 2, аденовируса, в котором впервые был идентифицирован альтернативный сплайсинг, способен производить гораздо большее разнообразие вариантов сплайсинга, чем считалось ранее. [14] Используя технологию секвенирования следующего поколения, исследователи смогли обновить транскриптом человеческого аденовируса типа 2 и задокументировать наличие 904 вариантов сплайсинга, произведенных вирусом через сложную схему альтернативного сплайсинга. Было показано, что очень немногие из этих вариантов сплайсинга являются функциональными, и авторы поднимают этот вопрос в своей статье.

«Нерешенным остается вопрос о том, какую роль играет множество новых РНК или же они представляют собой ложные молекулы, созданные перегруженным механизмом сплайсинга». [14]

Режимы

Традиционная классификация основных типов событий альтернативного сплайсинга РНК. Экзоны представлены синими и желтыми блоками, интроны — линиями между ними.
Относительные частоты типов событий альтернативного сплайсинга различаются у людей и плодовых мушек. [15]

Обычно признают пять основных режимов альтернативного сплайсинга. [1] [2] [16] [15]

В дополнение к этим основным способам альтернативного сплайсинга, существуют два других основных механизма, с помощью которых различные мРНК могут быть получены из одного и того же гена: множественные промоторы и множественные сайты полиаденилирования . Использование множественных промоутеров правильно описывается как механизм регуляции транскрипции, а не альтернативный сплайсинг; начиная транскрипцию в разных точках, можно получить транскрипты с разными 5'-большинством экзонов. С другой стороны, множественные сайты полиаденилирования обеспечивают различные 3'-концевые точки для транскрипта. Оба эти механизма встречаются в сочетании с альтернативным сплайсингом и обеспечивают дополнительное разнообразие в мРНК, полученных из гена. [1] [16]

Схематическое сечение 3 структур сплайсинга в гене мышиной гиалуронидазы . Направленность транскрипции от 5' к 3' показана слева направо. Экзоны и интроны изображены не в масштабе.


Эти режимы описывают основные механизмы сплайсинга, но могут быть неадекватны для описания сложных событий сплайсинга. Например, на рисунке справа показаны 3 формы сплайсинга из гена мышиной гиалуронидазы 3. Сравнение экзонной структуры, показанной в первой строке (зеленая), со структурой во второй строке (желтая) показывает сохранение интрона, тогда как сравнение между второй и третьей формой сплайсинга (желтая против синей) показывает пропуск экзона. Недавно была предложена модельная номенклатура для уникального обозначения всех возможных схем сплайсинга. [15]

Механизмы

Общий механизм сращивания

Комплекс сплайсосомы А определяет 5'- и 3'-концы интрона перед удалением [16]

Когда пре-мРНК транскрибируется с ДНК , она включает несколько интронов и экзонов . (У нематод среднее значение составляет 4–5 экзонов и интронов; у плодовой мушки дрозофилы может быть более 100 интронов и экзонов в одной транскрибированной пре-мРНК.) Экзоны, которые должны быть сохранены в мРНК, определяются в процессе сплайсинга. Регулирование и выбор участков сплайсинга осуществляются транс-действующими белками-активаторами сплайсинга и репрессорами сплайсинга, а также цис-действующими элементами внутри самой пре-мРНК, такими как экзонные усилители сплайсинга и экзонные сайленсеры сплайсинга.

Типичный эукариотический ядерный интрон имеет консенсусные последовательности, определяющие важные регионы. Каждый интрон имеет последовательность GU на своем 5'-конце. Около 3'-конца находится сайт разветвления. Нуклеотид в точке разветвления всегда представляет собой A; консенсус вокруг этой последовательности несколько варьируется. У людей консенсусная последовательность сайта разветвления представляет собой yUnAy. [18] За сайтом разветвления следует ряд пиримидинов – полипиримидиновый тракт – затем AG на 3'-конце. [16]

Сплайсинг мРНК выполняется комплексом РНК и белка, известным как сплайсосома , содержащим snRNP , обозначенные U1, U2 , U4, U5 и U6 (U3 не участвует в сплайсинге мРНК). [19] U1 связывается с 5' GU, а U2, с помощью белковых факторов U2AF , связывается с точкой ветвления A в пределах участка ветвления. Комплекс на этой стадии известен как комплекс сплайсосомы A. Формирование комплекса A обычно является ключевым шагом в определении концов интрона, который должен быть сплайсингован, и определении концов экзона, который должен быть сохранен. [16] (Номенклатура U происходит от их высокого содержания уридина).

Комплекс U4,U5,U6 связывается, и U6 заменяет позицию U1. U1 и U4 уходят. Оставшийся комплекс затем выполняет две реакции трансэтерификации . В первой трансэтерификации 5'-конец интрона отщепляется от экзона выше по течению и присоединяется к сайту ответвления A с помощью 2',5'- фосфодиэфирной связи. Во второй трансэтерификации 3'-конец интрона отщепляется от экзона ниже по течению, и два экзона соединяются фосфодиэфирной связью. Затем интрон высвобождается в форме лариата и деградирует. [1]

Регуляторные элементы и белки

Репрессия сплайсинга

Сплайсинг регулируется транс-действующими белками (репрессорами и активаторами) и соответствующими цис-действующими регуляторными сайтами (глушителями и энхансерами) на пре-мРНК. Однако, как часть сложности альтернативного сплайсинга, отмечается, что эффекты фактора сплайсинга часто зависят от положения. То есть, фактор сплайсинга, который служит активатором сплайсинга при связывании с элементом интронного энхансера, может служить репрессором при связывании со своим элементом сплайсинга в контексте экзона, и наоборот. [20] Вторичная структура транскрипта пре-мРНК также играет роль в регуляции сплайсинга, например, путем объединения элементов сплайсинга или путем маскировки последовательности, которая в противном случае служила бы элементом связывания для фактора сплайсинга. [21] [22] Вместе эти элементы образуют «код сплайсинга», который управляет тем, как будет происходить сплайсинг в различных клеточных условиях. [23] [24]

Существует два основных типа цис-действующих элементов последовательности РНК, присутствующих в пре-мРНК, и им соответствуют транс-действующие РНК-связывающие белки . Сплайсинговые сайленсеры — это сайты, с которыми связываются белки-репрессоры сплайсинга, что снижает вероятность того, что соседний сайт будет использоваться в качестве сплайс-соединения. Они могут быть расположены в самом интроне (интронные сайленсеры сплайсинга, ISS) или в соседнем экзоне ( экзонные сайленсеры сплайсинга , ESS). Они различаются по последовательности, а также по типам белков, которые с ними связываются. Большинство сплайс-репрессоров представляют собой гетерогенные ядерные рибонуклеопротеины (hnRNP), такие как hnRNPA1 и белок, связывающий полипиримидиновый тракт (PTB). [16] [23] Сплайсинговые энхансеры — это сайты, с которыми связываются белки-активаторы сплайсинга, что увеличивает вероятность того, что соседний сайт будет использоваться в качестве сплайс-соединения. Они также могут встречаться в интроне (интронные усилители сплайсинга, ISE) или экзоне ( экзонные усилители сплайсинга , ESE). Большинство белков-активаторов, которые связываются с ISE и ESE, являются членами семейства белков SR . Такие белки содержат мотивы распознавания РНК и домены, богатые аргинином и серином (RS). [16] [23]

