RNA-splicing is een cruciaal proces voor complexe (eukaryotische) organismen, omdat het hen in staat stelt om met een beperkt aantal genen een enorme diversiteit aan eiwitten te produceren. Het belangrijkste voordeel is dat splicing, en specifiek alternatieve splicing, de functionele complexiteit van het proteoom (de verzameling eiwitten) enorm vergroot zonder dat daar meer DNA voor nodig is. National Institutes of Health (.gov) +1
Splicing is een tussenstap in het proces waarbij onze genen worden gedecodeerd tot eiwitten, de werkpaarden van de cel . Tijdens dit proces wordt het DNA van onze genen getranscribeerd naar "boodschapper-RNA", een molecuul dat lijkt op DNA en dient als blauwdruk voor de aanmaak van eiwitten.
Het proces dat intronen uit het pre-RNA knipt, zodat je alleen nog exonen overhoudt, heet splicing. Splicing gebeurt nog in de celkern. Na splicing wordt het RNA-molecuul, mRNA genoemd (messenger-RNA). Het heeft namelijk het bericht: 'maak dit specifieke eiwit!'
Alternatieve splicing, een mechanisme dat de diversificatie van het transcriptoom en proteoom vergroot door meerdere mRNA-producten uit één enkel gen te genereren , werd geopperd als een mogelijke oplossing voor deze paradoxale miscorrelatie tussen het aantal genen in het genoom van een organisme en de mate van fenotypische complexiteit ervan.
Splicing maakt echter een proces mogelijk dat alternatieve splicing wordt genoemd, waarbij meer dan één mRNA kan worden gemaakt van hetzelfde gen. Door alternatieve splicing kunnen wij (en andere eukaryoten) op een slimme manier meer verschillende eiwitten coderen dan we genen in ons DNA hebben .
Alternatieve splicing (AS) van pre-mRNA is een cruciaal aspect van genregulatie, dat de inhoud van het transcriptoom aanzienlijk verrijkt en de diversiteit van zowel het transcriptoom als het proteoom bevordert . AS speelt een essentiële rol in weefselontwikkeling en -differentiatie, en in belangrijke cellulaire processen van hogere eukaryoten.
Alternatieve splicing is een proces dat plaatsvindt tijdens de genexpressie in eukaryote cellen. Het stelt een enkel gen in staat om verschillende eiwitten te produceren. Dit proces is een belangrijk onderdeel van de post-transcriptionele modificatie.
Waarom kan alternatieve splicing van boodschapper-RNA's (mRNA's) voordelig zijn voor eukaryotische organismen? Alternatieve splicing is een mechanisme op posttranscriptioneel niveau dat onrijpe mRNA-structuren aanpast voordat ze worden vertaald. Hierdoor neemt de diversiteit van de mRNA's die door het genoom worden geproduceerd toe .
Alternatieve splicing kan verband houden met een verhoogde gevoeligheid voor kanker, hart- en vaatziekten en verschillende neuropathieën, zoals de ziekte van Alzheimer, de ziekte van Parkinson en de ziekte van Huntington, maar ook met schizofrenie en het aangeboren myasthenisch syndroom .
Alternatieve splicing maakt het mogelijk dat verschillende mRNA-isoformen uit hetzelfde gen worden gegenereerd, waardoor de transcriptomische en daarmee de proteomische diversiteit toeneemt . Hoewel de rol van variatie in genexpressie in adaptieve evolutie algemeen wordt aanvaard, discussiëren biologen nog steeds over de functionele impact van alternatieve isoformen op het fenotype.
Dat RNA brengt een afschrift van de code naar de onderdelen van de cel waar eiwitten worden gemaakt. Maar eerst moet dat RNA worden aangepast: speciale enzymen knippen er onbruikbare stukken uit en plakken de bruikbare stukken aan elkaar. Dat proces heet 'splicing', letterlijk: splitsen. Dat 'splicen' is essentieel.
Splicing is een essentieel proces in de genexpressie, waarbij niet-coderende gebieden (introns) uit precursor-mRNA (pre-mRNA) worden verwijderd en coderende gebieden (exonen) vervolgens aan elkaar worden gekoppeld om volwassen mRNA te produceren.
