Alternatiivne splaissing: mõiste, mehhanism ja haigustega seos

Alternatiivne splaissing võimaldab DNA-l kodeerida rohkem kui ühte valku. See muudab sõnumitooja RNA eksoonide koostist ja seeläbi lõplikku valgutoodet.

Kuidas alternatiivne splaissing tekib

Alternatiivse splaissingu puhul ühendatakse transkriptsiooni käigus toodetud eelsõnumi RNA eksonid RNA splaissingu käigus erinevalt. Selle protsessi põhimehhanismid on:

• Splaissosoom — suur ribonukleoproteiinide (snRNP) ja täiendavate valkude kompleks, mis tunnustab lõikesignaale (5' ja 3' splaissingukoht, haru punkt) ja katalüüsib eksonite ühendamist.
• Cis‑elementide roll — suhteliselt lühikesed nukleotiidijärjestused eelsõnumis (nt konsensus‑splaissingukohad, eksonilised/intronilised aktivaatoreid ja repressoreid), mis määravad, milliseid lõikepunkte kasutatakse.
• Trans‑faktorid — RNA‑siduvad valgud (näiteks SR‑valkud ja hnRNP‑id), mis soodustavad või takistavad teatud lõikeskohtade kasutamist ja annavad splaissingu kudespetsiifilise või arengulise regulatsiooni.

Alternatiivse splaissingu tüübid

Levinumad variandid on:

• Eksoonide vahelejätmine (exon skipping) — üks ekson jäetakse välja; see on kõige tavaline vorm eukarüootidel.
• Vastastikku väljuvad eksonid (mutually exclusive exons) — valitakse ainult üks kahest (või enamast) alternatiivsest eksonist.
• Alternatiivne 5' või 3' lõikeskoht — muudetakse lõikepunkti algust või lõppu, mis lühendab või pikendab eksonit.
• Ikoonide säilitamine (intron retention) — intron jäetakse mõnikord ära splaissingust ja jääb mRNA‑sse.
• Alternatiivne esimene või viimane ekson — mõjutab transkriptsiooni algust või lõppu, sageli seotuna promotriivide ja polüadenüülimisega.

Mõju valkudele ja rakkudele

Alternatiivne splaissing loob ühest geenist erinevaid küpseid messenger‑RNAsid, mis transleeritakse erinevateks valkudeks. Selle tulemusena võivad valgu omadused muutuda — näiteks vahetub aktiivne domeen, muutub paiknemine rakus, muutub stabiilsus või regulaatorinteraktsioonid. Seetõttu suurendab alternatiivne splaissing oluliselt genoomi poolt kodeeritavate valkude mitmekesisust: inimorganismis on ligikaudu 95% multieksoonilistest geenidest alternatiivselt splaissitud.

Regulatsioon ja koespetsiifilisus

Alternatiivset splaissimist reguleerivad nii geenisiselsed signaalid kui ka rakustruktuur, signaalirajad ja transkriptsiooniline kiirus. Teatud ekson võib olla mRNA‑s sisaldunud ühes koes või arenguetapis, kuid teises välja jäetud. Selle taga on spetsiifilised splaissingu aktivaatorid ja repressorid, mis mõjutavad konkreetse lõikeskoha kasutamist. Mõned splaissingu muutused on dünaamilised ja vastavad raku keskkonna muutustele (näiteks signaalide, stressi või hormoonide toimel).

Alternatiivse splaissingu tähtsus haigustes

Haiguste puhul esinevad splaissingu ebanormaalsed variatsioonid. Paljud inimese geneetilised häired tulenevad splaissingu variantidest või mutatsioonidest splaissingukohtades. Näited ja mõjud:

• Geneetilised haigused: mutatsioonid, mis lõhkuvad konsensuslikud splaissingukohad või muudavad regulaatoreid, võivad tekitada mittetöötavaid või toksilisi isoforme. Näide: spinaalne lihasatroofia (SMA) on seotud SMN‑geeni alternatiivse splaissingu reguleerimisega (ravimeetodid sihivad SMN2 splaissingut).
• Vähk: muutused splaissingu regulaatorites (näiteks SF3B1, SRSF2) või spliced‑isoformide tasakaalu nihkumine võivad soodustada proliferatsiooni või takistada apoptoosi ja aidata vähil tekkida ja areneda.
• Neurodegeneratiivsed haigused: näiteks MAPT (tau) alternatiivne splaissing mõjutab tau‑valgu isoforme ja on seotud Alzheimeri tõve ning teiste tauopaatiale omaste seisunditega. Myotonic dystrophy puhul on häiritud splicingpaljudes geenides.
• Terapeutilised rakendused: mõistmine, kuidas splaissingut mõjutada, on viinud spetsiifiliste ravistrateegiateni — näiteks antisense‑oligonukleotiidide (ASO) kasutamine splaissingu muutmiseks (nusinersen SMA‑i puhul; eteplirsen Duchenne'i lihasdüstroofia teatud variantide puhul) ja väikemolekulide arendamine, mis mõjutavad splaissosoomi.

Raku kvaliteedikontroll ja mittetöötavad tooted

Mittetöötavate splaissingutoodetega tegeldakse sageli transkriptsioonijärgse kvaliteedikontrolli abil. See tähendab, et ebatüüpilised või stoptähte sisaldavad mRNA‑variandid suunatakse lagundamisele; üks tähtis mehhanism on nonsense‑mediated mRNA decay (NMD), mis hävitab mRNa‑sid, kus tekib enneaegne stopkoodon. Lisaks lõigatakse ja lagundatakse valesti splaissitud RNAd ensüümide abil.

Kuidas alternatiivset splaissingut uuritakse ja kasutatakse

• Meetodid: RNA‑seq annab ülevaate kogu transkriptoomist ja võimaldab tuvastada uusi isoforme; RT‑PCR ja kvantitatiivne PCR võimaldavad valideerida konkreetseid variante; minigeeni‑assay’d aitavad katsetada konkreetsete mutatsioonide mõju splaissingule; CLIP‑seq ja RIP‑seq identifitseerivad RNA‑valkude interaktsioone.
• Diagnostika: spetsiifilised splaissingu mustrid võivad toimida haigusmärkidena või prognoosijatena.
• Ravi: antisense‑oligonukleotiidid, splaissosoomi mõjutavad väikemolekulid ja geeniteraapia (nt CRISPR‑põhised lähenemised) on aktiivses arenduses, et korrigeerida kahjulikke splaissingumuutusi.

Kokkuvõtlikult on alternatiivne splaissing oluline mehhanism, mis suurendab proteoomi mitmekesisust ja võimaldab keerukat geenide regulatsiooni organismis. Samas võivad selle mehhanismi häired põhjustada või soodustada haigusi, mistõttu on splaissingu uurimine nii bioloogilises kui ka kliinilises kontekstis väga oluline.

Küsimused ja vastused

K: Mis on alternatiivne ühendamine?

K: Kui levinud on alternatiivne splaissing?

K: Millised on mõned alternatiivse splaissingu liigid?

K: Kuidas mõjutab alternatiivse splaissingu ebanormaalne varieerumine tervist?

K: Milliseid valke saab alternatiivse splaissingu abil luua?

K: Mis juhtub, kui alternatiivse splaissingu tulemusel tekivad mittetoimivad tooted?

Otsing