معلومة

ما هي الطرق المختلفة التي يتم بها تقسيم exon؟

ما هي الطرق المختلفة التي يتم بها تقسيم exon؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يتم إنتاج Exons بواسطة أكثر من آلية ، على سبيل المثال splicing out introns بعد النسخ ، إذا كنت أتذكر بشكل صحيح. يرجى سرد كافة الآليات.


هناك عدة طرق يمكن أن يحدث التضفير ، والتي تعتمد على جزيء RNA المراد تقطيعه والمحفز الذي يقوم بإجراء التضفير:

  1. يتم إجراء تضفير الرنا المرسال بواسطة spliceosome ، والتي تتكون من RNAs نووي صغير. هناك تسلسلات في نهاية الإنترونات والفروع التي تشير إلى مواقع لصق. يتم تشكيل ما يسمى بالهيكل الوراثي عندما تهاجم مجموعة 2'OH من بقايا الأدينوزين في موقع الفرع موقع لصق 5 '.

  2. التضفير الذاتي لسلائف الحمض النووي الريبي الريبوسومي - يتم إجراؤه مع عدم وجود spliceosome.

  3. تضفير الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) - يتطلب ثلاثة إنزيمات وتحلل ATP.

مراجع:

الكيمياء الحيوية ، L. Stryer ، الطبعة الخامسة

جيه أبيلسون. الربط tRNA


استراتيجيات لتصحيح الطفرات اللامعقولة

هناء بن حبيلس. فابريس ليجون ، في تصحيح الطفرات غير المنطقية في أمراض الإنسان ، 2016

1.2 أمثلة

وصلت استراتيجية تخطي إكسون بالفعل إلى التجارب السريرية في حالة ضمور العضلات الدوشيني (DMD). في هذه الحالة المرضية ، يمكن علاج حوالي 75 ٪ من المرضى عن طريق تخطي exon (Aartsma-Rus et al. ، 2003) ، وعلى وجه الخصوص ، يمكن استهداف حوالي 16 ٪ من المرضى عن طريق تخطي العلاج exon 51. يشفر exon 51 جزءًا من المجال المركزي لبروتين dystrophin يسمى Rod domain ، بدءًا من exon 8 إلى exon 62 (الشكل 3.3). يتكون مجال القضيب من 24 تكرارًا مشابهًا لعنصر الببتيد الموجود في β-سبيكترين. ومن المثير للاهتمام ، أنه يمكن حذف حوالي 60٪ من مجال القضيب دون عواقب وخيمة على وظيفة الديستروفين (إنجلترا وآخرون ، 1990).

الشكل 3.3. تمثيل تخطيطي لتنظيم مجال البروتين للديستروفين.

يشار إلى exons لترميز المجالات المختلفة في الأعلى. يمكن تقسيم Dystrophin إلى أربعة مجالات تسمى المجال الطرفي N (البرتقالي) ، ومجال القضيب الذي يحتوي على 24 تكرارًا (أرجواني) وأربعة مجالات مفصلية (خضراء) ، ومجال غني بالسيستين (أزرق) ، ومجال C- طرفي (وردي) .

تم تطوير استراتيجيتين للحث على تخطي exon 51 أو exons الأخرى في مجال القضيب. الأول هو إخفاء موقع لصق 3 لإنترون من أجل تحفيز تخطي exon (s) التالي ، باستخدام oligonucleotide مضاد المعنى. تركز الإستراتيجية الثانية على تثبيط تضفير exon معين عن طريق ربط مثبط التضفير على هذا exon. من أجل تحقيق ذلك ، تم تصميم U7 snRNA المعدل المرتبط بـ hnRNPA1 من أجل التصلب بتسلسل محدد من exon المستهدف (Goyenvalle et al. ، 2009). عززت كلتا الاستراتيجيتين نتائج مشجعة للغاية من خلال تخليق بروتين ديستروفين المقطوع داخليًا في زراعة الخلايا والنماذج الحيوانية ، مثل الفئران أو الكلاب (Aartsma-Rus et al.، 2003 Barbash et al.، 2013 Goyenvalle et al.، 2012 Hoogaars et al. . ، 2012 Vulin et al. ، 2012).

بناءً على النتائج الإيجابية خارج الجسم الحي على زراعة الخلايا ، وكذلك في الجسم الحي في نماذج الفئران والكلاب ، تمت محاولة إجراء تجارب إكلينيكية (لتعريف مراحل التجربة السريرية ، انظر الملاحظة 3.1).

مراحل التجربة السريرية

مرحلة التجارب السريرية الأولى: هذه المرحلة هي الدراسة الأولى على الإنسان وتتطلب عددًا قليلاً من الأشخاص أو المرضى الأصحاء (بين 20 و 80). يتم تقييم سمية الدواء وتحمله خلال هذه المرحلة.

المرحلة الثانية من التجارب السريرية: الهدف من هذه المرحلة الثانية هو تحديد الحد الأدنى من الجرعة الفعالة. أجريت الدراسة على 100-300 مريض طوعي سيساعدون في إظهار بعض الفوائد العلاجية وتحديد الآثار الثانوية.

مرحلة التجربة السريرية الثالثة: تقيس هذه الدراسة فعالية الدواء مقابل العلاج الوهمي أو العلاج المرجعي. يتم تجنيد عدة مئات إلى آلاف المرضى في هذه المرحلة. إنها الخطوة الأخيرة قبل الإذن بطرح الدواء في السوق.

المرحلة الرابعة من التجارب السريرية: تبدأ هذه المرحلة بعد إدخال الدواء في السوق وتسمح بتحديد الآثار الثانوية أو السمية بعد فترة طويلة من الاستخدام.

يمكن أن يكون عدد المرضى المشاركين في التجارب السريرية أقل بكثير في حالة تطوير علاج للأمراض النادرة ، بسبب العدد المحدود للمرضى.

تمت برمجة العديد من التجارب ، مثل تلك التي يدعمها GlaxoSmithKline (GSK) و Prosensa Therapeutics مع جزيء Drisapersen ، وهو دواء يستخدم 2′-O-methyl phosphorothioate antisense oligonucleotide للحث على تخطي exon 51 لجين dystrophin (تجربة سريرية NCT01803412) . في نهاية المرحلة الثانية من التجربة السريرية ، بعد 24 أسبوعًا من العلاج ، نجح المرضى الذين تلقوا Drisapersen في المشي 35.8 مترًا أكثر من المرضى الذين تلقوا العلاج الوهمي في اختبار المشي لمدة 6 دقائق (6-MWT ، انظر الملاحظة 3.2) (Butland وآخرون ، 1982). لسوء الحظ ، فشل هذا الدواء في المرحلة التجريبية السريرية الثالثة ، لأن إنقاذ وظيفة ديستروفين لم يكن مهمًا في 6-MWT. تم الانتهاء من تجربة سريرية أخرى ، باستخدام نهج مضاد المعنى أيضًا ، حتى المرحلة السريرية الثانية ، من Sarepta Therapeutics ، مع عقار يسمى Eteplirsen يحفز أيضًا exon على تخطي exon 51 من جين dystrophin ، باستخدام فوسفورو داياميدات مورفولينو oligomer (PMO) (تجربة سريرية NCT 01396239). تشير نتائج هذه التجربة السريرية إلى أن المرضى الذين عولجوا بـ Eteplirsen كانوا قادرين على المشي حوالي 67 مترًا أكثر من المجموعة الضابطة التي عولجت بدواء وهمي (Mendell et al. ، 2013). كان المرضى في بداية الاختبار قادرين على المشي 200-400 متر في 6 ميغاواط. ومن المثير للاهتمام ، أن المرضى الذين عولجوا بـ Eteplirsen نجحوا في الحفاظ على المسافة الأصلية المقطوعة خلال 6 دقائق بعد 48 أسبوعًا من العلاج ، في حين أن المرضى الذين عولجوا بدواء وهمي قللوا من أدائهم. تشير هذه النتيجة إلى أن العلاج لم يكن قادرًا على إحداث زيادة في الكتلة العضلية ، ولكنه يمنع الكتلة الموجودة من الانخفاض ، وهي نتيجة مشجعة للغاية بالفعل.

