Кратко — что и как.
1) Суть и масштаб
- Альтернативный сплайсинг — переразрезание пре-мРНК по разным схемам, в результате одной копии гена получаются разные мРНК и белки (изоформы). У человека более $90\%$ многокодирующих генов проявляют альтернативный сплайсинг, что позволяет одному гену давать множество белковых вариантов.
2) Основные механизмы (варианты сплайсинга)
- исключение/включение экзонов (exon skipping/inclusion);
- альтернативные 5'- и 3'-сплайс-сайты;
- взаимоисключающие экзоны (mutually exclusive);
- ретенция интронов (intron retention);
- использование альтернативных промоторов или полиаденилирования (влияет на структуру 5'\/3' участков).
3) Как это увеличивает протеомное разнообразие — эффекты на белки
- меняет домены и каталитические участки → меняет активность или специфичность;
- добавляет/удаляет сигналы локализации → меняет субклеточное распределение;
- изменяет сайты связывания партнёров и регуляторные мотивы → меняет сети взаимодействий;
- вводит варианты с PTC (premature termination codon), направляющие мРНК на NMD → регуляция уровня белка;
- комбинации вариантов дают экспоненциальное разнообразие изоформ (один ген может давать от нескольких до тысяч функционально разных белков).
4) Регуляция
- сплайсинг управляется сплайсосомой, cis‑элементами (enhancers/silencers в РНК) и trans‑факторами (SR‑протеины, hnRNP, тканеспецифические RBPs вроде Nova, Rbfox, PTB). Это обеспечивает тканеспецифичность и развитие‑зависимые профили изоформ.
5) Примеры генов с критическим функциональным значением
- Dscam (Drosophila): взаимно исключающие экзоны в одном гене дают $>38,016$ возможных белковых изоформ — критично для распознавания синаптических контактов при формировании нейронных схем.
- SMN1/SMN2 (человек): у SMN2 часто пропускается экзон $7$, что даёт нефункциональную белковую форму; недостаток функционального SMN вызывает спинальную мышечную атрофию (SMA). Терапии (антисмысловые олигонуклеотиды, напр. nusinersen) направлены на модуляцию сплайсинга exon $7$.
- Neurexins (NRXN1/2/3): множество сайтов альтернативного сплайсинга формируют разнообразие пресинаптических молекул, определяющих специфичность синаптического соединения и функциональные свойства синапсов.
- BCL2L1 (Bcl‑x): альтернативный сплайсинг даёт Bcl‑xL (антиапоптотический) и Bcl‑xS (проапоптотический) — критично для регуляции клеточной смерти.
- CALCA (Calcitonin/CGRP): альтернативный сплайсинг даёт кальцитонин в щитовидных С‑клетках и CGRP в нейронах — разные физиологические функции.
- VEGFA: альтернативные изоформы (например VEGF‑A165 и др.) различаются по про- и антиангиогенной активности и по связыванию с матриксом/рецепторами — важно в развитии и опухолевой ангиогенезе.
- CD44: множество вариантов влияет на адгезию, миграцию клеток и метастазирование опухолей — клинически значимо в онкологии.
- Tropomyosin, Titin, Myosin (мышечные белки): тканеспецифические изоформы определяют механические и регуляторные свойства мышечных волокон.
6) Практическое значение
- Сплайсинг — источник функционального разнообразия и регуляции экспрессии; нарушения приводят к множеству заболеваний (нейродегенерация, рак, кардиомиопатии), а модуляция сплайсинга — терапевтическая стратегия (антисмысловые олигонуклеотиды, малые молекулы).
Если нужно, могу кратко показать схему примера (например, как пропуск экзона меняет белковый домен на примере SMN2 или BCL2L1).