RNA-Spleißen und alternatives Spleißen

Spleißen ist der Prozess, der Introns aus einer prä-mRNA entfernt und die verbleibenden Exons zu einer kontinuierlichen kodierenden Sequenz verbindet. Wenn dieselbe prä-mRNA auf mehr als eine Weise gespleißt werden kann – alternatives Spleißen – kann ein einzelnes Gen mehrere unterschiedliche mRNAs und Proteine hervorbringen, wodurch die Kodierungskapazität des Genoms erheblich erweitert und eine wichtige Ebene der Genregulation bereitgestellt wird.

Definition

RNA-Spleißen ist die Entfernung von Introns und die Ligation von Exons in einer prä-mRNA zur Bildung einer reifen kodierenden Sequenz; alternatives Spleißen ist die regulierte Nutzung verschiedener Spleißstellen, sodass ein Gen mehrere mRNA- und Proteinisoformen hervorbringt.

Scope

Dieses Thema behandelt die Chemie und Maschinerie des prä-mRNA-Spleißens durch das Spleißosom, die Muster und Regulation des alternativen Spleißens, seinen Beitrag zur Proteomvielfalt und selbstspleißende Introns als katalytische Präzedenzfälle. Es behandelt das Spleißen als regulatorisches und strukturelles Thema innerhalb der Molekularbiologie und ist referenz-edukativ, nicht als klinische Leitlinie gedacht.

Core questions

• Wie erkennt das Spleißosom Exon-Intron-Grenzen und katalysiert die Intron-Entfernung?
• Wie ermöglicht alternatives Spleißen, dass ein Gen viele Proteine kodiert?
• Welche Signale und regulatorischen Proteine steuern, welche Spleißstellen verwendet werden?
• Wie tragen Spleißfehler und Dysregulation zu Krankheiten bei?

Key concepts

• Introns und Exons
• Spleißosom (kleine nukleäre Ribonukleoproteine)
• 5'- und 3'-Spleißstellen und Verzweigungspunkt
• Exon-Skipping und alternative Spleißstellenwahl
• Spleißregulatorische Proteine (z.B. SR- und hnRNP-Familien)
• Isoformvielfalt und Proteomexpansion
• Selbstspleißende Introns

Key theories

Katalytische RNA beim Spleißen

Die Entdeckung, dass ein Gruppe-I-Intron sich ohne Protein selbst herausschneiden kann, etablierte, dass RNA die Phosphoryl-Transfer-Chemie des Spleißens katalysieren kann, was den RNA-zentrierten katalytischen Kern des Spleißosoms vorwegnahm.

Mechanisms

Das meiste prä-mRNA-Spleißen wird durch das Spleißosom durchgeführt, einen großen dynamischen Komplex aus kleinen nukleären Ribonukleoproteinen und Proteinen, der sich an jedem Intron zusammenfügt, die 5'-Spleißstelle, den Verzweigungspunkt und die 3'-Spleißstelle erkennt und zwei Transesterifizierungsreaktionen katalysiert, die das Intron als Lariat herausschneiden und die flankierenden Exons verbinden. Welche Stellen ausgewählt werden, ist nicht festgelegt: Regulatorische Proteine, die an Enhancer- und Silencer-Sequenzen binden, beeinflussen die Maschinerie dahingehend, bestimmte Exons einzuschließen oder zu überspringen, wodurch alternative Isoformen zelltyp- und entwicklungsstadiumspezifisch produziert werden. In Wirbeltiergenomen ist alternatives Spleißen weit verbreitet und eine Hauptquelle für Transkriptom- und Proteomvielfalt. Die Chemie des Spleißens hat einen katalytischen RNA-Präzedenzfall in selbstspleißenden Introns, die sich ohne das Spleißosom selbst entfernen.

Clinical relevance

Mutationen, die Spleißstellen oder Spleißregulatoren stören, verursachen oder modifizieren viele genetische Krankheiten und Krebserkrankungen, und Spleiß-modulierende Moleküle sind zu einer therapeutischen Strategie geworden. Dieser Eintrag präsentiert diese Biologie als Bildungshintergrund und ist keine Grundlage für individuelle Diagnosen oder Behandlungen.

History

Die Entdeckung in den späten 1970er Jahren, dass Gene in Exons und Introns unterteilt sind, implizierte einen Mechanismus zur Entfernung der Introns, und das Spleißosom wurde anschließend als die verantwortliche Maschine charakterisiert. Die Erkenntnis, dass Spleißen in alternativen Mustern auftreten kann, verwandelte es von einem bloßen Reifungsschritt in einen zentralen Regulationsmechanismus, und genomweite Studien zeigten später, wie umfassend Wirbeltier-Transkriptome es nutzen. Der frühere Befund selbstspleißender Introns zeigte, dass die zugrunde liegende Chemie RNA-katalysiert sein kann.

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Thomas Cech
• Adrian Krainer
• Benjamin Blencowe

Seminal works

• kruger-1982
• nilsen-2010
• barbosa-morais-2012

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Spleißen und alternativem Spleißen?

Spleißen entfernt Introns und verbindet Exons, um eine reife mRNA zu bilden; alternatives Spleißen liegt vor, wenn dieselbe prä-mRNA auf mehr als eine Weise gespleißt wird, sodass ein Gen mehrere verschiedene mRNA- und Proteinisoformen produzieren kann.

Welche Maschine führt das meiste prä-mRNA-Spleißen durch?

Das Spleißosom, ein großer Komplex aus kleinen nukleären Ribonukleoproteinen und assoziierten Proteinen, der Spleißstellen erkennt und die Intron-Entfernung katalysiert.