اختبار المشي لمدة 6 دقائق (6 ميجاوات)

يقيس هذا الاختبار المسافة التي يمكن للمريض أن يقطعها في 6 دقائق من المشي دون مساعدة جسدية. يجب أن يقوم المريض بالتمرين بأسرع ما يمكن ولكن يُسمح له بالإبطاء أو حتى التوقف للراحة لفترة من الوقت أثناء التمرين. يجب إجراء الاختبار على أرض مستوية بدون أي عوائق بطول 25 مترًا على الأقل بدون انعطاف.

بالنسبة للشخص السليم ، يمكن قياس المسافة المتوقعة بالصيغة التالية:

د = 218 + (5.14 × الحجم بالسنتيمتر) - (5.32 × العمر) - (1.8 × الوزن بالكيلوغرام) + [51.31 × الجنس (1 للرجال و 0 للنساء)].

على سبيل المثال ، من المتوقع أن تغطي المرأة البالغة من العمر 45 عامًا وطولها 157 سم ووزنها 50 كجم حوالي 696 مترًا.

إكسون 51 ليس هو exon الوحيد للديستروفين المؤهل لاستراتيجية تخطي exon. في الواقع ، يمتلك exon 53 خاصية مشابهة لـ exon 51. كان من المتوقع أن تكتمل المرحلة الأولى من التجارب السريرية برعاية Nippon Shinyaku Pharmaceuticals في يونيو 2013 باستخدام عقار NS-065 / NCNP-01 (NCT02081625) بحلول مارس 2015 ، واستهدف تخطي exon 53. إن طبيعة NS-065 / NCNP-01 هي أليغنوكليوتيد مورفولينو مضاد للحساسية.


تعريف Intron وتعريف exon وإعادة النظر في الربط الخلفي

يتم تنفيذ الربط المسبق لمرنا بواسطة الوظيفة المتسلسلة لمجمعات لصق مختلفة. يعتمد تجميع Spliceosome على التواجد - من نهاية 5 إلى نهاية 3 من introns - لموقع لصق 5 محفوظ (5′SS) ، وتسلسل نقطة فرعية (BPS) و 3 SS. من بين جميع المجمعات المتصاعدة ، فإن المركب الوحيد الذي يفتقر إلى بنية تم حلها هو أول من يتم تجميعه على pre-mRNA ، والمعروف باسم مجمع E. لا يزال من غير الواضح كيف يعرّف الجسيم لصق (يتعرف ويتجمع عبر) الإنترونات أو الإكسونات ، وكيف يُفضل التضفير المتعارف عليه على التفاعل غير الكنسي المعروف باسم التضفير الخلفي ، والذي يولد رنا دائرية خارجية (دوائر). لي وآخرون. نقدم الآن بنية المجهر الإلكتروني المبرد (cryo-EM) لمركب E من خميرة الخميرة، مما يشير إلى أن تعريف intron وتعريف exon و back-splicing يمكن تنفيذه بواسطة نفس المجمعات.

في الخميرة ، التي تحتوي عادةً على إنترونات قصيرة وإكسونات طويلة ، يبدو أن تعريف الإنترون هو المسيطر. على النقيض من ذلك ، في الفقاريات ، حيث تكون الإنترونات أطول والإكسونات أقصر ، يُعتقد أن تعريف exon هو السائد. لدراسة هذه الآليات بالتفصيل ، قام المؤلفون بتجميع مجمعات خميرة E في مهدها وظيفيًا في المختبر على أي من قانون 1 pre-mRNA أو UBC4 pre-mRNA ، وتحديد هياكلها المبردة EM.

مفتاح بدء الربط من خلال تعريف intron هو الجمع بين 5′SS و BPS. ميزة ملفتة للنظر وجدت في هيكل قانون 1كان –E المركب

25 نقطة أساس حلزون مزدوج المصب من 5′SS ، والذي لم يتم العثور عليه في UBC4–E المركب. المنطقة 5′SS-to-BPS (265 nt) من قانون 1 intron ، ولكن ليس نفس المنطقة في UBC4 (58 nt) ، من المتوقع أن تشكل هياكل طويلة شبيهة بالجذع ، وأدت الطفرات التي تلغي هذه الهياكل إلى تراكم ما قبل mRNA (تثبيط التضفير). وبالتالي ، قد تساعد الهياكل الثانوية في الجمع بين العناصر الأساسية intronic وتسهيل تجميع الجسيمات.

اقترح هيكل مجمع E ، وخاصة المواضع النسبية لـ 5′SS و BPS ، أن نفس المركب E يمكن أن يتشكل عبر exons: بدلاً من توصيل 5′SS مع BPS المصب عبر intron ، فإن 5′SS يمكن الاتصال بـ BPS المنبع عبر exon. لاختبار ما إذا كان تعريف exon يحدث في الجسم الحي في الخميرة ، قام المؤلفون باقتطاع DYN2 الجين لاحتواء فقط exon الأوسط والإنترونات المرافقة (بناء IEI) وتحور عناصر التضفير المتاخمة لأي من جانبي DYN2 exon - طفرة BPS في intron 1 وطفرة 5′SS في intron 2. إذا كان الربط من DYN2 يخضع فقط لتعريف intron ، ومن المتوقع الاحتفاظ بال intron الذي توجد فيه الطفرة ، مع تأثير ضئيل على intron الآخر ، ومع ذلك ، إذا كان التضفير محكومًا بتعريف exon ، فإن كل من الطفرات ستؤدي إلى الاحتفاظ بكل من introns. اقترح التركيب الملحوظ لوسطاء التضفير الناتج من طفرات IEI المختلفة أن تعريف intron وتعريف exon يحدثان في الجسم الحي ويساهمان في التضفير الصحيح لـ DYN2 وأظهر ، لأول مرة ، أن تعريف exon يحدث في الخميرة.

توقع هذا النموذج هو أن تشكيل مجمعات تعريف exon عبر exons الطويلة يؤدي إلى الربط الخلفي - الربط بين 5′SS في اتجاه المصب مع 3′SS المنبع من exon - وتشكيل exonic circNAs ، بسبب نقص عائق الفراغية. ألغى تقصير exons من إنشاءات IEI المنتجة للحلقة ، تشكيل CircRNA من التركيبات ، مما يدعم تفضيل الربط الخلفي عبر exons الطويل (أو المتعدد) وحدوث تعريف exon.

"كل من تعريف intron وتعريف exon يحدثان في الجسم الحي ويساهمان في الربط الصحيح"

باختصار ، في الخميرة (ومن المحتمل في جميع حقيقيات النوى) ، يمكن لمجمعات E نفسها تحديد كل من الإنترونات والإكسونات ، دون الحاجة إلى مكونات إضافية أو إعادة ترتيب هيكلية. علاوة على ذلك ، يمكن أن يتسبب تعريف exon في حدوث تضفير خلفي عبر exons طويل ، مما يشير إلى أن CircRNAs هي منتجات ثانوية طبيعية للتضفير بوساطة spliceosome في جميع حقيقيات النوى.


نتائج ومناقشة

التباين في مستويات التضفير البديل في الأنسجة البشرية المختلفة

عادةً ما يتم تمييز أحداث الربط البديلة من حيث ما إذا كانت الأشكال الإسوية لـ mRNA تختلف عن طريق تضمين أو استبعاد exon ، وفي هذه الحالة يُشار إلى exon المتضمن باسم `` تخطي exon '' (SE) أو `` cassette exon '' ، أو ما إذا كانت الأشكال الإسوية تختلف في استخدام موقع لصق 5 'أو 3' لصق ، مما أدى إلى ظهور exons موقع لصق بديل 5 '(A5Es) أو exons موقع لصق بديل 3' (A3Es) ، على التوالي (كما هو موضح في الشكل 1). هذه الأوصاف ليست بالضرورة حصرية بشكل متبادل على سبيل المثال ، يمكن أن يكون لدى exon موقع لصق بديل 5 'وموقع لصق 3' بديل ، أو أن يكون له موقع لصق بديل 5 'أو 3' موقع لصق ولكن يتم تخطيه في الأشكال الإسوية الأخرى. النوع الرابع من التضفير البديل ، `` الاحتفاظ بالإنترون '' ، حيث يختلف شكلان إسويان عن طريق وجود intron غير مقسم في نسخة واحدة غائبة في الآخر ، لم يتم النظر فيه في هذا التحليل بسبب صعوبة التمييز بين أحداث احتفاظ intron الحقيقية من تلوث قواعد بيانات EST بواسطة pre-mRNA أو التسلسل الجيني. يعد وجود هذه القطع الأثرية وغيرها في قواعد بيانات EST بمثابة تحذيرات مهمة لأي تحليل لبيانات تسلسل EST. لذلك ، فرضنا مرشحات صارمة على جودة EST على المحاذاة الجينية المستخدمة في هذا التحليل ، حيث قبلنا فقط حوالي خُمس جميع محاذاة EST التي تم الحصول عليها (انظر المواد والأساليب).

