Alternatief splicen en de functie van niet-coderend RNA

Alternatief splicen stelt een enkel gen in staat meerdere onderscheiden boodschapper-RNA's — en vaak meerdere eiwitten — te genereren door exonen in verschillende combinaties samen te voegen, waardoor de functionele output van het genoom aanzienlijk wordt uitgebreid. Niet-coderend RNA, transcripten die niet in eiwit worden vertaald, voegt een verdere regulatoire laag toe, werkend op transcriptie, splicen, RNA-stabiliteit en chromatine. Samen verklaren deze verschijnselen hoe een bescheiden aantal genen de complexiteit van het transcriptoom kan ondersteunen.

Definition

Alternatief splicen is het gereguleerde proces waarbij verschillende combinaties van exonen uit een enkel pre-boodschapper-RNA worden samengevoegd om onderscheiden rijpe transcripten te produceren, terwijl de functie van niet-coderend RNA verwijst naar de regulatoire en structurele rollen van RNA-transcripten die niet in eiwit worden vertaald.

Scope

Dit onderwerp behandelt het gereguleerde proces van alternatief splicen (exon-inclusie en -overslaan, selectie van splitsingsplaatsen en isovormverscheidenheid) en de belangrijkste klassen en functies van niet-coderend RNA, van kleine regulatoire RNA's tot lange niet-coderende RNA's. Het is een conceptueel en methodologisch naslagwerk binnen de transcriptomica en biedt geen klinische richtlijnen.

Core questions

• Hoe worden splitsingsplaatsen herkend en geselecteerd zodat één gen meerdere transcriptisovormers oplevert?
• Hoe vergroot alternatief splicen de verscheidenheid van het proteoom en transcriptoom?
• Wat zijn de belangrijkste klassen niet-coderend RNA en hoe reguleren zij genexpressie?
• Hoe detecteren hoge-doorvoermethoden isovormers en kwantificeren zij niet-coderende transcripten?

Key concepts

• Exonen, intronen en het spliceosome
• Exon-inclusie en -overslaan
• Splitsingsplaats- en exondefinitie
• Verscheidenheid van transcriptisovormers
• Kleine regulatoire RNA's (bijv. microRNA's)
• Lange niet-coderende RNA's (lncRNA's)
• Posttranscriptionele regulatie
• Splicingregulerende elementen en factoren

Mechanisms

Tijdens het splicen verwijdert het spliceosome intronen uit een pre-boodschapper-RNA en verbindt het exonen; wanneer de keuze van splitsingsplaatsen gereguleerd is, kan hetzelfde pre-mRNA worden verwerkt tot verschillende rijpe transcripten via exon-inclusie, exon-overslaan of het gebruik van alternatieve splitsingsplaatsen en start-/eindplaatsen. De herkenning van de juiste grenzen hangt af van splitsingsplaatssequenties en van regulatoire elementen die gebonden zijn aan splicingfactoren, wat verklaart waarom exondefinitie een nauwkeurig afgestemd proces is, zoals besproken door Keren en collega's. Niet-coderende RNA's werken via complementaire mechanismen: korte regulatoire RNA's sturen de repressie van doelboodschapper-RNA's, terwijl lange niet-coderende RNA's eiwitcomplexen kunnen steigereren, chromatinemodificerende enzymen kunnen dirigeren of transcriptie kunnen moduleren, zoals beschreven door Ponting en collega's. Genoomwijde onderzoeken zoals het ENCODE-project toonden aan dat een groot deel van het genoom wordt getranscribeerd tot niet-coderend RNA, wat de breedte van deze regulatoire laag onderstreept; sequencingmethoden die splitsingsverbindingen vastleggen, stellen onderzoekers in staat isovormers en niet-coderende transcripten te detecteren en te kwantificeren.

Clinical relevance

Afwijkend splicen en ontregeld niet-coderend RNA zijn geïmpliceerd bij vele ziekten en vormen een actief onderzoeksgebied voor biomarkers en therapeutica. Als naslagonderwerp legt dit artikel uit hoe isovorm- en niet-coderend-RNA-biologie wordt beschreven en gemeten; het vormt geen grondslag voor individuele diagnostische of therapeutische beslissingen.

Evidence & guidelines

Referentierevisies omvatten Keren en collega's over alternatief splicen en exondefinitie en Ponting en collega's over de functie van lang niet-coderend RNA, aangevuld met genoomwijde transcriptieonderzoeken van het ENCODE-project. Dit zijn methodologische en conceptuele referenties en geen klinische richtlijnen.

History

De ontdekking van gespleten genen en RNA-splicen in de late jaren zeventig van de twintigste eeuw onthulde dat exonen op alternatieve wijzen konden worden gecombineerd, en in de decennia die volgden werd alternatief splicen erkend als een alomtegenwoordige bron van transcript- en eiwitverscheidenheid. Parallel hieraan breidde de studie van niet-coderend RNA zich uit van enkele bekende functionele RNA's tot grote klassen van kleine regulatoire en lange niet-coderende transcripten, en genoomwijde projecten vanaf de jaren 2000 documenteerden wijdverbreide niet-coderende transcriptie, waardoor een groot deel van het genoom werd herkaderd als functioneel getranscribeerd.

Debates

Hoeveel niet-coderende transcriptie is functioneel?

Genoomwijde onderzoeken tonen aan dat een groot deel van het genoom wordt getranscribeerd tot niet-coderend RNA, maar het onderscheiden van transcripten met een biologische functie van transcriptioneel ruis blijft omstreden, en de functionele annotatie van lange niet-coderende RNA's loopt achter op hun ontdekking.

Key figures

• Gil Ast
• Chris P. Ponting
• Wolf Reik

Seminal works

• keren-2010
• ponting-2009
• encode-2012

Frequently asked questions

Hoe kan één gen meerdere verschillende eiwitten produceren?

Via alternatief splicen kunnen de exonen van het pre-boodschapper-RNA van een enkel gen in verschillende combinaties worden samengevoegd, waardoor onderscheiden rijpe transcripten ontstaan die kunnen worden vertaald in verschillende eiwitisovormers. Dit vergroot de functionele verscheidenheid aanzienlijk zonder het aantal genen te verhogen.

Als niet-coderende RNA's niet worden vertaald, hoe werken zij dan?

Zij functioneren als RNA-moleculen in plaats van als sjablonen voor eiwit. Kleine regulatoire RNA's kunnen de repressie van doelboodschapper-RNA's sturen, terwijl lange niet-coderende RNA's eiwitcomplexen kunnen steigereren, chromatinemodificerende machinerie kunnen dirigeren of transcriptie kunnen beïnvloeden.