Активация сплайсинга

В целом, детерминанты сплайсинга работают взаимозависимым образом, который зависит от контекста, так что правила, управляющие тем, как регулируется сплайсинг, формируют код сплайсинга. [24] Наличие определенного цис-действующего элемента последовательности РНК может увеличить вероятность того, что соседний сайт будет сплайсирован в некоторых случаях, но уменьшить вероятность в других случаях, в зависимости от контекста. Контекст, в котором действуют регуляторные элементы, включает цис-действующий контекст, который устанавливается присутствием других особенностей последовательности РНК, и транс-действующий контекст, который устанавливается клеточными условиями. Например, некоторые цис-действующие элементы последовательности РНК влияют на сплайсинг, только если в одном и том же регионе присутствует несколько элементов, чтобы установить контекст. В качестве другого примера, цис-действующий элемент может иметь противоположные эффекты на сплайсинг, в зависимости от того, какие белки экспрессируются в клетке (например, нейрональный или не нейрональный PTB). Адаптивное значение сайленсеров и энхансеров сплайсинга подтверждается исследованиями, показывающими, что в генах человека существует сильный отбор против мутаций, которые производят новые сайленсеры или разрушают существующие энхансеры. [25] [26]

Примеры

Пропуск экзона:Дрозофила dsx

Альтернативный сплайсинг пре-мРНК dsx

Пре-мРНК из гена dsx D. melanogaster содержат 6 экзонов. У самцов экзоны 1, 2, 3, 5 и 6 соединяются, образуя мРНК, которая кодирует транскрипционный регуляторный белок, необходимый для развития самцов. У самок экзоны 1, 2, 3 и 4 соединяются, и сигнал полиаденилирования в экзоне 4 вызывает расщепление мРНК в этой точке. Полученная мРНК является транскрипционным регуляторным белком, необходимым для развития самок. [27]

Это пример пропуска экзона. Интрон выше экзона 4 имеет полипиримидиновый тракт , который не очень хорошо соответствует консенсусной последовательности , поэтому белки U2AF плохо связываются с ним без помощи активаторов сплайсинга. Этот 3'-акцепторный сайт сплайсинга, следовательно, не используется у самцов. Самки, однако, производят активатор сплайсинга Transformer (Tra) (см. ниже). Белок SR Tra2 вырабатывается у обоих полов и связывается с ESE в экзоне 4; если Tra присутствует, он связывается с Tra2 и вместе с другим белком SR образует комплекс, который помогает белкам U2AF связываться со слабым полипиримидиновым трактом. U2 привлекается к связанной точке ветвления, и это приводит к включению экзона 4 в мРНК. [27] [28]

Альтернативные акцепторные сайты:Дрозофила Трансформатор

Альтернативный сплайсинг продукта гена Drosophila Transformer .

Пре-мРНК гена Transformer (Tra) Drosophila melanogaster подвергаются альтернативному сплайсингу через режим альтернативного акцепторного сайта. Ген Tra кодирует белок, который экспрессируется только у самок. Первичный транскрипт этого гена содержит интрон с двумя возможными акцепторными сайтами. У самцов используется восходящий акцепторный сайт. Это приводит к включению в обработанный транскрипт более длинной версии экзона 2, включая ранний стоп-кодон . Полученная мРНК кодирует укороченный белковый продукт, который неактивен. Самки вырабатывают главный белок определения пола Sex lethal (Sxl). Белок Sxl является репрессором сплайсинга, который связывается с ISS в РНК транскрипта Tra вблизи восходящего акцепторного сайта, предотвращая связывание белка U2AF с полипиримидиновым трактом. Это предотвращает использование этого соединения, сдвигая связывание сплайсосомы на нисходящий акцепторный сайт. Сплайсинг в этой точке обходит стоп-кодон, который вырезается как часть интрона. Полученная мРНК кодирует активный белок Tra, который сам по себе является регулятором альтернативного сплайсинга других генов, связанных с полом (см. dsx выше). [1]

Определение экзона: Fas-рецептор

Альтернативный сплайсинг пре-мРНК рецептора Fas

Множественные изоформы белка рецептора Fas производятся путем альтернативного сплайсинга. Две обычно встречающиеся у людей изоформы производятся с помощью механизма пропуска экзона. мРНК, включающая экзон 6, кодирует связанную с мембраной форму рецептора Fas, которая способствует апоптозу или запрограммированной гибели клеток. Повышенная экспрессия рецептора Fas в клетках кожи, хронически подвергающихся воздействию солнца, и отсутствие экспрессии в клетках рака кожи предполагает, что этот механизм может быть важен для устранения предраковых клеток у людей. [29] Если экзон 6 пропускается, полученная мРНК кодирует растворимый белок Fas, который не способствует апоптозу. Включение или пропуск экзона зависит от двух антагонистических белков, TIA-1 и белка, связывающего полипиримидиновый тракт (PTB).

Этот механизм является примером определения экзона в сплайсинге. Сплайсосома собирается на интроне, а субъединицы snRNP сворачивают РНК так, что 5' и 3' концы интрона соединяются. Однако недавно изученные примеры, такие как этот, показывают, что существуют также взаимодействия между концами экзона. В этом конкретном случае эти взаимодействия определения экзона необходимы для того, чтобы обеспечить связывание основных факторов сплайсинга до сборки сплайсосом на двух фланговых интронах. [30]

Конкуренция репрессора и активатора: ВИЧ-1татэкзон 2

Альтернативный сплайсинг экзона 2 гена ВИЧ-1

ВИЧ , ретровирус , вызывающий СПИД у людей, производит один первичный транскрипт РНК, который альтернативно сплайсируется несколькими способами, чтобы произвести более 40 различных мРНК. [31] Равновесие среди дифференциально сплайсированных транскриптов обеспечивает множественные мРНК, кодирующие различные продукты, которые необходимы для размножения вируса. [32] Один из дифференциально сплайсированных транскриптов содержит ген tat , в котором экзон 2 является кассетным экзоном, который может быть пропущен или включен. Включение экзона tat 2 в РНК регулируется конкуренцией между репрессором сплайсинга hnRNP A1 и белком SR SC35. Внутри экзона 2 перекрываются последовательность экзонного сайленсера сплайсинга (ESS) и последовательность экзонного энхансера сплайсинга (ESE). Если белок-репрессор A1 связывается с ESS, он инициирует кооперативное связывание нескольких молекул A1, распространяясь в 5'-донорный сайт выше экзона 2 и предотвращая связывание основного фактора сплайсинга U2AF35 с полипиримидиновым трактом. Если SC35 связывается с ESE, он предотвращает связывание A1 и поддерживает 5'-донорный сайт в доступном состоянии для сборки сплайсосомы. Конкуренция между активатором и репрессором гарантирует, что будут произведены оба типа мРНК (с экзоном 2 и без него). [31]

