Molekularne podstawy różnorodności
Zgodnie z głównym dogmatem biologicznym DNA jest poddawane transkrypcji do matrycowego RNA (mRNA), które z kolei poddawane jest translacji w celu wytworzenia białka. Regulacja ekspresji genów zachodzi na każdym etapie tego procesu. Potencjał kodujący i czynnościowa uniwersalność genów znacząco się zwiększa dzięki splicingowi alternatywnemu, dzięki któremu część egzonów mRNA jest zachowanych, a część wycinanych i powstają w rezultacie różne izoformy białka. Naukowcy biorący udział w finansowanym przez UE projekcie EVOALTSPLICE badali ewolucję mechanizmów splicingu alternatywnego u kręgowców. Celem było zidentyfikowanie bogatych w informacje biologiczne, utrwalonych oraz zależnych od warunków wzorów splicingu. Zespół projektu EVOALTSPLICE porównał transkryptomy licznych narządów pochodzących od 10 gatunków kręgowców, odzwierciedlających około 350 milionów lat ewolucji. Ustalono, że splicing alternatywny genów tych narządów jest bardziej zależy od gatunku niż narządu, nawet w przypadku porównywania gatunków, które oddzieliły się od siebie tylko ok. 6 milionów lat temu. Przy użyciu metod obliczeniowych naukowcy pomyślnie zidentyfikowali kombinacje elementów cis-regulatorowych, które mogą służyć jako markery prognostyczne dla wzorów splicingu zależnego od tkanek u gatunków kręgowców. Dane z badań na myszach wskazują, że wzory splicingu alternatywnego są ogólnie kontrolowane przez w dużej mierze konserwatywne funkcje cis-regulatorowe. Jednak prawdopodobnie tylko podzbiór zdarzeń splicingu alternatywnego wywołujących zmiany we wzajemnych oddziaływaniach białko-białko był odpowiedzialny za dywersyfikację splicingu i fenotypową różnorodność kręgowców. Naukowcy odkryli, że utrzymywanie intronów umożliwiające splicing alternatywny u roślin i jednokomórkowych eukariotów, jest zaskakująco powszechny u ssaków i występuje w około 75% genów o wielu egzonach. Naukowcy badali też alternatywne egzony genu PTBP1 w liniach komórek ludzkich. Pominięcie egzonu w białku PTBP1 skutkuje osłabionym działaniem i wskazuje, że jego ewolucja przyczyniła się do zmiany miejsc splicingu u ssaków. Badania z zastosowaniem wyznakowanych intronów i mikroskopii konfokalnej z krążkiem obrotowym pozwoliły poznać wpływ różnych sygnałów splicingu na żywe komórki ludzkie. Wyniki dostarczyły dowodów na wpływ siły miejsca splicingowego na kinetykę splicingu. Prace prowadzone w ramach projektu EVOALTSPLICE zaowocowały publikacją artykułów w prestiżowych czasopismach naukowych: Science, Molecular Cell, Nature, Genome Research i Molecular Microbiology. Badania nad splicingiem i transkrypcją genów są ważnym działem biologii molekularnej, pozwalającym poznać mechanizmy rozwojowe i patogenezę chorób.
Słowa kluczowe
Kręgowce, splicing alternatywny, zmienność ewolucyjna, izoformy białka
