Splicing Alternativo
Che cos'è lo Splicing Alternativo?
Lo Splicing Alternativo indica quel processo che consente di ottenere molecole di mRNA maturo differenti partendo dallo stesso trascritto primario.
Ciò permette di amplificare il prodotto genico di cinque/dieci volte, ottenendo un numero maggiore di trascritti rispetto ai geni presenti nel genoma umano.
A seguito del processo di traduzione, si possono così ottenere diverse isoforme di una proteina che eserciteranno funzioni biologiche differenti a livello della cellula (Fig. 1).
Nelle cellule eucariotiche, circa un pre-mRNA su venti può maturare seguendo diverse modalità con il risultato finale di due o più mRNA alternativi che codificano per proteine differenti pur essendo state trascritte dallo stesso gene. Si valuta che il 60% dei trascritti nell'uomo subisca questo processo.
Lo Splicing Alternativo può essere "costitutivo" quando avviene normalmente e con costanza in tessuti differenti dell'organismo oppure, può essere "regolato" quando è indotto da fattori interni o esterni in un dato momento metabolico.
(Fig. 1) L'immagine mostra il cosa accade durante il processo di Splicing Alternativo. Da un trascritto primario (pre-mRNA) si possono ottenere due mRNA maturi che tradurranno per due isoforme proteiche differenti.
Quando avviene lo Splicing Alternativo?
A livello pratico, lo Splicing Alternativo indica le diverse modalità con le quali può avvenire il processo di mRNA Splicing.
Quest'ultimo viene annoverato tra le modifiche post-trascrizionali (Fig. 2) che avvengono alla fine o durante il processo di Trascrizione del DNA.
Il prodotto della Trascrizione è un mRNA trascritto primario o pre-mRNA che deve subire delle modifiche e quindi maturare prima di prendere parte al processo di Traduzione.
Questo processo infatti, avviene a livello citoplasmatico ad opera dei Ribosomi e pertanto il pre-mRNA deve lasciare il nucleo della cellula senza essere denaturato.
Tra le modifiche post-trascrizionali, oltre allo Splicing sono possibili processi di Capping 5'; Poliadenilazione ed Editing.
(Fig. 2) L'immagine mostra le modificazioni post-trascrizionali che avvengono a livello del trascritto primario.
Il processo di mRNA Splicing
Per comprendere più a fondo cosa sia il processo di Splicing Alternativo, è necessario descrivere cosa accade durante l'mRNA Splicing.
Questo processo consente di rimuovere le porzioni non codificanti di RNA dal trascritto appena sintetizzato. Le sequenze non codificanti sono rappresentate dagli Introni mentre quelle codificanti sono indicate come Esoni.
In un pre-mRNA vi è sempre una alternanza di Introni ed Esoni e l'mRNA Splicing permette di rimuovere le sequenze Introniche e di unire tra loro le sequenze di Esoni.
La lunghezza degli Esoni è minore se paragonata a quella degli Introni e pertanto il meccanismo di Splicing deve essere talmente accurato da riuscire ad unire Esoni che si trovano a notevole distanza l'uno dall'altro.
Tutte le reazioni di Splicing sono effettuate da una componente ribonucleoproteica denominata Spliceosoma.
La parte di RNA dello Spliceosoma è costituita da piccole molecole di snRNA (Small Nuclear RNA) distinte in U1, U2, U4, U5 ed U6. Queste molecole di snRNA si legheranno a circa 150 proteine andando a costituire le snRNP o Small Nuclear Riboprotein.
Il processo di mRNA Splicing avviene in cinque fasi (Fig. 3):
- Si forma il complesso E o Early nel quale si legano U1 al sito donatore e la proteina BBP al sito di ramificazione riconoscendo l'Adenina.
