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选择性剪接

选择性剪接(Alternative Splicing)是真核生物基因表达过程中的一种机制,指一个前体mRNA(pre-mRNA)在剪接时可以以多种方式移除内含子、保留或跳过外显子,从而生成多个不同的成熟mRNA转录本(transcript variants),最终翻译成结构和功能各异的蛋白质。这是生物体提高蛋白质多样性的重要手段之一。


1. 机制基础

mRNA剪接(mRNA splicing)通常由剪接体(spliceosome)执行,它识别内含子两侧的剪接位点(splice sites)以及**分支点(branch point)**等信号序列。

在选择性剪接中,剪接体的组装受到顺式剪接调控元件反式剪接因子的共同调控,决定了哪些外显子被保留或跳过。

  • 顺式元件(cis-acting elements):位于pre-mRNA中的短序列,如ESE(外显子剪接增强子)、ESS(外显子剪接抑制子);

  • 反式因子(trans-acting factors):结合顺式元件的蛋白质,如SR蛋白促进剪接,hnRNP蛋白多为抑制剪接因子。


2. 常见类型

选择性剪接方式主要包括以下几种:

类型说明
外显子跳跃(Exon skipping)最常见类型,某个外显子被跳过不剪接进入成熟mRNA中
可变5'剪接位点(Alternative 5' splice site)使用同一外显子的不同5'端剪接位点
可变3'剪接位点(Alternative 3' splice site)使用不同的3'端剪接位点
内含子保留(Intron retention)某些内含子未被剪除,保留在成熟mRNA中
互斥外显子(Mutually exclusive exons)某一位置上两个外显子只选择其中一个进入成熟mRNA

3. 生物学意义

  • 增加蛋白多样性:一个基因可产生多个蛋白质变体(isoforms);

  • 组织特异表达:同一基因在不同组织中可通过不同剪接方式表达不同功能;

  • 发育调控:在胚胎发育或细胞分化阶段发挥重要作用;

  • 信号响应:对环境刺激(如温度、应激)可通过剪接调整基因表达。


4. 与疾病关系

  • 遗传病:如脊髓性肌萎缩症(SMA)源于SMN1/SMN2基因选择性剪接异常;

  • 癌症:多种肿瘤中存在异常剪接事件,产生致癌或逃避免疫的蛋白变体;

  • 代谢与神经疾病:如糖尿病、帕金森病中也发现相关剪接变异。


5. 调控机制图解(如需)

剪接调控通常包括以下几个层级:

pre-mRNA → 顺式元件 + 反式因子 → 剪接体组装模式 → 剪接方式 → mRNA变体 → 蛋白质变异

6. 小结

选择性剪接是遗传信息多样化的核心机制之一,使得约2万个蛋白编码基因在人类中可产生10万种以上蛋白质变体。其调控精确、复杂,与细胞状态、环境信号和疾病密切相关,是功能基因组学和转录调控研究的重要前沿领域。


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