Collectief worden dergelijke genen geacht een complex proces van alternatieve splicing te ondergaan. Het beste voorbeeld hiervan is het Drosophila Downsyndroom-celadhesiemolecuul (Dscam)-gen , dat 38.016 isovormen kan genereren door de alternatieve splicing van 95 variabele exonen.
Splicing wordt gekatalyseerd door het spliceosoom, dat bestaat uit een lang RNA-proteïnecomplex en is samengesteld uit vijf kleine celkern- (nucleaire) ribonucleoproteïnen (snRNP's, uitgesproken als "snurps"). Het RNA-gedeelte van de snRNP's reageert met het intron en is waarschijnlijk betrokken bij de katalyse.
Alternatieve splicing, ook wel alternatieve RNA-splicing genoemd, is een alternatief splicingproces dat plaatsvindt tijdens genexpressie en waardoor één gen voor meerdere eiwitten kan coderen.
Geleiden impulsen binnen het centrale zenuwstelsel. Schakelcellen liggen in het ruggenmerg, de hersenstam, de grote hersenen en de kleine hersenen. Schakelcellen verbinden sensorische zenuwen met motorische zenuwen en de hersenen.
Constitutieve splicing is het proces waarbij intronen worden verwijderd en exonen aan elkaar worden gekoppeld van de meeste exonen in de volgorde waarin ze in een gen voorkomen. Alternatieve splicing is een afwijking van deze voorkeursvolgorde, waarbij bepaalde exonen worden overgeslagen, wat resulteert in verschillende vormen van volwassen mRNA.
Steeds meer onderzoek wijst erop dat fouten in de splicing van genen bijdragen aan een breed scala aan ziekten, waaronder kanker, neurodegeneratieve aandoeningen en spierdystrofieën .
Door splicing worden genen "modulairer", waardoor tijdens de evolutie nieuwe combinaties van exonen kunnen ontstaan . Bovendien kunnen nieuwe exonen in oude intronen worden ingevoegd, waardoor nieuwe eiwitten ontstaan zonder de functie van het oude gen te verstoren. Onze kennis van RNA-splicing is nog vrij recent.
De basispatronen van alternatieve splicing omvatten het overslaan van exonen, alternatieve 5'- en 3'-spliceplaatsen, wederzijds uitsluitende exonen, het behouden van intronen en alternatieve splicing in combinatie met alternatieve eerste of laatste exonen (Figuur 1A).
In tegenstelling tot constitutieve splicing, waarbij exonen in een vaste volgorde aan elkaar worden gekoppeld, zorgt alternatieve splicing ervoor dat bepaalde coderende segmenten, exonen genaamd, selectief worden opgenomen of uitgesloten. Dit resulteert in verschillende mRNA-transcripten en vergroot het coderingspotentieel van eukaryotische genomen.
(A) Intronretentie (IR), (B) Exon-skipping, (C) Wederzijds uitsluitende exonen, (D) Alternatieve 5'-splicing, (E) Alternatieve 3'-splicing, (F) Alternatieve eerste exonen, (G) Alternatieve laatste exonen.
RNA-splicing zorgt voor diversiteit in het eukaryotische proteoom . Verschillende gesplicede varianten van een gen kunnen verschillen in hun structuur, functie, lokalisatie en stabiliteit, wat de eiwitstoichiometrie en fysiologische uitkomsten beïnvloedt.
Het splitsen van mRNA wordt uitgevoerd door een RNA- en eiwitcomplex dat bekend staat als het spliceosoom. Dit complex bevat snRNPs die zijn aangeduid als U1, U2, U4, U5 en U6 (U3 is niet betrokken bij mRNA-splitsing). U1 bindt aan de 5' GU en U2 bindt, met behulp van de U2AF-eiwitfactoren, aan het vertakkingspunt A binnen de vertakkingsplaats.
Berget, Moore en Sharp ontdekten RNA-splicing. Deze fase in de gentranscriptie, ofwel het proces waarbij DNA-informatie wordt omgezet in mRNA, is vergelijkbaar met een bericht dat moet worden ontcijferd vanwege een zin met extra letters.