Адаптивное значение

Настоящий альтернативный сплайсинг происходит как в генах, кодирующих белок, так и в некодирующих генах для производства множественных продуктов (белков или некодирующих РНК). Для того, чтобы решить, какой продукт производить, необходима внешняя информация, учитывая последовательность ДНК и начальный транскрипт. Поскольку методы регуляции наследуются, это дает мутациям новые способы влиять на экспрессию генов. [33]

Альтернативный сплайсинг может обеспечить эволюционную гибкость. Одна точечная мутация может привести к тому, что данный экзон будет иногда исключен или включен в транскрипт во время сплайсинга, что позволит производить новую изоформу белка без потери исходного белка. [1] Исследования выявили внутренне неупорядоченные регионы (см. Внутренне неструктурированные белки ), обогащенные неконститутивными экзонами [34], что предполагает, что изоформы белка могут демонстрировать функциональное разнообразие из-за изменения функциональных модулей в этих регионах. Такое функциональное разнообразие, достигаемое изоформами, отражается в их паттернах экспрессии и может быть предсказано с помощью подходов машинного обучения. [35] [36] Сравнительные исследования показывают, что альтернативный сплайсинг предшествовал многоклеточности в эволюции, и предполагают, что этот механизм мог быть кооптирован для содействия развитию многоклеточных организмов. [37]

Исследования, основанные на проекте «Геном человека» и других методах секвенирования генома, показали, что у людей всего на 30% больше генов, чем у круглого червя Caenorhabditis elegans , и всего в два раза больше, чем у мухи Drosophila melanogaster . Это открытие привело к предположению, что воспринимаемая большая сложность людей или позвоночных в целом может быть связана с более высокими показателями альтернативного сплайсинга у людей, чем у беспозвоночных. [38] [39] Однако исследование образцов из 100 000 экспрессированных последовательностей (EST) каждого из человека, мыши, крысы, коровы, мухи ( D. melanogaster ), червя ( C. elegans ) и растения Arabidopsis thaliana не обнаружило больших различий в частоте альтернативно сплайсированных генов среди людей и любых других протестированных животных. [40] Однако другое исследование предположило, что эти результаты были артефактом различного количества EST, доступных для различных организмов. Сравнив альтернативные частоты сплайсинга в случайных подмножествах генов каждого организма, авторы пришли к выводу, что у позвоночных действительно более высокие показатели альтернативного сплайсинга, чем у беспозвоночных. [41]

Болезнь

Изменения в механизме обработки РНК могут привести к неправильному сплайсингу нескольких транскриптов, в то время как изменения одного нуклеотида в сайтах сплайсинга или цис-действующих регуляторных сайтах сплайсинга могут привести к различиям в сплайсинге одного гена и, таким образом, в мРНК, полученной из транскриптов мутантного гена. Исследование 2005 года, включающее вероятностный анализ, показало, что более 60% мутаций, вызывающих заболевания человека, влияют на сплайсинг, а не напрямую влияют на кодирующие последовательности. [42] Более недавнее исследование показывает, что треть всех наследственных заболеваний, вероятно, имеют компонент сплайсинга. [20] Независимо от точного процента, существует ряд заболеваний, связанных со сплайсингом. [43] Как описано ниже, ярким примером заболеваний, связанных со сплайсингом, является рак.

Аномально сплайсированные мРНК также обнаружены в большой доле раковых клеток. [44] [45] [46] Объединенные анализы РНК-Seq и протеомики выявили поразительную дифференциальную экспрессию изоформ сплайсинга ключевых белков в важных путях рака. [47] Не всегда ясно, способствуют ли такие аберрантные модели сплайсинга раковому росту или являются просто следствием клеточных аномалий, связанных с раком. Для некоторых типов рака, таких как колоректальный и простатический, было показано, что количество ошибок сплайсинга на рак сильно различается между отдельными видами рака, явление, называемое нестабильностью транскриптома . [48] [49] Кроме того, было показано, что нестабильность транскриптома сильно коррелирует со сниженным уровнем экспрессии генов факторов сплайсинга. Было показано, что мутация DNMT3A способствует гематологическим злокачественным новообразованиям , и что клеточные линии с мутацией DNMT3A демонстрируют нестабильность транскриптома по сравнению с их изогенными аналогами дикого типа. [50]

На самом деле, в раковых клетках наблюдается снижение альтернативного сплайсинга по сравнению с нормальными, и типы сплайсинга различаются; например, раковые клетки демонстрируют более высокий уровень удержания интронов, чем нормальные клетки, но более низкий уровень пропуска экзонов. [51] Некоторые из различий в сплайсинге в раковых клетках могут быть связаны с высокой частотой соматических мутаций в генах факторов сплайсинга, [46] а некоторые могут быть результатом изменений в фосфорилировании транс-действующих факторов сплайсинга. [33] Другие могут быть вызваны изменениями в относительном количестве продуцируемых факторов сплайсинга; например, было показано, что клетки рака молочной железы имеют повышенные уровни фактора сплайсинга SF2/ASF . [52] Одно исследование показало, что относительно небольшой процент (383 из более чем 26000) вариантов альтернативного сплайсинга были значительно выше по частоте в опухолевых клетках, чем в нормальных клетках, что позволяет предположить, что существует ограниченный набор генов, которые при неправильном сплайсинге способствуют развитию опухоли. [53] Однако считается, что пагубные эффекты неправильно сплайсированных транскриптов обычно защищаются и устраняются клеточным посттранскрипционным механизмом контроля качества, называемым бессмысленно-опосредованным распадом мРНК [NMD]. [54]

Один из примеров специфического варианта сплайсинга, связанного с раком, находится в одном из генов DNMT человека . Три гена DNMT кодируют ферменты, которые добавляют метильные группы к ДНК, модификация, которая часто имеет регуляторные эффекты. Несколько аномально сплайсированных мРНК DNMT3B обнаружены в опухолях и линиях раковых клеток. В двух отдельных исследованиях экспрессия двух из этих аномально сплайсированных мРНК в клетках млекопитающих вызвала изменения в паттернах метилирования ДНК в этих клетках. Клетки с одной из аномальных мРНК также росли в два раза быстрее контрольных клеток, что указывает на прямой вклад этого продукта в развитие опухоли. [33]

Другим примером является протоонкоген Ron ( MST1R ) . Важным свойством раковых клеток является их способность двигаться и проникать в нормальную ткань. Было обнаружено, что производство аномально сплайсированного транскрипта Ron связано с повышенными уровнями SF2/ASF в клетках рака груди. Аномальная изоформа белка Ron, кодируемая этой мРНК, приводит к подвижности клеток . [52]