مستويات التضفير البديل في 16 أنسجة بشرية بتغطية تسلسلية متوسطة أو عالية. تُظهر الأشرطة الأفقية متوسط ​​جزء من جينات التقسيم البديل (AS) لكل نوع من أنواع الربط (والانحراف المعياري المقدر) لأخذ عينات عشوائية من 20 ESTs لكل جين من كل جين مع ≥ 20 متواليات EST المحاذاة مشتقة من نسيج بشري معين. يتم توضيح أنواع الربط المختلفة بشكل تخطيطي في كل حبكة فرعية. (أ) جزء من جينات AS التي تحتوي على exons متخطى ، أو exons موقع لصق بديل 3 '(A3Es) أو 5' exons موقع لصق (A5Es) ، (ب) جزء من جينات AS التي تحتوي على exons تم تخطيه ، (ج) جزء من جينات AS التي تحتوي على A3Es ، (د) جزء من الجينات AS التي تحتوي على A5Es.

لتحديد ما إذا كانت الاختلافات تحدث في نسب هذه الأنواع الثلاثة من أحداث AS عبر الأنسجة البشرية ، قمنا بتقييم ترددات الجينات التي تحتوي على exons تم تخطيه ، أو exons موقع لصق بديل 3 أو exons موقع لصق بديل 5 لـ 16 نسيجًا بشريًا (انظر الشكل 1 لقائمة الأنسجة) التي توفرت لها أعداد كبيرة بما فيه الكفاية من تسلسل EST. نظرًا لأن توفر عدد أكبر من ESTs المستمدة من الجين يزيد من فرصة ملاحظة الأشكال الإسوية البديلة لذلك الجين ، فإن نسبة جينات AS التي يتم ملاحظتها في الأنسجة تميل إلى الزيادة مع زيادة تغطية EST للجينات [10 ، 31]. نظرًا لأن عدد تسلسلات EST المتاحة يختلف اختلافًا كبيرًا بين الأنسجة البشرية (على سبيل المثال ، تحتوي قاعدة بيانات dbEST على حوالي ثماني مرات أكثر من ESTs المشتقة من الدماغ من ESTs المشتقة من القلب) ، من أجل مقارنة نسبة AS في الأنسجة المختلفة في غير متحيز الطريقة ، استخدمنا استراتيجية أخذ العينات التي ضمنت أن جميع الجينات / الأنسجة التي تمت دراستها تم تمثيلها بأعداد متساوية من ESTs.

من المهم الإشارة إلى أن تحليلنا لا يستخدم مفهوم النسخة الأساسية لكل جين لأنه ليس من الواضح أنه يمكن اختيار مثل هذا النص بموضوعية أو أن هذا المفهوم له معنى بيولوجي. بدلاً من ذلك ، يتم تعريف أحداث AS فقط من خلال المقارنة الزوجية لـ ESTs.

كان هدفنا هو التحكم في الاختلافات في وفرة EST عبر الأنسجة مع الاحتفاظ بقوة كافية لاكتشاف جزء معقول من أحداث AS. بالنسبة لكل نسيج ، اعتبرنا الجينات التي تحتوي على ما لا يقل عن 20 سلسلة من سلاسل EST المحاذاة مشتقة من مكتبات (كدنا) بشرية خاصة بهذا النسيج (ESTs `` المشتقة من الأنسجة ''). لكل جين من هذا القبيل ، تم اختيار عينة عشوائية من 20 من هذه EST (بدون استبدال) لتمثيل التضفير للجين المعطى في الأنسجة البشرية المعينة. بالنسبة لمجموعات الجينات والأنسجة المضمنة في هذا التحليل ، لم يكن متوسط ​​عدد تسلسلات EST لكل جين مختلفًا بشكل كبير بين الأنسجة ، حيث تراوح من 25 إلى 35 (انظر ملف البيانات الإضافية 1). ثم تمت مقارنة ESTs التي تم أخذ عينات منها لكل جين مع بعضها البعض لتحديد أحداث AS التي تحدث داخل الأنسجة المعينة (انظر المواد والطرق). تم تكرار أخذ العينات العشوائية 20 مرة واستخدم الجزء المتوسط ​​من جينات AS التي لوحظت في هذه التجارب العشرين لتقييم جزء جينات AS لكل نسيج (الشكل 1 أ). سيكون للمجموعات الفرعية العشوائية المختلفة لمجموعة كبيرة نسبيًا تداخلًا أقل في ESTs المحددة المختارة (وبالتالي في أحداث AS المحددة التي تم اكتشافها) مقارنة بالمجموعات الفرعية العشوائية لمجموعة أصغر من ESTs ، وتعطي الأعداد المتزايدة من ESTs تغطية أكبر للإكسونات. ومع ذلك ، لا يوجد سبب يدعو إلى أن يعتمد العدد المتوقع لأحداث AS المكتشفة لكل مجموعة فرعية مأخوذة بشكل عشوائي على حجم المجموعة التي تم اختيار المجموعة الفرعية منها. في حين أن الخطأ (الانحراف المعياري) لتردد AS المقاس لكل جين يجب أن يكون أقل عند تقييد الجينات ذات التجمعات الدنيا الأكبر من ESTs ، فإن مثل هذا التقييد لن يغير القيمة المتوقعة. لسوء الحظ ، فإن تقليل الخطأ في التردد المقدر لـ AS لكل جين يقابله زيادة في الخطأ المتوقع لتردد AS على مستوى الأنسجة الناتج عن استخدام عدد أقل من الجينات. يمثل تضمين جميع الجينات التي تحتوي على ما لا يقل عن 20 من ESTS المشتقة من الأنسجة مقايضة معقولة بين هذه العوامل.

كان للدماغ البشري أعلى جزء من جينات AS في هذا التحليل (الشكل 1 أ) ، حيث أظهر أكثر من 40 ٪ من الجينات حدثًا واحدًا أو أكثر من أحداث AS ، يليها الكبد والخصية. حددت التحليلات السابقة القائمة على EST نسبًا عالية من التضفير في الدماغ البشري وأنسجة الخصية [29 ، 30 ، 32]. لم تتحكم هذه الدراسات على وجه التحديد في التمثيل غير المتكافئ للغاية لـ ESTs من الأنسجة البشرية المختلفة. نظرًا لأن الأعداد الكبيرة من ESTs تزيد من فرصة ملاحظة جزء أكبر من الأشكال الإسوية المعبر عنها للجين ، فإن عدد الـ ESTs المتاحة له تأثير مباشر على النسب المقدرة لـ AS ، كما رأينا سابقًا في التحليلات التي تقارن مستويات AS في الكائنات الحية المختلفة [ 31]. وبالتالي ، فإن النتائج التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة تؤكد أن الدماغ البشري والخصية يمتلكان مستوى عالٍ بشكل غير عادي من AS ، حتى في غياب مزايا الوفرة EST على الأنسجة الأخرى. نلاحظ أيضًا وجود مستوى عالٍ من AS في الكبد البشري ، وهو نسيج به تغطية أقل بكثير لـ EST ، حيث تم الإبلاغ سابقًا عن مستويات أعلى من AS في الخلايا السرطانية [33 ، 34]. كان لعضلات الإنسان والرحم والثدي والمعدة والبنكرياس أدنى مستويات جينات AS في هذا التحليل (أقل من 25٪ من الجينات). خفض الحد الأدنى لعدد EST لإدراجها في هذا التحليل من 20 إلى 10 EST ، وأخذ عينات من 10 (من 10 أو أكثر) ESTs لتمثيل كل جين في كل نسيج ، لم يغير النتائج نوعيا (البيانات غير معروضة).

