結構生物化學/真核生物可變剪接

真核生物中的可變剪接

基因表達是將由 DNA 製成的基因中的遺傳資訊轉移到由 RNA 或蛋白質製成的功能性基因產物的過程。遺傳資訊透過轉錄過程從 DNA 流向 RNA，然後透過翻譯過程從 RNA 流向蛋白質。為了確保產生正確的產物，基因表達在轉錄和翻譯期間和之間的許多不同階段受到調控。在真核生物中，基因包含額外的序列，這些序列不編碼蛋白質。在這些生物體中，DNA 的轉錄會產生前 mRNA，前 mRNA 必須在翻譯開始之前被剪接到缺少這些間隔序列或內含子的 mRNA 中。剪接可以受到調節，以便不同的 mRNA 可以包含或缺少稱為外顯子的區域，這一過程稱為可變剪接。可變剪接允許從一個基因中產生多種蛋白質，並且是決定從基因表達中產生哪些功能性蛋白質的重要調控步驟。前 mRNA 的剪接已被證明是控制人類發育的重要機制，剪接的失調會導致疾病。

可變剪接圖

可變剪接機制

可變剪接是一個由剪接體執行的兩個步驟過程，剪接體將上游外顯子的 5' 剪接位點連線到下游外顯子的 3' 剪接位點。剪接體主要由 5 種小的核糖核蛋白（snRNP）組成。snRNP 透過識別內含子中的 5'、3' 和分支點序列來執行剪接。
可變剪接步驟
1.) U1 snRNP 識別 5' 剪接位點的 GU，而 U2 snRNP 識別分支點突出的腺苷。
2.) 當 U1 和 U2 將分支點定位到 5' 剪接位點附近時，形成 A 複合體。
3.) 當三 snRNP U4-U5-U6 結合到 A 複合體時，形成 B 複合體。
4.) 當 U1 和 U4 離開時，形成 B 複合體，形成催化性剪接體。
5.) 當分支點腺苷攻擊 5' 剪接位點，形成內含子套索時，形成 C 複合體，這是剪接的第一步。
6.) 當 5' 剪接位點攻擊 3' 剪接位點時，執行剪接的第二步，導致兩個外顯子的連線。

RNAPII 轉錄速率對可變剪接的調節

影響剪接位點選擇的機制在調節可變剪接中很重要，並確保在正確的時間產生正確的蛋白質。許多基因已被證明是在轉錄過程中被剪接的，並且 RNA 聚合酶 II 的轉錄速率被認為是轉錄過程可變剪接的調節機制 。Aebi 和 Weissman 的“先來先服務”模型 說明了轉錄速率如何影響內部外顯子的包含。第一個內含子的緩慢識別或第二個內含子的快速識別會為 3' 剪接位點選擇創造轉錄依賴的競爭。透過第二個內含子的緩慢轉錄可以允許在第二個內含子甚至合成之前識別第一個內含子，而透過前兩個內含子的快速轉錄可以提高第二個內含子與第一個內含子競爭識別的能力。形成“A 複合體”（圖 2）是可變剪接中的一個步驟，它會建立一個對剪接位點選擇的承諾，並透過 U2 snRNP 與分支點的配對來完成。這些資料表明，對轉錄速率的控制可能是調節 3' 剪接位點選擇的非常強大的工具。

真核生物用來調節轉錄速率的一種方法是位於 DNA 中的基於序列的終止位點。利用 DNA 依賴性轉錄終止的熱力學理論，已經建立了人工終止位點（ARTAR 位點），並且已經證明它們會影響 RNA 聚合酶 II 轉錄的速率。當 ARTAR 位點放置在兩個 3' 剪接位點下游時，它不會影響可變剪接。如果 ARTAR 位點放置在第一個和第二個分支點之間的位置，ARTAR 位點可以透過減少 3' 剪接位點競爭來提高包含率。