Повышенная экспрессия укороченного варианта сплайсинга гена FOSB – ΔFosB – в определенной популяции нейронов в прилежащем ядре была идентифицирована как причинный механизм, участвующий в индукции и поддержании зависимости от наркотиков и естественных вознаграждений . [55] [56] [57] [58]

Недавние провокационные исследования указывают на ключевую функцию структуры хроматина и модификаций гистонов в альтернативной регуляции сплайсинга. Эти идеи предполагают, что эпигенетическая регуляция определяет не только то, какие части генома экспрессируются, но и то, как они сплайсируются. [59]

Анализ в масштабе генома (транскриптома)

Анализ транскриптома альтернативного сплайсинга обычно выполняется с помощью высокопроизводительного секвенирования РНК. Чаще всего с помощью секвенирования с коротким считыванием, например, с помощью инструментария Illumina. Но еще более информативным является секвенирование с длинным считыванием, например, с помощью инструментария Nanopore или PacBio. Анализ транскриптома может, например, использоваться для измерения количества отклоняющегося альтернативного сплайсинга, например, в когорте раковых больных. [60]

Технологии глубокого секвенирования использовались для проведения геномного анализа как необработанных, так и обработанных мРНК; таким образом, обеспечивая понимание альтернативного сплайсинга. Например, результаты использования глубокого секвенирования показывают, что у людей, по оценкам, 95% транскриптов из многоэкзонных генов подвергаются альтернативному сплайсингу, при этом ряд пре-мРНК транскриптов сплайсируются тканеспецифичным образом. [2] Функциональная геномика и вычислительные подходы, основанные на множественном обучении , также были разработаны для интеграции данных РНК-секвенирования для прогнозирования функций для альтернативно сплайсированных изоформ. [36] Глубокое секвенирование также помогло в in vivo обнаружении транзитных лариатов , которые высвобождаются во время сплайсинга, определении последовательностей участков ветвления и крупномасштабном картировании точек ветвления в пре-мРНК транскриптах человека. [61]

Исторически альтернативно сплайсированные транскрипты были обнаружены путем сравнения последовательностей EST , но для этого требуется секвенирование очень большого количества EST. Большинство библиотек EST поступают из очень ограниченного числа тканей, поэтому тканеспецифичные варианты сплайсинга, вероятно, будут пропущены в любом случае. Однако были разработаны высокопроизводительные подходы к исследованию сплайсинга, такие как: анализы на основе микрочипов ДНК , анализы связывания РНК и глубокое секвенирование . Эти методы можно использовать для скрининга полиморфизмов или мутаций в элементах сплайсинга или вокруг них, которые влияют на связывание белков. В сочетании с анализами сплайсинга, включая анализы генов-репортеров in vivo , можно проанализировать функциональные эффекты полиморфизмов или мутаций на сплайсинг пре-мРНК транскриптов. [20] [23] [62]

При анализе микрочипов использовались массивы фрагментов ДНК, представляющих отдельные экзоны ( например, микрочип экзонов Affymetrix ) или границы экзон/экзон ( например, массивы от ExonHit или Jivan ). Затем массив зондируется меченой кДНК из интересующих тканей. Зондовые кДНК связываются с ДНК из экзонов, которые включены в мРНК в их исходной ткани, или с ДНК из границы, где были соединены два экзона. Это может выявить присутствие определенных альтернативно сплайсированных мРНК. [63]

CLIP ( перекрестное связывание и иммунопреципитация ) использует УФ-излучение для связывания белков с молекулами РНК в ткани во время сплайсинга. Затем транс-действующий регуляторный белок сплайсинга, представляющий интерес, осаждается с использованием специфических антител. Когда РНК, прикрепленная к этому белку, выделяется и клонируется, она выявляет целевые последовательности для этого белка. [64] Другим методом идентификации РНК-связывающих белков и картирования их связывания с пре-мРНК-транскриптами является «Оценка геномных аптамеров с помощью микроматрицы с помощью сдвига (MEGAshift)».net [65] Этот метод включает адаптацию метода «Систематическая эволюция лигандов путем экспоненциального обогащения (SELEX)» [66] вместе со считыванием на основе микроматрицы. Использование метода MEGAshift позволило лучше понять регуляцию альтернативного сплайсинга, позволяя идентифицировать последовательности в пре-мРНК-транскриптах, окружающих альтернативно сплайсированные экзоны, которые опосредуют связывание с различными факторами сплайсинга, такими как ASF/SF2 и PTB. [67] Этот подход также использовался для определения взаимосвязи между вторичной структурой РНК и связыванием факторов сплайсинга. [22]

Использование репортерных анализов позволяет обнаружить белки сплайсинга, вовлеченные в определенное альтернативное событие сплайсинга, путем конструирования репортерных генов, которые будут экспрессировать один из двух различных флуоресцентных белков в зависимости от происходящей реакции сплайсинга. Этот метод использовался для выделения мутантов, влияющих на сплайсинг, и, таким образом, для идентификации новых регуляторных белков сплайсинга, инактивированных в этих мутантах. [64]

Недавние достижения в области предсказания структуры белка способствовали разработке новых инструментов для аннотации генома и анализа альтернативного сплайсинга. Например, isoform.io, платформа, ориентированная на предсказания структуры белка, оценила сотни тысяч изоформ генов, кодирующих белок человека, собранных из многочисленных экспериментов по секвенированию РНК в различных тканях человека. Этот всесторонний анализ привел к идентификации многочисленных изоформ с более уверенно предсказанной структурой и потенциально превосходящей функцией по сравнению с каноническими изоформами в последней базе данных генов человека. Интегрируя структурные предсказания с экспрессией и эволюционными доказательствами, этот подход продемонстрировал потенциал предсказания структуры белка как инструмента для уточнения аннотации генома человека. [68]