الاختلافات في مستويات تخطي exon في الأنسجة المختلفة

بدلاً من ذلك ، عرضت الجينات المقسمة في هذا التحليل في المتوسط ​​بين واحد واثنين من إكسونات AS المتميزة. عند تحليل الأنواع المختلفة من أحداث AS بشكل منفصل ، وجدنا أن الدماغ البشري والخصية لديهما أعلى مستويات من exons المتخطى ، مع أكثر من 20 ٪ من الجينات التي تحتوي على SEs (الشكل 1 ب). يتوافق المستوى المرتفع من الإكسونات التي تم تخطيها في الدماغ مع التحليلات السابقة [29 ، 30 ، 32]. من ناحية أخرى ، كان المبيض البشري والعضلات والرحم والكبد أقل مستويات تخطي exons (حوالي 10٪ من الجينات).

يظهر مثال على حدث تخطي exon محفوظ لوحظ في أنسجة دماغ الإنسان والفأر في الشكل 2 أ لمتلازمة التخلف العقلي الهشة البشرية المرتبطة (FXR1) الجين [35 ، 36]. في هذه الحالة ، يؤدي تخطي exon إلى تغيير إطار قراءة exon المصب ، مما يؤدي على الأرجح إلى إنتاج بروتين بنهاية كربوكسية متغيرة ومبتورة. يتم حفظ تسلسل exon تمامًا بين جينومات الإنسان والفأر ، وكذلك تسلسل موقع لصق 5 "و 3" (الشكل 2 أ) ، مما يشير إلى أن حدث AS هذا قد يكون له دور تنظيمي مهم [37-39].

أمثلة على أحداث AS الخاصة بالأنسجة في الجينات البشرية مع دليل على حفظ لصق في جينات الفأر المتعامدة. (أ) متلازمة التخلف العقلي الهشة البشرية X (FXR1) اكتشاف التضفير الجيني في متواليات EST المشتقة من الدماغ. FXR1 عرضت شكلين إسويين بديلين من الرنا المرسال يختلفان عن طريق تخطي / تضمين exons E15 و E16. يؤدي استبعاد E16 إلى حدوث تحول في إطار القراءة ، والذي يُتوقع أن ينتج عنه نهاية كربوكسي متغيرة وأقصر. يتم حفظ حدث تخطي exon في تقويم تقويم الفأر للإنسان FXR1 الجين ، وكلاهما تم اكتشافهما في ESTs المشتقة من دماغ الفأر. (ب) بيتين هوموسيستين س-ميثيل ترانسفيراز (BHMT) اكتشاف التضفير الجيني في ESTs المشتقة من الكبد. BHMT عرضت شكلين إسويين بديلين يختلفان عن طريق استخدام موقع لصق بديل 5 'في exon E4. تشير مقارنات التسلسل إلى أن تسلسل موقع exon و splice المتضمن في كل من أحداث exon البديلة لموقع لصق 5 بوصات محفوظة في تقويم تقويم الفأر للإنسان BHMT الجين. (ج) السيتوكروم البشري P450 2C8 (CYP2C8) انفصال جيني. CYP2C8 عرض اثنين من الأشكال الإسوية البديلة من الرنا المرسال تختلف في استخدام موقع لصق 3 'لـ exon E4 (تم اكتشافه في ESTs المستمدة من عدة أنسجة) ، حيث يؤدي استبعاد تسلسل من 71 قاعدة إلى إنشاء رمز إنهاء مبكر في exon E4b. يتم حفظ مواقع exons و لصق المشاركة في حدث AS في تقويم تقويم الفأر CYP2C8.

الاختلافات في مستويات استخدام موقع لصق بديل في الأنسجة المختلفة

كشف تحليل نسب أحداث AS التي تنطوي على استخدام A5Es و A3Es عن نمط مختلف تمامًا (الشكل 1 ج ، د). والجدير بالذكر أن نسبة الجينات التي تحتوي على A3Es كانت أعلى بمرتين في الكبد مقارنة بأي نسيج بشري آخر تمت دراسته (الشكل 1 د) ، وكان مستوى A5Es أيضًا أعلى بحوالي 40-50٪ في الكبد منه في أي نسيج آخر. (الشكل 1 ج). كان النسيج الذي يحتوي على ثاني أعلى مستوى من الاستخدام البديل لكل من مواقع لصق 5 و 3 مواقع لصق هو الدماغ. مجموعة أخرى من الأنسجة البشرية بما في ذلك العضلات والرحم والثدي والبنكرياس والمعدة - على غرار مجموعة التردد المنخفض SE أعلاه - كان لديها أدنى مستوى من A5Es و A3Es (أقل من 5 ٪ من الجينات في كل فئة). وهكذا ، تظهر صورة يكون فيها أنسجة بشرية معينة مثل العضلات والرحم والثدي والبنكرياس والمعدة لديها مستويات منخفضة من AS من جميع الأنواع ، في حين أن الأنسجة الأخرى ، مثل الدماغ والخصية ، لديها مستويات عالية نسبيًا من AS للجميع يحتوي الكبد على مستويات عالية جدًا من A3Es و A5E ، لكنه لا يظهر سوى مستوى متواضع من تخطي exon. على حد علمنا ، تمثل هذه الدراسة أول تحليل منهجي لنسب الأنواع المختلفة من أحداث AS التي تحدث في الأنسجة المختلفة. أدى تكرار التحليلات عن طريق إزالة ESTs من مكتبات الأنسجة المرتبطة بالأمراض ، باستخدام تصنيفات المكتبات المتاحة [40] ، إلى نتائج مماثلة من الناحية النوعية (انظر ملفات البيانات الإضافية 2 و 3 و 4). تُظهر هذه البيانات أن ESTs المستمدة من الأنسجة المريضة تُظهر ترددات أعلى بشكل متواضع لتخطي exon ، لكن الترتيب النسبي للأنسجة يظل متشابهًا. لم يتم تغيير أجزاء الجينات التي تحتوي على A5Es و A3Es بشكل كبير عندما تم استبعاد ESTs الأنسجة المريضة.

من مجموعة الجينات التي تحتوي على ما لا يقل عن 20 من ESTS المشتقة من الكبد البشري ، حدد هذا التحليل ما مجموعه 114 جينًا باستخدام 5 مواقع لصق بديلة و / أو 3 مواقع لصق في الكبد. تم سرد تلك الجينات في هذه المجموعة التي تم تسميتها ، وشرحها ، والتي من أجلها تم حفظ تسلسل الإجماع لمواقع لصق بديلة في جين الفأر المتعامد (انظر المواد والطرق) في الجدول 1. بالطبع ، من الضروري الحفاظ على مواقع لصق وحدها. ، ولكنها ليست كافية في حد ذاتها ، للإشارة إلى حفظ حدث AS في الماوس. تظهر في هذه القائمة العديد من الجينات الأساسية لعملية التمثيل الغذائي للكبد وإزالة السموم ، بما في ذلك الإنزيمات المشاركة في استقلاب السكر (على سبيل المثال ، الدوب, IDH1) ، التمثيل الغذائي للبروتين والأحماض الأمينية (على سبيل المثال ، BHMT ، CBP2, TDO2, الهيئة العامة للإسكان, GATM) ، إزالة السموم أو تفكيك الأدوية والسموم (على سبيل المثال ، GSTA3, CYP3A4, CYP2C8).

التسلسلات وأنماط التضفير لاثنين من هذه الجينات التي يمكن من أجلها تحديد exons / الجينات والفئران المتعامدة - الجينات BHMT و CYP2C8 - موضحة بالتفصيل في الشكل 2 ب ، ج. في الحدث المصور ل BHMT، يتم حفظ exons المتضمنة بدرجة عالية بين أخصائيي تقويم العظام البشري والماوس (الشكل 2 ب) ، بما يتفق مع احتمال أن يكون لحدث الربط دور تنظيمي (محفوظ). يحافظ حدث AS هذا على إطار قراءة exons المصب ، لذلك من المحتمل أن ينتج كلا الشكلين الإسفيني بروتينات وظيفية ، تختلف عن طريق إدخال / حذف 23 من الأحماض الأمينية. في الحدث المصور ل CYP2C8، فإن استخدام موقع لصق بديل 3 'يزيل 71 نيوكليوتيد ، ويحول إطار القراءة ويؤدي إلى كودون إنهاء سابق لأوانه في exon (الشكل 2 ج). في هذه الحالة ، يكون النص البديل الأقصر عبارة عن ركيزة محتملة لاضمحلال بوساطة هراء [41 ، 42] ويمكن استخدام حدث AS لتنظيم مستوى الرنا المرسال الوظيفي / البروتين المنتج.

