Alternativna prerada RNK
Alternativna prerada RNK ili alternativni splajsing (ili diferencijalna prerada) je proces kojim se egzoni RNK, nakon transkripcije gena (primarni genski transkript ili pre-iRNK) ponovno spajaju na više načina tokom njene prerade. Rezultujuće različite molekule iRNK mogu biti prevedene u različite proteinske izoforme; tako jedan gen može kodirati više proteina.[1].
Alternativna prerada se javlja kao normalna pojava kod eukariotskih organizama, gdje to znatno povećava raznolikost proteina koji mogu biti kodirani istim genomom.[1]. Kod ljudi preko 80% gena su alternativno splajsovani[2]. Zabilježeni su brojni modovi alternativne prerade, od kojih je najčešći preskakanje egzona. U tom modu, pojedini egzoni mogu biti uključenu u iRNK, pod određenim uvjetima ili u pojedinim tkivima, a izostavljeni iz iRNK u drugim modovima.
Proizvodnja alternativno prerađenih molekula iRNK je regulirana sistemom trans-delujućih proteina koji se vežu za cis-delujuća mjesta na samim pre-iRNK molekulama. Takvi proteini obuhvataju aktivatore prerade, koji podstiču upotrebu njenog određenog mjesta, kao i represore prerade RNK, koji umanjuju upotrebu pojedinih mjesta. Mehanizmi alternativne prerade su visoko varijabilni, a novi primjeri se konstantno otkrivaju, posebno upotrebom visokoprotonskih tehnika. Istraživači se nadaju da će vremenom regulatorni sistem prerade iRNK biti u potpunosti poznat, tako da će postati moguće predvidjeti i proizvode alternativne prerade pod datim uslovima, upotrebom „splajsnog koda“[2][3].
Abnormalne varijacije u preradi mogući su uzrok mnogih bolesti. Veliki dio ljudskih nasljednih bolesti i mahana je posljedica neodgovarajućih varijanti prerade.[2]. Za abnormalne splajsne varijante se takođe smatra da doprinose razvoju raka[4][5][6][7].
Otkriće
Alternativna prerada je prvi put zabilježena 1977.[8][9] Adenovirusi proizvode dva različita primarna transkripta, od kojih jedan rano u životnom ciklusu, a jedan kasnije, nakon replikacije DNK. Utvrđeno je da je primarni transkript RNK adenovirusa tip 2 u kasnoj fazi ciklusa prerađen pio različitim modovima, što dovodi do pojave molekula iRNK koje kodiraju različite virusne proteine. I 5’ i 3’ mjesta prerade su varirala, a pored toga i transkript je uključivao višestruka mjesta poliadenilacije, što je rfezultiralo različitim 3’ krajevima obrađenim putem molekula iRNK.[10][11][12]
Prvi primjer alternativne prerade u transkriptima normalnih, endogenih gena je karakteriran 1981.[10]. Za gen koji kodira tireoidni hormon kalcitonin nađeno je da je alternativno prerasđen u ćelijama sisara. Pre-iRNK ovog gena sadrži šest egzona; iRNK kalcitonina ima egzone 1-4, a završava se nakon poliadenilacijskog mjesta u egzonu 4. Druga molekula iRNK je proizvedena istom pre-iRNK, preskačući egzon 4, a sadrži egzone 1-3, 5, i 6. Kodira protein poznat kao CGRP (kalcitonin-genu srodni peptid)[13][14]. Tokom ranih 1980-tih zabolježeni su i primjeri alternativne prerade genskih transkripata imunoglobulina kod sisara.[10][15].
Od tada, za alternativna prerada utvrđena je da je kao sveprisutna kod eukariota.[1]. U tom pogledu rkordna učestalost prerada nađena je kod D. melanogaster, u genu zvanom Dscam, koji potencijalno može imati 38.016 varijanti prerade.[16].
Modovi
Postoji pet osnovnih načina alternativne prerade RNK.[17]
- Preskakanje egzona ili kasetni egzon je slučaj kada egzon može biti izostavljen iz primarnog transkripta ili zadržan. To je najčešći mod kod sisarske pre-iRNK.[17].
- Međusobno isključivi egzoni je stanje kada se jedan od dva egzona, nakon prerade, zadržavaju u iRNK, ali ne oba.
- Alternativno donorsko mjesto je situacija kada se koristi alternativni 5' spoj (donorsko mjesto), čime se mijenja 3' granica nizvodnog egzona.
- Alternativno akceptorsko mjesto: koristi se alternativni 3' spoj (akceptorsko mjesto), čime se mijenja 5' granica nizvodnog egzona.
- Zadržavanje introna dešava se kada sekvenca može može biti izostavljena kao intron ili jednostavno zadržana. Ovaj mod se razlikuje od preskakanja egzona, po tome što zadržana sekvenca nije oivičena intronima. Ako je zadržani intron pripada kodirajućoj regiji, mora kodirati aminokiseline između susjednih egzona, jer bi stop kodon ili pomjeranje okvira čitanja vjerovatno proizvelo nefunkcionalni protein. Ovo je najrjeđi mod kod sisara.
Pored ovih primarnih modova alternativne prerade, postoje i dva druga mehanizma kojima se različite molekule iRNK stvaraju kodiranjem istog gena: višestruki promotori i višestruka mjesta poliadenilacije. Korištenje više promotora je predmehanizam transkripcijske regulacije nego alternativne prerade . Počinjanjem transkripcije u različitim tačkama, mogu biti formirani transkripti sa različitim egzonima 5'-kraja. S druge strane, višestruka mjesta poliadenilacije omogućavaju različite 3' krajnje tačke. Oba mehanizma uočena su u kombinaciji sa alternativnom preradom, a proizvode dodatnu varijabilnost molekula iRNK, kodiranih iz datog gena.
Ovi modovi odnos nae se osnovne mehanizme prerade. Postoji mogućnost da su nisu adekvatni za opisivanje kompleksnih događaja prerade. Slika sa desne strane pokazuje tri forme mišjeg gena hijaluronidaze. Poređenje strukture na prvoj liniji (zeleno) sa strukturom na drugoj liniji (žuto) pokazuje zadržavanje introna, dok poređenje druge i treće linije (žuto – plavo) je primjer preskakanja. Nedavno je predložena i nomenklatura modela koja jedinstveno određuje sve moguće uzorke prerade.