Базы данных

Существует коллекция баз данных альтернативного сплайсинга. [69] [70] [71] Эти базы данных полезны для поиска генов, имеющих пре-мРНК, подвергающиеся альтернативному сплайсингу, и событий альтернативного сплайсинга или для изучения функционального влияния альтернативного сплайсинга.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefgh Black DL (2003). "Механизмы альтернативного сплайсинга пре-мессенджерной РНК" (PDF) . Annual Review of Biochemistry . 72 (1): 291–336. doi :10.1146/annurev.biochem.72.121801.161720. PMID  12626338. S2CID  23576288.
  2. ^ abc Pan Q, Shai O, Lee LJ, Frey BJ, Blencowe BJ (декабрь 2008 г.). «Глубокое исследование сложности альтернативного сплайсинга в транскриптоме человека с помощью высокопроизводительного секвенирования». Nature Genetics . 40 (12): 1413–5. doi :10.1038/ng.259. PMID  18978789. S2CID  9228930.
  3. ^ Bhuiyan SA, Ly S, Phan M, Huntington B, Hogan E, Liu CC, Liu J, Pavlidis P (2018). «Систематическая оценка функции изоформ в литературных сообщениях об альтернативном сплайсинге». BMC Genomics . 19 (1): 637. doi : 10.1186/s12864-018-5013-2 . PMC 6114036. PMID  30153812. S2CID  52113302. 
  4. ^ Tress ML, Abascal F, Valencia A (2017). «Альтернативный сплайсинг может не быть ключом к сложности протеома». Trends in Biochemical Sciences . 42 (2): 98–110. doi :10.1016/j.tibs.2016.08.008. PMC 6526280. PMID  27712956 . 
  5. ^ Chow LT, Gelinas RE, Broker TR, Roberts RJ (сентябрь 1977 г.). «Удивительное расположение последовательностей на 5' концах РНК-мессенджера аденовируса 2». Cell . 12 (1): 1–8. doi :10.1016/0092-8674(77)90180-5. PMID  902310. S2CID  2099968.
  6. ^ Berget SM, Moore C, Sharp PA (август 1977 г.). «Сплайсированные сегменты на 5'-конце поздней мРНК аденовируса 2». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 74 (8): 3171–5. Bibcode : 1977PNAS...74.3171B. doi : 10.1073/pnas.74.8.3171 . PMC 431482. PMID  269380 . 
  7. ^ abc Leff SE, Rosenfeld MG, Evans RM (1986). «Сложные транскрипционные единицы: разнообразие в экспрессии генов с помощью альтернативной обработки РНК». Annual Review of Biochemistry . 55 (1): 1091–117. doi :10.1146/annurev.bi.55.070186.005303. PMID  3017190.
  8. ^ Chow LT, Broker TR (октябрь 1978). «Сплайсированные структуры сообщения волокон аденовируса 2 и другие поздние мРНК». Cell . 15 (2): 497–510. doi :10.1016/0092-8674(78)90019-3. PMID  719751. S2CID  44642349.
  9. ^ Nevins JR, Darnell JE (декабрь 1978 г.). «Этапы обработки мРНК Ad2: ядерные последовательности поли(A)+ сохраняются, а добавление поли(A) предшествует сплайсингу». Cell . 15 (4): 1477–93. doi :10.1016/0092-8674(78)90071-5. PMID  729004. S2CID  39704416.
  10. ^ Rosenfeld MG, Amara SG, Roos BA, Ong ES, Evans RM (март 1981). «Измененная экспрессия гена кальцитонина, связанная с полиморфизмом РНК». Nature . 290 (5801): 63–5. Bibcode :1981Natur.290...63R. doi :10.1038/290063a0. PMID  7207587. S2CID  4318349.
  11. ^ Rosenfeld MG, Lin CR, Amara SG, Stolarsky L, Roos BA, Ong ES, Evans RM (март 1982 г.). «Полиморфизм мРНК кальцитонина: переключение пептидов, связанное с альтернативными событиями сплайсинга РНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 79 (6): 1717–21. Bibcode : 1982PNAS...79.1717R. doi : 10.1073 /pnas.79.6.1717 . PMC 346051. PMID  6952224. 
  12. ^ Маки Р., Редер В., Траунекер А., Сидман С., Вабл М., Рашке В., Тонегава С. (май 1981 г.). «Роль перестройки ДНК и альтернативного процессинга РНК в экспрессии дельта-генов иммуноглобулина». Клетка . 24 (2): 353–65. дои : 10.1016/0092-8674(81)90325-1. PMID  6786756. S2CID  13208589.
  13. ^ Schmucker D, Clemens JC, Shu H, Worby CA, Xiao J, Muda M и др. (июнь 2000 г.). «Dscam дрозофилы — это рецептор управления аксоном, демонстрирующий необычайное молекулярное разнообразие». Cell . 101 (6): 671–84. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80878-8 . PMID  10892653. S2CID  13829976.
  14. ^ аб Вестергрен Якобссон А., Сегерман Б., Уоллерман О., Линд С.Б., Чжао Х., Рубин С.Дж. и др. (ноябрь 2020 г.). «Транскриптом аденовируса человека типа 2: удивительная сложность альтернативно сплайсированных мРНК». Журнал вирусологии . 95 (4). дои : 10.1128/JVI.01869-20. ПМЦ 7851563 . ПМИД  33239457. 
  15. ^ abcde Sammeth M, Foissac S, Guigó R (август 2008 г.). Brent MR (ред.). "Общее определение и номенклатура событий альтернативного сплайсинга". PLOS Computational Biology . 4 (8): e1000147. Bibcode : 2008PLSCB...4E0147S. doi : 10.1371/journal.pcbi.1000147 . PMC 2467475. PMID  18688268 . 
  16. ^ abcdefgh Matlin AJ, Clark F, Smith CW (май 2005 г.). «Понимание альтернативного сплайсинга: к клеточному коду». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 6 (5): 386–98. doi :10.1038/nrm1645. PMID  15956978. S2CID  14883495.
  17. ^ Ner-Gaon, Hadas; Halachmi, Ronit; Savaldi-Goldstein, Sigal; Rubin, Eitan; Ophir, Ron; Fluhr, Robert (2004). «Сохранение интронов — это важное явление в альтернативном сплайсинге у Arabidopsis». The Plant Journal . 39 (6): 877–885. doi : 10.1111/j.1365-313X.2004.02172.x . ISSN  1365-313X. PMID  15341630.
  18. ^ Гао К., Масуда А., Мацуура Т., Оно К. (апрель 2008 г.). «Консенсусная последовательность точки ветвления человека — yUnAy». Исследования нуклеиновых кислот . 36 (7): 2257–67. дои : 10.1093/nar/gkn073. ПМК 2367711 . ПМИД  18285363. 
  19. ^ Кларк Д. (2005). Молекулярная биология . Амстердам: Elsevier Academic Press. ISBN 978-0-12-175551-5.
  20. ^ abc Lim KH, Ferraris L, Filloux ME, Raphael BJ, Fairbrother WG (июль 2011 г.). «Использование позиционного распределения для идентификации элементов сплайсинга и прогнозирования дефектов пре-мРНК-процессинга в генах человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (27): 11093–8. Bibcode : 2011PNAS..10811093H. doi : 10.1073/pnas.1101135108 . PMC 3131313. PMID  21685335 . 