الاختلافات في التعبير عن عامل الربط بين الأنسجة

لاستكشاف الاختلافات في تعبير عامل التضفير في الأنسجة المختلفة ، تم الحصول على بيانات تعبير الرنا المرسال المتاحة من دراستين مختلفتين لمصفوفات الحمض النووي [43-45]. من أجل هذا عبر-تحليل العوامل ، حصلنا على قائمة من 20 عامل تضفير لعائلات البروتين SR و SR و hnRNP من التحليلات البروتينية للصلصال البشري [46-48] (انظر المواد والطرق لقائمة الجينات). تمت دراسة التباين في تعبير عامل الربط بين أزواج الأنسجة عن طريق حساب معامل ارتباط بيرسون (لحظة المنتج) (ص) بين النواقل ذات الأبعاد العشرين لقيم التعبير عن عامل الربط بين جميع أزواج 26 أنسجة بشرية. قامت دراسات ميكروأري الحمض النووي بتحليل 10 أنسجة بالإضافة إلى 16 أنسجة سبق دراستها (الشكل 3). قيمة منخفضة لـ ص بين زوج من الأنسجة يشير إلى درجة منخفضة من التوافق في مستويات التعبير النسبي للـ mRNA عبر هذه المجموعة من عوامل الربط ، في حين أن القيمة العالية لـ ص يشير إلى توافق قوي.

الارتباط بين مستويات تعبير الرنا المرسال لعشرين عامل ربط معروف (انظر المواد والطرق) عبر 26 أنسجة بشرية (قطري سفلي: بيانات من Affymetrix HU-133A تجربة ميكروأري DNA [45] القطر العلوي: بيانات من Affymetrix HU-95A تجربة ميكروأري DNA [43] ]). يتم تلوين المربعات الصغيرة لتمثيل مدى الارتباط بين أنماط التعبير عن الرنا المرسال لجينات عامل الربط العشرين في كل زوج من الأنسجة (انظر المقياس في أعلى الشكل).

بينما أظهرت معظم الأنسجة التي تم فحصها درجة عالية جدًا من الارتباط في مستويات التعبير لعوامل التضفير العشرين التي تمت دراستها (عادةً مع ص & gt 0.75 الشكل 3) ، كان من الواضح أن الكبد البشري البالغ كان خارجًا ، مع توافق منخفض في تعبير عامل التضفير لمعظم الأنسجة الأخرى (عادةً ص & lt 0.6 ، وغالبًا ما يكون أقل من ذلك بكثير). شوهد تعبير عامل التضفير غير المعتاد في الكبد البشري باستمرار في بيانات من دراستين ميكروأري مستقل للحمض النووي باستخدام مجموعات مسبار مختلفة (قارن نصفي الشكل 3). الارتباط المنخفض الذي لوحظ بين الكبد والأنسجة الأخرى في تعبير عامل التضفير له دلالة إحصائية حتى بالنسبة للمجموعات التعسفية من 20 جينًا (انظر ملف البيانات الإضافية 8). عند فحص المستويات النسبية لعوامل الربط المحددة في الكبد البشري البالغ مقابل الأنسجة الأخرى ، كان المستوى النسبي لرسالة SRp30c أعلى باستمرار في الكبد وكانت المستويات النسبية لـ SRp40 و hnRNP A2 / B2 و Srp54 أقل باستمرار. من النماذج الراسخة في مجال ربط الحمض النووي الريبي (RNA) أن استخدام مواقع لصق بديلة غالبًا ما يتم التحكم فيه من خلال التركيزات النسبية لبروتينات SR وبروتينات hnRNP [49-52]. غالبًا ما يرجع هذا العداء الوظيفي بين بروتينات SR و hnRNP الخاصة إلى التنافس على ربط المواقع القريبة على ما قبل mRNAs [49 ، 53 ، 54]. لذلك ، يبدو من المحتمل أن الأنماط غير العادية للتعبير التي شوهدت في الكبد البشري البالغ لهذه العائلات من عوامل الربط قد تساهم في المستوى العالي لاستخدام موقع لصق بديل في هذا النسيج. من المثير للاهتمام أيضًا أن تعبير عامل التضفير في كبد الجنين البشري يتوافق إلى حد كبير مع معظم الأنسجة الأخرى ، ولكنه يتوافق مع الكبد البالغ (الشكل 3). تشير هذه الملاحظة إلى أن تغييرات جوهرية في تعبير عامل التضفير قد تحدث أثناء نمو الكبد البشري ، مما قد يؤدي إلى مجموعة من التغييرات في أنماط التضفير للجينات المعبر عنها في الكبد البشري. كانت بيانات EST المتاحة حاليًا غير كافية للسماح بالتحليل المنهجي لأنماط AS في الجنين بالنسبة للكبد البالغ.

التحذير المهم لهذه النتائج هو أن بيانات المصفوفة الدقيقة للحمض النووي المستخدمة في هذا التحليل تقيس مستويات تعبير الرنا المرسال بدلاً من مستويات البروتين أو الأنشطة. تم فحص العلاقة بين كمية الرنا المرسال التي يتم التعبير عنها من الجين وتركيز البروتين المقابل في العديد من الدراسات في الخميرة وكذلك في أنسجة كبد الإنسان والفأر [55-58]. وجدت هذه الدراسات بشكل عام أن مستويات التعبير عن الرنا المرسال ترتبط بشكل إيجابي بتركيزات البروتين ، ولكن مع اختلافات واسعة إلى حد ما لجزء كبير من الجينات.

زخارف ممثلة بشكل مفرط في exons البديلة في الدماغ البشري والخصية والكبد

دفعتنا المستويات المرتفعة بشكل غير معتاد من التضفير البديل الذي شوهد في الدماغ البشري والخصية والكبد إلى البحث عن عناصر تنظيمية للتضفير خاصة بنسيج معين في AS exons في الجينات المعبر عنها في كل من هذه الأنسجة. باستخدام إجراء مشابه لـ Brudno وآخرون. [59] ، تم تحديد الأشكال المتسلسلة من أربع إلى ست قواعد طويلة والتي تم إثرائها بشكل كبير في exons التي تم تخطيها في جينات AS المعبر عنها في الدماغ البشري بالنسبة للإكسونات التأسيسية في الجينات المعبر عنها في الدماغ. ثم تمت مقارنة هذه التسلسلات مع بعضها البعض وتم تجميعها في سبع مجموعات ، كل منها تشترك في واحد أو اثنين من الأشكال الأربعة الأساسية (الجدول 2). تشبه الأشكال الموجودة في الكتلة BR1 (CUCC ، CCUC) موقع الربط الإجماعي لبروتين ربط المسالك البولي بريميدين (PTB) ، والذي يعمل كمثبط للربط في العديد من السياقات [60-63]. تم التعرف على نموذج مشابه (CNCUCCUC) في exons تم التعبير عنه تحديدًا في الدماغ البشري [29]. الأشكال في المجموعة BR7 (التي تحتوي على UAGG) تشبه موقع الربط عالي التقارب UAGGG [A / U] ، المحدد لبروتين مانع التضفير hnRNP A1 بواسطة تجارب SELEX [64]. تسلسل الإجماع للمجموعات المتبقية من BR2 إلى BR6 (GGGU ، UGGG ، GGGA ، CUCA ، UAGC ، على التوالي) ، بالإضافة إلى BR7 ، كلها عناصر مشابهة تم تحديدها في شاشة لكواتم التضفير الخارجية (ESS) في الخلايا البشرية المستزرعة (Z. Wang و CBB ، نتائج غير منشورة) ، مما يشير إلى أن معظم أو كل الأشكال من BR1 إلى BR7 تمثل متواليات متورطة بشكل مباشر في التوسط في تخطي exon. على وجه الخصوص ، قد تعمل عناصر G-rich ، والتي تُعرف بأنها تعمل كمحسّنات للربط الداخلي [65 ، 66] ، ككاتم صوت للربط عندما تكون موجودة في سياق خارجي.