- Si forma il complesso A nel quale U2 si sostituisce alla proteina BBP
- Si forma il complesso B in cui U6, U5 ed U4 si legano ad U2 riconoscendo l'Adenina e avvicinando i due Esoni
- Si forma il complesso C nel quali U1 è sostituito da U6 provocando la rottura del legame fosfodiesterico e allontanando U4
- U5 promuove la rottura del secondo legame fosfodiesterico e completa la unione dei due Esoni rimuovendo il lariato (Introne libero).
(Fig. 3) Schematizzazione del processo di mRNA Splicing.
Modalità di Splicing Alternativo
Sono generalmente riconosciute cinque modalità di Splicing Alternativo (Fig. 4) :
- Salto dell'Esone (Exon Skipping): un Esone può essere eliminato dal trascritto primario. Questa è la modalità più comune di Splicing del pre-mRNA dei mammiferi.
- Esone Mutualmente Esclusivo: solo uno di due Esoni viene mantenuto del mRNA maturo.
- Sito di taglio alternativo 5': viene utilizzato un sito di taglio al 5' alternativo cambiando l'estremità 3' dell'Esone a monte.
- Sito di taglio alternativo 3': viene utilizzato un sito di taglio al 3' alternativo cambiando l'estremità 5' dell'Esone a valle.
- Introne Trattenuto: i siti di taglio di un Introne possono non essere riconosciuti. In questo caso l'Introne non viene eliminato dal trascritto primario. Se l'Introne si trova nella regione codificante non deve alterare la cornice di lettura degli Esoni perché se ciò avviene, l'mRNA maturo tradurrà una proteina tronca o non funzionante.
(Fig. 4) L'immagine rappresenta cosa accade graficamente nelle cinque modalità di Splicing Alternativo.
Regolazione dello Splicing Alternativo
Esistono sequenze espresse dagli Esoni che possono attivare o inibire il processo di Splicing Alternativo.
Le sequenze ESE (exonic splicing enhancers) favoriscono lo Splicing. Esse vengono riconosciute da proteine formate da 2 domini, uno di legame all'RNA e uno noto come dominio RS. Quest'ultimo dominio recluta il macchinario dello Splicing e favorisce la identificazione di una data regione di RNA come Esone.
Le ESS (exonic splicing silencers) sono invece sequenze che promuovono la inibizione dello Splicing Alternativo. Esse identificano una data regione di RNA come Introne che pertanto deve essere rimossa. Le ESS vengono riconosciute da una proteina repressore hnRNP che non presenta il dominio di reclutamento del macchinario dello splicing, impedendo alla regione identificata come Introne di permanere nel mRNA maturo.
Riassumendo
- Lo Splicing Alternativo è quel processo che consente di ottenete molecole di mRNA maturo differenti partendo dallo stesso trascritto primario.
- Si possono così ottenere diverse isoforme di una proteina che eserciteranno funzioni biologiche differenti a livello della cellula (Fig. 1).
- Lo Splicing Alternativo può essere "costitutivo" o "regolato".
- A livello pratico, lo Splicing Alternativo indica le diverse modalità con le quali può avvenire il processo di mRNA Splicing, annoverato tra le modifiche post-trascrizionali (Fig. 2).
- L'mRNA Splicing consente di rimuovere le porzioni non codificanti di RNA (Introni) dal trascritto appena sintetizzato.
- L'mRNA Splicing permette di rimuovere le sequenze Introniche e di unire tra loro le sequenze di Esoni per formare l'mRNA maturo.
- Tutte le reazioni di Splicing sono effettuate da una componente ribonucleoproteica denominata Spliceosoma, costituito da una parte ad RNA (snRNA) e 150 proteine.
- Il processo di mRNA Splicing avviene in cinque fasi (Fig. 3) che determinano la formazione di diversi complessi i quali consentono la rottura dei legami fosfodiesterici.
- Esistono cinque modalità di Splicing Alternativo (Fig. 4).
- Esistono sequenze che possono attivare o inibire il processo di Splicing Alternativo: le sequenze ESE (attivano) e le sequenze ESS (inibiscono).
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