  21. ^ Warf MB, Berglund JA (март 2010). «Роль структуры РНК в регуляции сплайсинга пре-мРНК». Trends in Biochemical Sciences . 35 (3): 169–78. doi :10.1016/j.tibs.2009.10.004. PMC 2834840. PMID 19959365  . 
  22. ^ ab Reid DC, Chang BL, Gunderson SI, Alpert L, Thompson WA, Fairbrother WG (декабрь 2009 г.). «SELEX следующего поколения идентифицирует последовательность и структурные детерминанты связывания фактора сплайсинга в последовательности пре-мРНК человека». РНК . 15 (12): 2385–97. doi :10.1261/rna.1821809. PMC 2779669 . PMID  19861426. 
  23. ^ abcd Wang Z, Burge CB (май 2008). "Регулирование сплайсинга: от списка частей регуляторных элементов до интегрированного кода сплайсинга" (бесплатный полный текст) . РНК . 14 (5): 802–13. doi :10.1261/rna.876308. PMC 2327353. PMID  18369186 . 
  24. ^ ab Barash Y, Calarco JA, Gao W, Pan Q, Wang X, Shai O и др. (май 2010 г.). «Расшифровка кода сплайсинга». Nature . 465 (7294): 53–9. Bibcode :2010Natur.465...53B. doi :10.1038/nature09000. PMID  20445623. S2CID  2398858.
  25. ^ Ke S, Zhang XH, Chasin LA (апрель 2008 г.). «Положительный отбор, действующий на мотивы сплайсинга, отражает компенсаторную эволюцию». Genome Research . 18 (4): 533–43. doi :10.1101/gr.070268.107. PMC 2279241 . PMID  18204002. 
  26. ^ Fairbrother WG, Holste D, Burge CB, Sharp PA (сентябрь 2004 г.). «Проверка экзонных усилителей сплайсинга на основе полиморфизма отдельных нуклеотидов». PLOS Biology . 2 (9): E268. doi : 10.1371/journal.pbio.0020268 . PMC 514884. PMID  15340491 . 
  27. ^ ab Lynch KW, Maniatis T (август 1996). «Сборка специфических комплексов белков SR на отдельных регуляторных элементах энхансера сплайсинга двуполых особей Drosophila». Genes & Development . 10 (16): 2089–101. doi : 10.1101/gad.10.16.2089 . PMID  8769651.
  28. ^ Graveley BR, Hertel KJ, Maniatis T (июнь 2001 г.). «Роль U2AF35 и U2AF65 в сплайсинге, зависящем от энхансера». РНК . 7 (6): 806–18. doi :10.1017/S1355838201010317. PMC 1370132 . PMID  11421359. 
  29. ^ Filipowicz E, Adegboyega P, Sanchez RL, Gatalica Z (февраль 2002 г.). «Экспрессия CD95 (Fas) в коже человека, подвергшейся воздействию солнца, и кожных карциномах». Cancer . 94 (3): 814–9. doi : 10.1002/cncr.10277 . PMID  11857317. S2CID  23772719.
  30. ^ ab Izquierdo JM, Majós N, Bonnal S, Martínez C, Castelo R, Guigó R, et al. (август 2005 г.). «Регулирование альтернативного сплайсинга Fas антагонистическими эффектами TIA-1 и PTB на определение экзона». Molecular Cell . 19 (4): 475–84. doi : 10.1016/j.molcel.2005.06.015 . PMID  16109372.
  31. ^ ab Zahler AM, Damgaard CK, Kjems J, Caputi M (март 2004 г.). «SC35 и гетерогенные ядерные рибонуклеопротеиновые белки A/B связываются с расположенным рядом экзонным энхансером сплайсинга/экзонным сайленсером сплайсинга для регулирования сплайсинга экзона 2 ВИЧ-1». Журнал биологической химии . 279 (11): 10077–84. doi : 10.1074/jbc.M312743200 . PMID  14703516.
  32. ^ Jacquenet S, Méreau A, Bilodeau PS, Damier L, Stoltzfus CM, Branlant C (ноябрь 2001 г.). «Второй сайленсер сплайсинга экзона в экзоне 2 tat вируса иммунодефицита человека типа 1 подавляет сплайсинг мРНК Tat и связывает белок hnRNP H». Журнал биологической химии . 276 (44): 40464–75. doi : 10.1074/jbc.M104070200 . PMID  11526107.
  33. ^ abc Fackenthal JD, Godley LA (2008). "Аберрантный сплайсинг РНК и его функциональные последствия в раковых клетках" (бесплатный полный текст) . Модели и механизмы заболеваний . 1 (1): 37–42. doi :10.1242/dmm.000331. PMC 2561970. PMID  19048051 . 
  34. ^ Romero PR, Zaidi S, Fang YY, Uversky VN, Radivojac P, Oldfield CJ и др. (май 2006 г.). «Альтернативный сплайсинг в сочетании с внутренним беспорядком белка обеспечивает повышенное функциональное разнообразие многоклеточных организмов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (22): 8390–5. Bibcode : 2006PNAS..103.8390R. doi : 10.1073 /pnas.0507916103 . PMC 1482503. PMID  16717195. 
  35. ^ Li HD, Menon R, Omenn GS, Guan Y (август 2014 г.). «Начинающаяся эра интеграции геномных данных для анализа функции изоформ сплайсинга». Trends in Genetics . 30 (8): 340–7. doi :10.1016/j.tig.2014.05.005. PMC 4112133 . PMID  24951248. 
  36. ^ ab Eksi R, Li HD, Menon R, Wen Y, Omenn GS, Kretzler M, Guan Y (ноябрь 2013 г.). "Систематическая дифференциация функций для альтернативно сплайсированных изоформ посредством интеграции данных РНК-секвенирования". PLOS Computational Biology . 9 (11): e1003314. Bibcode :2013PLSCB...9E3314E. doi : 10.1371/journal.pcbi.1003314 . PMC 3820534 . PMID  24244129. 
  37. ^ Irimia M, Rukov JL, Penny D, Roy SW (октябрь 2007 г.). «Функциональный и эволюционный анализ альтернативно сплайсированных генов согласуется с ранним эукариотическим происхождением альтернативного сплайсинга». BMC Evolutionary Biology . 7 (1): 188. Bibcode :2007BMCEE...7..188I. doi : 10.1186/1471-2148-7-188 . PMC 2082043 . PMID  17916237. 
  38. ^ Юинг Б., Грин П. (июнь 2000 г.). «Анализ экспрессируемых последовательностей тегов указывает на 35 000 человеческих генов». Nature Genetics . 25 (2): 232–4. doi :10.1038/76115. PMID  10835644. S2CID  19165121.
  39. ^ Roest Crollius H, Jaillon O, Bernot A, Dasilva C, Bouneau L, Fischer C, et al. (Июнь 2000). «Оценка числа генов человека, полученная с помощью анализа всего генома с использованием последовательности ДНК Tetraodon nigroviridis». Nature Genetics . 25 (2): 235–8. doi :10.1038/76118. PMID  10835645. S2CID  44052050.
  40. ^ Бретт Д., Поспишил Х., Валькарсель Дж., Райх Дж., Борк П. (январь 2002 г.). «Альтернативный сплайсинг и сложность генома». Природная генетика . 30 (1): 29–30. дои : 10.1038/ng803. PMID  11743582. S2CID  2724843.