حددت مقارنة بين exons المتخطية المشتقة من الخصية البشرية مع exons المدرجة بشكل أساسي في الجينات المعبر عنها في الخصية مجموعة واحدة فقط من التسلسلات ، TE1 ، التي تشترك في tetramer UAGG. يقترح إثراء هذا النموذج ، المشترك في الكتلة الخاصة بالدماغ BR7 ، دورًا في تنظيم تخطي exon بواسطة hnRNP A1 - أو a عبرعامل التمثيل مع تفضيلات ربط مماثلة - في الخصية.

يؤدي استخدام موقع لصق بديل إلى ظهور نوعين من مقاطع exon - الجزء "الأساسي" المشترك لكل من أشكال لصق والجزء "الممتد" الموجود فقط في الشكل الإسوي الأطول. Two clusters of sequence motifs enriched in the core sequences of A5Es in genes expressed in the liver relative to the core segments of A5Es resulting from alignments of non-liver-derived ESTs were identified - LI1 and LI2. Both are adenosine-rich, with consensus tetramers AAAC and UAAA, respectively. The former motif matches a candidate ESE motif identified previously using the computational/experimental RESCUE-ESE approach (motif 3F with consensus [AG]AA [AG]C) [19]. The enrichment of a probable ESE motif in exons exhibiting alternative splice site usage in the liver is consistent with the model that such splicing events are often controlled by the relative levels of SR proteins (which bind many ESEs) and hnRNP proteins. Insufficient data were available for the analysis of motifs in the extended portions of liver A5Es (which tend to be significantly shorter than the core regions) or for the analysis of liver A3Es.

A measure of dissimilarity between mRNA isoforms

To quantify the differences in splicing patterns between mRNAs or ESTs derived from a gene locus, a new measure called the splice junction difference ratio (SJD) was developed. For any pair of mRNAs/ESTs that align to overlapping portions of the same genomic locus, the SJD is defined as the proportion of splice junctions present in both transcripts that differ between them, including only those splice junctions that occur in regions of overlap between the transcripts (Figure 4). The SJD varies between zero and one, with a value of zero for any pair of transcripts that have identical splice junctions in the overlapping region (for example, transcripts 2 and 5 in Figure 4, or for two identical transcripts), and has a value of 1.0 for two transcripts whose splice junctions are completely different in the regions where they overlap (for example, transcripts 1 and 2 in Figure 4). For instance, transcripts 2 and 3 in Figure 4 differ in the 3' splice site used in the second intron, yielding an SJD value of 2/4 = 0.5, whereas transcripts 2 and 4 differ by skipping/inclusion of an alternative exon, which affects a larger fraction of the introns in the two transcripts and therefore yields a higher SJD value of 3/5 = 0.6.

Computation of splice junction difference ratio (SJD). The SJD value for a pair of transcripts is computed as the number of splice junctions in each transcript that are not represented in the other transcript, divided by the total number of splice junctions in the two transcripts, in both cases considering only those splice junctions that occur in portions of the two transcripts that overlap (see Materials and methods for details). SJD value calculations for different combinations of the transcripts shown in the upper part of the figure are also shown.

The SJD value can be generalized to compare splicing patterns between two sets of transcripts from a gene - for example, to compare the splicing patterns of the sets of ESTs derived from two different tissues. In this case, the SJD is defined by counting the number of splice junctions that differ between all pairs of transcripts (أنا, ي), with transcript أنا coming from set 1 (for example, heart-derived ESTs), and transcript ي coming from set 2 (for example, lung-derived ESTs), and dividing this number by the total number of splice junctions in all pairs of transcripts compared, again considering only those splice junctions that occur in regions of overlap between the transcript pairs considered. Note that this definition has the desirable property that pairs of transcripts that have larger numbers of overlapping splice junctions contribute more to the total than transcript pairs that overlap less. As an example of the splice junction difference between two sets of transcripts, consider the set س1, consisting of transcripts (1,2) from Figure 4, and set س2, consisting of transcripts (3,4) from Figure 4. Using the notation introduced in Figure 4, SJD(س1,س2) = د(س1,س2) / ر(س1,س2) = [د(1,3) + د(1,4) + د(2,3) + د(2,4)]/ [ر(1,3) +ر(1,4) + ر(2,3) + ر(2,4)] = [3 + 4 + 2 + 3]/ [3 + 4 + 4 + 5] = 12/16 = 0.75, reflecting a high level of dissimilarity between the isoforms in these sets, whereas the SJD falls to 0.57 for the more similar sets س1 = transcripts (1,2) versus س3 = transcripts (2,3). Note that in cases where multiple similar/identical transcripts occur in a given set, the SJD measure effectively weights the isoforms by their abundance, reflecting an average dissimilarity when comparing randomly chosen pairs of transcripts from the two tissues. For example, the SJD computed for the set س4 = (1,2,2,2,2), that is, one transcript aligning as transcript 1 in Figure 4 and four transcripts aligning as transcript 2, and the set س5 = (2,2,2,2,3) is 23/95 = 0.24, substantially lower than the SJD value for sets س1 versus س3 above, reflecting the higher fraction of identically spliced transcripts between sets س4 and س5.

Global comparison of splicing patterns between tissues

To make a global comparison of patterns of splicing between two different human tissues, a tissue-level SJD value was computed by comparing the splicing patterns of ESTs from all genes for which at least one EST was available from cDNA libraries representing both tissues. The 'inter-tissue' SJD value is then defined as the ratio of the sum of د(سأ,سب) values for all such genes, divided by the sum of ر(سأ,سب) values for all of these genes, where سأ و سب refer to the set of ESTs for a gene derived from tissues A and B, respectively, and د(سأ,سب) و ر(سأ,سب) are defined in terms of comparison of all pairs of ESTs from the two sets as described above. This analysis uses all available ESTs for each gene in each tissue (rather than samples of a fixed size). A large SJD value between a pair of tissues indicates that mRNA isoforms of genes expressed in the two tissues tend to be more dissimilar in their splicing patterns than is the case for two tissues with a smaller inter-tissue SJD value. This definition puts greater weight on those genes for which more ESTs are available.

The SJD values were then used to globally assess tissue-level differences in alternative splicing. A set of 25 human tissues for which at least 20,000 genomically aligned ESTs were available was compiled for this comparison (see Materials and methods) and the SJD values were then computed between all pairs of tissues in this set (Figure 5a). A clustering of human tissues on the basis of their inter-tissue SJD values (Figure 5b) identified groups of tissues that cluster together very closely (for example, the ovary/thyroid/breast cluster, the heart/lymph cluster and the bone/B-cell cluster), while other tissues including the brain, pancreas, liver, peripheral nervous system (PNS) and placenta occur as outgroups. These results complement a previous clustering analysis based on data from microarrays designed to detect exon skipping [24]. Calculating the mean SJD value for a given tissue when compared to the remaining 24 tissues (Figure 5c) identified a set of human tissues including the ovary, thyroid, breast, heart, bone, B-cell, uterus, lymph and colon that have 'generic' splicing patterns which are more similar to most other tissues. As expected, many of these tissues with generic splicing patterns overlap with the set of tissues that have low levels of AS (Figure 1). On the other hand, another group of tissues including the human brain, pancreas, liver and peripheral nervous system, have highly 'distinctive' splicing patterns that differ from most other tissues (Figure 5c). Many of these tissues were identified as having high proportions of AS in Figure 1. Taken together, these observations suggest that specific human tissues such as the brain, testis and liver, make more extensive use of AS in gene regulation and that these tissues have also diverged most from other tissues in the set of spliced isoforms they express. Although we are not aware of reliable, quantitative data on the relative abundance of different cell types in these tissues, a greater diversity of cell types is likely to contribute to higher SJD values for many of these tissues.

Comparison of alternative mRNA isoforms across 25 human tissues. (أ) Color-coded representation of SJD values between pairs of tissues (see Figure 4 and Materials and methods for definition of SJD). (ب) Hierarchical clustering of SJD values using average-linkage clustering. Groups of tissues in clusters with short branch lengths (for example, thyroid/ovary, B-cell/bone) have highly similar patterns of AS. (ج) Mean SJD values (versus other 24 tissues) for each tissue.


Difference between introns and exons

تعريف

Introns: Introns are segments of DNA that do not encode any amino acid sequence in the coding region.

Exons: Exons are the segments of DNA that encode a part of an amino acid sequence of a complete protein.

Encode the DNA

Introns: Introns belong to non-coding DNA.

Exons: Exons belong to the DNA encoder.

النسخ

Introns: Introns are considered as the bases located between two exons.

Exons: Exons are the bases that encode an amino acid sequence of a protein.

Presence

Introns: Introns are only found in eukaryotes.

Exons: Exons are found in both prokaryotes and eukaryotes.

Movement in Nucleus

Introns: Introns remain in the nucleus by splicing the primary mRNA transcript during mRNA processing within the nucleus.

Exons: Exons leave the nucleus towards the cytoplasm after the production of mature mRNA.

Sequence conservation

Introns: Sequences in introns are less conserved compared to exons.

Exons: The sequences in the exons are highly conserved.

Presence in the genome

Introns: Introns are found in the primary transcription of DNA and mRNA.

Exons: Exons are found in both DNA and mRNA.

وظيفة

Introns: The function of introns is not clearly known, but it is considered to be a substantial fraction of the DNA.

Exons: The function of exons is to translate into a protein.

Conclusion

A gene is a segment of DNA that produces a functional product, either a polypeptide or an RNA. The intergenic regions of a gene are composed of introns. This means that a gene in eukaryotes consists of a coding region structure, which is divided into segments called exons Introns can be found between two exons. Introns belong to non-coding DNA.

All exons together with the intergenic regions are transcribed by RNA polymerase in the primary mRNA transcript. Introns are removed from the primary transcript during mRNA processing. Therefore, a mature mRNA consists only of exons.

Exon splicing can occur in an alternative way in polycistronic mRNAs in prokaryotes, producing more than one type of mature mRNA from a single primary mRNA transcript. Introns in the genome are considered a substantial fraction of the DNA, while exons encode proteins. Therefore, the main difference between introns and exons is their function in the genome.


Peer review information الطبيعة الهيكلية والبيولوجيا الجزيئية thanks Christopher Glass and the other, anonymous, reviewer(s) for their contribution to the peer review of this work. Peer reviewer reports are available. Anke Sparmann was the primary editor on this article and managed its editorial process and peer review in collaboration with the rest of the editorial team.

Publisher’s note تظل Springer Nature محايدة فيما يتعلق بالمطالبات القضائية في الخرائط المنشورة والانتماءات المؤسسية.


The Argument About Exon Biology

Scientists are only starting to understand the options presented by alternative splicing. There’s determined, a totally free on-line dictionary with highstock 4.2.

Linnean rankings are thought to be unimportant. Proctor Requirements A proctor is necessary for this course in case the student’s aim is to find a grade. That the fossil record, generally, suggests evolution is definitely an important bit of evidence, but it gets even more telling when it’s combined with other evidence for evolution.

An intriguing post that has made me think a little more about the matter. Burets are used when a precise number of liquid has to be used. For instance, an overfed pet may get obese and an individual’s skin tone may change because of exposure to the sun. We have a bath at least one time per day.

1 way which helps scientists place fossils. Some key transcripts can be spliced in a couple of different ways. Just the type of day you must find work done at the dig.

This may be due to the smaller quantity of SNVs existing within a little window, which can lessen the ability to detect PIRs. That’s the fossilization process on the job. These aren’t referred to and can be taken out at intervals to boost disc space. Introns contain quite a few of sequences that take part in splicing including spliceosome recognition websites. Since you may see, there’s a crystal clear signal around the splice websites and this signal is utilized by several programs that do splice site prediction.


Prokaryotic versus Eukaryotic Gene Expression

To understand how gene expression is regulated, we must first understand how a gene becomes a functional protein in a cell. The process occurs in both prokaryotic and eukaryotic cells, just in slightly different fashions.

Because prokaryotic organisms lack a cell nucleus, the processes of transcription and translation occur almost simultaneously. When the protein is no longer needed, transcription stops. As a result, the primary method to control what type and how much protein is expressed in a prokaryotic cell is through the regulation of DNA transcription into RNA. All the subsequent steps happen automatically. When more protein is required, more transcription occurs. Therefore, in prokaryotic cells, the control of gene expression is almost entirely at the transcriptional level.

The first example of such control was discovered using ه. القولونية in the 1950s and 1960s by French researchers and is called the لاك operon. ال لاك operon is a stretch of DNA with three adjacent genes that code for proteins that participate in the absorption and metabolism of lactose, a food source for ه. القولونية. When lactose is not present in the bacterium’s environment, the لاك genes are transcribed in small amounts. When lactose is present, the genes are transcribed and the bacterium is able to use the lactose as a food source. The operon also contains a promoter sequence to which the RNA polymerase binds to begin transcription between the promoter and the three genes is a region called the operator. When there is no lactose present, a protein known as a repressor binds to the operator and prevents RNA polymerase from binding to the promoter, except in rare cases. Thus very little of the protein products of the three genes is made. When lactose is present, an end product of lactose metabolism binds to the repressor protein and prevents it from binding to the operator. This allows RNA polymerase to bind to the promoter and freely transcribe the three genes, allowing the organism to metabolize the lactose.

Eukaryotic cells, in contrast, have intracellular organelles and are much more complex. Recall that in eukaryotic cells, the DNA is contained inside the cell’s nucleus and it is transcribed into mRNA there. The newly synthesized mRNA is then transported out of the nucleus into the cytoplasm, where ribosomes translate the mRNA into protein. The processes of transcription and translation are physically separated by the nuclear membrane transcription occurs only within the nucleus, and translation only occurs outside the nucleus in the cytoplasm. The regulation of gene expression can occur at all stages of the process (Figure 1). Regulation may occur when the DNA is uncoiled and loosened from nucleosomes to bind transcription factors ( epigenetic level), when the RNA is transcribed (transcriptional level), when RNA is processed and exported to the cytoplasm after it is transcribed ( post-transcriptional level), when the RNA is translated into protein (translational level), or after the protein has been made ( post-translational level).

شكل 1: Eukaryotic gene expression is regulated during transcription and RNA processing, which take place in the nucleus, as well as during protein translation, which takes place in the cytoplasm. Further regulation may occur through post-translational modifications of proteins.

The differences in the regulation of gene expression between prokaryotes and eukaryotes are summarized in Table 1.

  • RNA transcription occurs prior to protein translation, and it takes place in the nucleus. RNA translation to protein occurs in the cytoplasm.
  • RNA post-processing includes addition of a 5′ cap, poly-A tail, and excision of introns and splicing of exons.

نتائج

This study analyzed RNA-Seq data of hippocampus brain tissues from 74 participants from the ACT study. Participants were diagnosed as cognitively normal elder controls (CN) or AD patients. As shown in Table 1, there were 24 AD and 50 CN participants, and the mean Braak stages of AD and CN were 4.4 and 2.78, respectively.

Differentially expressed exons in AD hippocampus tissue

Using the computational pipeline described in Fig. 1, normalized expression levels were calculated for each exon in a genome-wide manner, and a generalized linear regression model was used to identify AD-associated exon skipping events. After adjusting for multiple comparisons using the FDR method, we identified three exon skipping events in two genes, RELN و NOS1, as significantly associated with the AD (FDR-corrected ص-value < 0.05 and fold change > 1.5). Two exons in RELN, exons 24 and 37, showed significantly lower expression levels in AD patients compared to CN participants, suggesting that the exons tend to be skipped more in the AD (Fig. 2a). The exon 24 was predicted to encode a hEGF domain region (PF00008, Fig. 2b). Furthermore, for AD participants, we investigated whether the Braak stage is associated with the exon skipping event. In 24 AD participants, 19 were in the Braak stages 4, 5 and 6. Among the 19 AD participants in higher Braak stages, 15 showed significantly lower expression levels of the exon 24 compared to the other 4 AD participants (one-way chi-squared test, ص-value = 0.01), suggesting that the exon tends to be skipped more in higher Braak stages of AD participants. في NOS1, exon 23 had lower expression levels in AD patients compared to CN participants (Fig. 3a) and was a part of the NO_synthase domain (PF02898, Fig. 3b). Our results suggest that these exon skipping events may affect the function of the corresponding protein products.