  41. ^ Ким Э., Маген А., Аст Г. (2006). «Различные уровни альтернативного сплайсинга среди эукариот». Nucleic Acids Research . 35 (1): 125–31. doi : 10.1093/nar/gkl924. PMC 1802581. PMID  17158149. 
  42. ^ López-Bigas N, Audit B, Ouzounis C, Parra G, Guigó R (март 2005 г.). «Являются ли мутации сплайсинга наиболее частой причиной наследственных заболеваний?». FEBS Letters . 579 (9): 1900–3. Bibcode : 2005FEBSL.579.1900L. doi : 10.1016/j.febslet.2005.02.047. PMID  15792793. S2CID  30174458.
  43. ^ Ward AJ, Cooper TA (январь 2010 г.). «Патобиология сплайсинга». Журнал патологии . 220 (2): 152–63. doi :10.1002/path.2649. PMC 2855871. PMID  19918805 . 
  44. ^ Скотхейм RI, Нис M (2007). «Альтернативный сплайсинг при раке: шум, функциональность или систематика?». Международный журнал биохимии и клеточной биологии . 39 (7–8): 1432–49. doi :10.1016/j.biocel.2007.02.016. PMID  17416541.
  45. ^ He C, Zhou F, Zuo Z, Cheng H, Zhou R (2009). Bauer JA (ред.). "Глобальный обзор вариантов транскриптов, специфичных для рака, с помощью субтрактивного транскриптомного анализа". PLOS ONE . ​​4 (3): e4732. Bibcode :2009PLoSO...4.4732H. doi : 10.1371/journal.pone.0004732 . PMC 2648985 . PMID  19266097. 
  46. ^ ab Sveen A, Kilpinen S, Ruusulehto A, Lothe RA, Skotheim RI (май 2016 г.). «Аберрантный сплайсинг РНК при раке; изменения экспрессии и драйверные мутации генов факторов сплайсинга». Oncogene . 35 (19): 2413–27. doi : 10.1038/onc.2015.318 . PMID  26300000. S2CID  22943729.
  47. ^ Omenn GS, Guan Y, Menon R (июль 2014 г.). «Новый класс белковых кандидатов на биомаркеры рака: дифференциально экспрессируемые варианты сплайсинга ERBB2 (HER2/neu) и ERBB1 (EGFR) в линиях клеток рака груди». Журнал протеомики . 107 : 103–12. doi :10.1016/j.jprot.2014.04.012. PMC 4123867. PMID  24802673 . 
  48. ^ Sveen A, Johannessen B, Teixeira MR, Lothe RA, Skotheim RI (август 2014 г.). «Транскриптомная нестабильность как молекулярная панраковая характеристика карцином». BMC Genomics . 15 (1): 672. doi : 10.1186/1471-2164-15-672 . PMC 3219073 . PMID  25109687. 
  49. ^ Sveen A, Agesen TH, Nesbakken A, Rognum TO, Lothe RA, Skotheim RI (май 2011 г.). «Нестабильность транскриптома при колоректальном раке, выявленная с помощью анализа экзонных микроматриц: ассоциации с уровнями экспрессии факторов сплайсинга и выживаемостью пациентов». Genome Medicine . 3 (5): 32. doi : 10.1186/gm248 . PMC 4137096 . PMID  21619627. 
  50. ^ Banaszak LG, Giudice V, Zhao X, Wu Z, Gao S, Hosokawa K и др. (март 2018 г.). «Аномальный сплайсинг РНК и геномная нестабильность после индукции мутаций DNMT3A путем редактирования генов CRISPR/Cas9». Blood Cells, Molecules & Diseases . 69 : 10–22. doi :10.1016/j.bcmd.2017.12.002. PMC 6728079 . PMID  29324392. 
  51. ^ Ким Э., Горен А., Аст Г. (январь 2008 г.). «Взгляд на связь между раком и альтернативным сплайсингом». Trends in Genetics . 24 (1): 7–10. doi :10.1016/j.tig.2007.10.001. PMID  18054115.
  52. ^ ab Ghigna C, Giordano S, Shen H, Benvenuto F, Castiglioni F, Comoglio PM и др. (декабрь 2005 г.). «Подвижность клеток контролируется SF2/ASF через альтернативный сплайсинг протоонкогена Ron». Molecular Cell . 20 (6): 881–90. doi : 10.1016/j.molcel.2005.10.026 . PMID  16364913.
  53. ^ Hui L, Zhang X, Wu X, Lin Z, Wang Q, Li Y, Hu G (апрель 2004 г.). «Идентификация альтернативно сплайсированных вариантов мРНК, связанных с раком, путем выравнивания EST по всему геному». Онкоген . 23 (17): 3013–23. doi : 10.1038/sj.onc.1207362 . PMID  15048092.
  54. ^ Danckwardt S, Neu-Yilik G, Thermann R, Frede U, Hentze MW, Kulozik AE (март 2002 г.). «Аномально сплайсированные мРНК бета-глобина: единичная точечная мутация генерирует транскрипты, чувствительные и нечувствительные к бессмысленно-опосредованному распаду мРНК». Blood . 99 (5): 1811–6. doi : 10.1182/blood.V99.5.1811 . PMID  11861299. S2CID  17128174.
  55. ^ Nestler EJ (декабрь 2013 г.). «Клеточная основа памяти для зависимости». Dialogues in Clinical Neuroscience . 15 (4): 431–43. doi :10.31887/DCNS.2013.15.4/enestler. PMC 3898681. PMID 24459410.  НЕСМОТРЯ НА ВАЖНОСТЬ МНОГОЧИСЛЕННЫХ ПСИХОСОЦИАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ, В СВОЕЙ СУТИ НАРКОТИЧЕСКАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ВКЛЮЧАЕТ В СЕБЯ БИОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС: способность многократного воздействия наркотика, вызывающего злоупотребление, вызывать изменения в уязвимом мозге, которые приводят к компульсивному поиску и приему наркотиков, а также к потере контроля над употреблением наркотиков, что определяет состояние зависимости. ... В большом объеме литературы показано, что такая индукция ΔFosB в нейронах NAc типа D1 повышает чувствительность животного к наркотикам, а также к естественным вознаграждениям и способствует самостоятельному приему наркотиков, предположительно, посредством процесса положительного подкрепления. 
  56. ^ Раффл Дж. К. (ноябрь 2014 г.). «Молекулярная нейробиология зависимости: что это за (Δ)FosB?». Американский журнал по злоупотреблению наркотиками и алкоголем . 40 (6): 428–37. doi :10.3109/00952990.2014.933840. PMID  25083822. S2CID  19157711. ΔFosB — это важный фактор транскрипции, участвующий в молекулярных и поведенческих путях зависимости после многократного воздействия наркотиков. Образование ΔFosB в нескольких областях мозга и молекулярный путь, приводящий к образованию комплексов AP-1, хорошо изучены. Установление функционального назначения ΔFosB позволило дополнительно определить некоторые ключевые аспекты его молекулярных каскадов, включающих такие эффекторы, как GluR2 (87,88), Cdk5 (93) и NFkB (100). Более того, многие из этих идентифицированных молекулярных изменений теперь напрямую связаны со структурными, физиологическими и поведенческими изменениями, наблюдаемыми после хронического воздействия наркотиков (60,95,97,102). Новые рубежи исследований, изучающих молекулярные роли ΔFosB, были открыты эпигенетическими исследованиями, и недавние достижения проиллюстрировали роль ΔFosB, действующего на ДНК и гистоны, действительно как молекулярный переключатель (34). В результате нашего улучшенного понимания ΔFosB при наркомании стало возможным оценить аддиктивный потенциал современных лекарств (119), а также использовать его в качестве биомаркера для оценки эффективности терапевтических вмешательств (121,122,124). Некоторые из этих предлагаемых вмешательств имеют ограничения (125) или находятся в зачаточном состоянии (75). Однако есть надежда, что некоторые из этих предварительных результатов могут привести к инновационным методам лечения, которые так необходимы при наркомании.
  57. ^ Biliński P, Wojtyła A, Kapka-Skrzypczak L, Chwedorowicz R, Cyranka M, Studziński T (2012). "Эпигенетическая регуляция наркотической зависимости". Annals of Agricultural and Environmental Medicine . 19 (3): 491–6. PMID  23020045. По этим причинам ΔFosB считается первичным и причинным фактором транскрипции в создании новых нейронных связей в центре вознаграждения, префронтальной коре и других регионах лимбической системы. Это отражается в повышенном, стабильном и длительном уровне чувствительности к кокаину и другим наркотикам, а также в тенденции к рецидиву даже после длительных периодов воздержания. Эти вновь созданные сети функционируют очень эффективно через новые пути, как только наркотики, вызывающие злоупотребление, принимаются снова
  58. ^ Olsen CM (декабрь 2011 г.). «Естественные вознаграждения, нейропластичность и ненаркотическая зависимость». Neuropharmacology . 61 (7): 1109–22. doi :10.1016/j.neuropharm.2011.03.010. PMC 3139704 . PMID  21459101. 
  59. ^ Luco RF, Allo M, Schor IE, Kornblihtt AR, Misteli T (январь 2011 г.). «Эпигенетика в альтернативном сплайсинге пре-мРНК». Cell . 144 (1): 16–26. doi :10.1016/j.cell.2010.11.056. PMC 3038581 . PMID  21215366. 
  60. ^ Strømme JM, Johannessen B, Skotheim RI (2023). «Отклонение альтернативного сплайсинга как молекулярный подтип микросателлитного стабильного колоректального рака». JCO Clinical Cancer Informatics . 7 (7): e2200159. doi : 10.1200/CCI.22.00159 . hdl : 10852/108838 . PMID  36821799.
  61. ^ Taggart AJ, DeSimone AM, Shih JS, Filloux ME, Fairbrother WG (июнь 2012 г.). «Крупномасштабное картирование точек ветвления в транскриптах пре-мРНК человека in vivo». Nature Structural & Molecular Biology . 19 (7): 719–21. doi :10.1038/nsmb.2327. PMC 3465671. PMID  22705790 . 
  62. ^ Fairbrother WG, Yeh RF, Sharp PA, Burge CB (август 2002 г.). «Предиктивная идентификация экзонных энхансеров сплайсинга в генах человека». Science . 297 (5583): 1007–13. Bibcode :2002Sci...297.1007F. doi : 10.1126/science.1073774 . PMID  12114529. S2CID  8689111.
  63. ^ Pan Q, Shai O, Misquitta C, Zhang W, Saltzman AL, Mohammad N и др. (декабрь 2004 г.). «Выявление глобальных регуляторных особенностей альтернативного сплайсинга млекопитающих с использованием количественной платформы микрочипов». Molecular Cell . 16 (6): 929–41. doi : 10.1016/j.molcel.2004.12.004 . PMID  15610736.
  64. ^ ab David CJ, Manley JL (февраль 2008 г.). «Поиск альтернативных регуляторов сплайсинга: новые подходы открывают путь к коду сплайсинга». Genes & Development . 22 (3): 279–85. doi :10.1101/gad.1643108. PMC 2731647 . PMID  18245441. 
  65. ^ Watkins KH, Stewart A, Fairbrother W (декабрь 2009 г.). «Быстрый высокопроизводительный метод картирования рибонуклеопротеинов (РНП) на пре-мРНК человека». Journal of Visualized Experiments . 34 (34): 1622. doi :10.3791/1622. PMC 3152247 . PMID  19956082. 
  66. ^ Tuerk C, Gold L (август 1990). «Систематическая эволюция лигандов путем экспоненциального обогащения: лиганды РНК к ДНК-полимеразе бактериофага T4». Science . 249 (4968): 505–10. Bibcode :1990Sci...249..505T. doi :10.1126/science.2200121. PMID  2200121.
  67. ^ Chang B, Levin J, Thompson WA, Fairbrother WG (март 2010 г.). «Анализ связывания с высокой пропускной способностью определяет специфичность связывания ASF/SF2 с альтернативно сплайсированными пре-мРНК человека». Комбинаторная химия и скрининг с высокой пропускной способностью . 13 (3): 242–52. doi :10.2174/138620710790980522. PMC 3427726. PMID  20015017 . 
  68. ^ Sommer, Markus J.; Cha, Sooyoung; Varabyou, Ales; Rincon, Natalia; Park, Sukhwan; Minkin, Ilia; Pertea, Mihaela; Steinegger, Martin; Salzberg, Steven L. (15.12.2022). "Идентификация изоформ на основе структуры для человеческого транскриптома". eLife . 11 : e82556. doi : 10.7554/eLife.82556 . PMC 9812405 . PMID  36519529. 
  69. ^ Tapial J, Ha KC, Sterne-Weiler T, Gohr A, Braunschweig U, Hermoso-Pulido A и др. (октябрь 2017 г.). «Атлас альтернативных профилей сплайсинга и функциональных ассоциаций раскрывает новые регуляторные программы и гены, которые одновременно экспрессируют несколько основных изоформ». Genome Research . 27 (10): 1759–1768. doi :10.1101/gr.220962.117. PMC 5630039 . PMID  28855263. 
  70. ^ Louadi Z, Yuan K, Gress A, Tsoy O, Kalinina OV, Baumbach J, et al. (Январь 2021 г.). «DIGGER: изучение функциональной роли альтернативного сплайсинга во взаимодействиях белков». Nucleic Acids Research . 49 (D1): D309–D318. doi : 10.1093/nar/gkaa768 . PMC 7778957. PMID  32976589 . 
  71. ^ Родригес Дж.М., Майетта П., Эзкурдиа И., Пьетрелли А., Весселинк Дж.Дж., Лопес Г. и др. (январь 2013 г.). «APPRIS: аннотация основных и альтернативных изоформ сплайсинга». Исследования нуклеиновых кислот . 41 (Проблема с базой данных): D110-7. дои : 10.1093/nar/gks1058. ПМК 3531113 . ПМИД  23161672. 

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Альтернативный сплайсинг» .