Two AD-associated exon skipping events in RELN. أ Comparison of the expression levels of each exon between AD and CN participants, indicating two significant exon skipping events (exons 24 and 37) in the AD. ب Exon structure and the hEGF domain encoded by the skipped exons (UCSC genome browser)

One AD-associated exon skipping event in NOS1. أ Comparison of the expression levels of each exon between AD and CN participants, indicating a significant exon skipping event (exon 23) in the AD. ب Exon structure and the NO_synthase domain encoded by the skipped exon (UCSC genome browser)

Prediction of the effect of the identified exon skipping events on protein

To characterize the potential impact of the variants on the protein, each variant was analyzed using UniProt web browser and RaptorX. All of three skipped exons in RELN و NOS1 resulted in producing a coding sequence which is out-of-frame, potentially generating an undesired protein product. As presented in Fig. 4, the first AD-associated exon skipping (exon 24) in RELN showed lower expression levels of the exon in AD compared to CN participants (Fig. 4b FDR-corrected ص-value = 0.034, fold change = 1.51). The adjacent exon 23 and 25 showed similar levels of difference but not significant (FDR = 0.154 for both exons, fold change = 1.39 and 1.37, respectively). The transcript (transcript1) retaining the exon 24, which encodes the hEGF, likely results in a functional version of the RELN gene, while the transcript which lacks exon 24 will lose the hEGF domain and thus produce the truncated protein product due to the out-of-frame of the exon length (Fig. 4a). Structural analysis of the truncated version of the protein suggests that exon skipping may be implicated in functional changes of RELN in the AD (Fig. 4c). The other exon (exon 37) in RELN is presented in Additional file 1: Figure S1. Additionally, exon 23 was identified as being skipped in NOS1 (Fig. 5a). AD participants had significantly lower expression levels of the exon compared to CN (Fig. 5b FDR corrected ص-value = 0.043, fold change = 1.90). The transcript (transcript1) retaining the exon 23, which encodes a part of the NO_synthase, can be translated into the protein with normal functions of NOS1. In contrast, the transcript with the skipping of exon 23 may not only lose the NO_synthase domain but also produce the truncated protein due to the out-of-frame of the exon length. We also showed the partial loss of the protein structure due to the skipped exon using the protein 3D structure analysis (Fig. 5c).

Functional impact of the AD-associated exon skipping event (exon 24) in RELN. أ Schema of the potential functional implication of exon skipping and splicing-associated SNP. ب Normalized expression levels for exon 24 between AD and CN participants. ج Structure alignment of the pair of transcript1 retaining exon 24 (green) and transcript 2 with the exon skipping (red)

Functional impact of the AD-associated exon skipping event (exon 23) in NOS1. أ Skipping of exon 23. ب Normalized expression levels for exon 23 between AD and CN participants. ج Structure alignment of the pair of transcript1 retaining exon 23 (green) and transcript 2 with the exon skipping (red)

Association of SNPs affecting exon skipping with AD-related neuroimaging phenotypes

Next, we performed an association analysis of SNPs affecting exon skipping events with a global cortical measure of amyloid-β deposition as an AD-related quantitative phenotype. Using the splicing decision model, we first identified 46 and 11 SNPs in RELN و NOS1, respectively, potentially affecting the identified three exon skipping events (MAF > 1%) from HRC-based imputed ADNI GWAS data. We identified one SNP (rs362771) in intron adjacent to the skipped exon 24 in RELN as significantly associated with cortical amyloid-β levels (Fig. 6a permutation-based corrected ص-value < 0.05). Furthermore, we performed an unbiased whole-brain-based imaging association analysis using age, sex, years of education as covariates to assess the effect of rs362771 on whole-brain amyloid-β deposition and identified significant associations after adjustment for multiple comparisons using cluster-wide FDR procedure. The minor allele of rs362771 conferred decreases in cortical amyloid-β levels in the right temporal and bilateral parietal lobes (Fig. 6b). As shown in Fig. 4a, we found that the SNP (rs362771) is located within the ISE site (5th site of hexametric sequence CCTTCC), suggesting that the SNP may affect the exon skipping and the skipped exon may be associated with AD pathogenesis.

Regional effects (أ global cortical amyloid-β load) and voxel-wide association (ب) of rs362771 in RELN affecting exon skipping with amyloid-β deposition


Creating families of proteins through differential nRNA splicing

The average vertebrate nRNA consists of relatively short exons (averaging about 140 bases) separated by introns that are usually much longer. Most mammalian nRNAs contain numerous exons. By splicing together different sets of exons, different cells can make different types of mRNAs, and hence, different proteins. Whether a sequence of RNA is recognized as an exon or as an intron is a crucial step in gene regulation. What is an intron in one cell's nucleus may be an exon in another cell's nucleus.

Alternative nRNA splicing is based on determining which sequences can be spliced out as introns. This can occur in several ways (Figure 5.28). Cells can differ in their ability to recognize the 5´ splice site (at the beginning of the intron) or the 3´ splice site (at the end of the intron). Or some cells could fail to recognize a sequence as an intron at all, retaining it within the message. The splicing of nRNA is mediated through a complex called a لصق, made up of small nuclear RNAs (snRNA) and proteins, that assembles at a splice site. Whether a spliceosome recognizes the splice sites depends on certain factors in the nucleus that can interact with those sites and compete or cooperate with the proteins that direct spliceosome formation. The 5´ splice site is normally recognized by small nuclear RNA U1 (U1 snRNA) and splicing factor 2 (SF2 also known as alternative splicing factor). The choice of alternative 3´ splice sites is often controlled by which splice site can best bind a protein called U2AF. The spliceosome forms when the 5´ and 3´ splice sites are brought together and the intervening RNA is cut out.

Figure 5.28

Schematic diagram of alternative nRNA splicing. Exons are represented as shaded boxes, alternatively spliced exons are represented by hatched boxes, and introns are represented by broad lines. By convention, the path of splicing is shown by fine V-shaped (more. )

WEBSITE

5.14 The mechanism of differential nRNA splicing. Differential nRNA splicing depends on the assembly of the nucleosome and upon the ratio of certain proteins in the nucleus of the cell. http://www.devbio.com/chap05/link0514.shtml

Differential RNA processing has been found to control the alternative forms of expression of genes encoding over 100 proteins. The deletion of certain potential exons in some cells but not in others enables one gene to create a family of closely related proteins. Instead of one gene-one polypeptide, one can have one gene-one family of proteins. For instance, alternative RNA splicing enables the α-tropomyosin gene to encode brain, liver, skeletal muscle, smooth muscle, and fibroblast forms of this protein (Figure 5.29 Breitbart et al. 1987). The nuclear RNA for α-tropomyosin contains 11 potential exons, but different sets of exons are used in different cells. Such different proteins encoded by the same gene are called splicing isoforms of the protein.

Figure 5.29

Alternative RNA splicing to form a family of rat α-tropomyosin proteins. The α-tropomyosin gene is represented on top. The numbers correspond to the amino acids encoded by the exons. The thin lines represent the sequences that become introns (more. )

In some instances, alternatively spliced RNAs yield proteins that play similar, yet distinguishable, roles in the same cell. The nuclear RNA for the Pax6 transcription factor is actually spliced to yield two types of Pax6 proteins. In about half the mRNAs, there is an added exon that interrupts one major DNA-binding site and enables another to be used (Epstein et al. 1994). The two forms of Pax 6 appear to be made at similar rates in all the cells expressing the Pax6 الجين. If the human gene for PAX6 is mutated such that the 5´ splicing site becomes more efficient, the Pax6 isoform containing the amino acids encoded by the alternatively spliced exon is made in excess. The eyes of people with this mutation have defects in their lenses, corneas, and pupils.

If you think that differential splicing means that certain genes with dozens of introns can create thousands of different related proteins, you are probably correct. Proteins derived from the neurexin genes, for example, are found on the cell surfaces of developing neurons, and they may be important in specifying the connections that these neurons make. * These genes can be alternatively spliced at several different sites, creating hundreds of proteins from the same gene (Ullrich et al. 1995 Ichtchenko et al. 1995).

Differential nRNA Processing and Drosophila Sex Determination.



تعليقات:

  1. Matt

    الآن كل شيء واضح، وذلك بفضل تفسيرا.

  2. Ambrosius

    وأنا أتفق تماما معك. انا اعتقد انها فكرة جيدة. أنا أتفق معك.

  3. Kigat

    فقط في أبل

  4. Vut

    وأين فيك المنطق؟

  5. Taujora

    استطيع ان اقول لكم :)



اكتب رسالة