Splicing

Richard J. Roberts und Phillip A.Sharp erhielten 1993 den Nobelpreis in Physiologie und Medizin für die Entdeckung des Spleißmechanismus.

Der Begriff „Splicing“ kommt von  englisch splice ‚miteinander verbinden‘, ‚zusammenkleben und bezeichnet das Zusammenfügen der Exons zu der reifen mRNA.‘ Viele Gene in höheren Organismen liegen „gestückelt“ vor, d.h. die Gensequenz wird von DNA-Abschnitten, die keine „Bauanleitung“ für Proteine enthalten, unterbrochen. Diejenigen Bereiche, die die biologische Information enthalten, werden als Exons (expressed sequences) bezeichnet. Diejenigen DNA-Abschnittedie dazwischen liegen und keine biologische Information enthalten werden als Introns (intervening sequences) bezeichnet (Matera AG et al. 2014).

Bei der Umsetzung der genetischen Information in Proteine wird zunächst von der gesamten Gensequenz eine RNA-Kopie erstellt (Transkription) der als Primärtranskript (prä-mRNA) bezeichnet wird. Über einen komplizierten Regulationsmechanismus werden anschließend die Introns entfernt.

Die DNA-Abschnitte mit den biologischen Informationen, die Exon-Sequenzen werden miteinander verbunden. Dieser Vorgang wird als „Spleißen“ bezeichnet. Die nun fertige mRNA wandert dann zu den Ribosomen, um dort in eine Aminosäurekette (Protein) umkopiert (translatiert) zu werden.

In vielen Fällen können die Exons beim Spleißen in unterschiedlicher Weise miteinander kombiniert werden („alternatives“, „differentielles“ oder „gewebespezifisches Spleißen“).

Auf diese Weise kann aus einem einzigen Gen-Abschnitt eine große Zahl unterschiedlicher Proteine entstehen. Splicing findet zusammen mit der Polyadenylierung (Tailing) des 3'-Endes nach der Transkription statt, ist also ein posttranskriptioneller Vorgang. Im Unterschied dazu ist das Capping des 5'-Endes ein cotranskriptioneller Vorgang.

Katalysiert wird der Vorgang des Spleißens durch das Spleißosom, einem großen Protein-RNA-Komplex, bei dem die RNA die katalytische Funktion übernimmt (Matera AG et al. 2014). Zwei verschiedene Spleißosom-Typen werden unterschieden(Patel AA et al. 2003):

• das Haupt-Spleißosom, bestehend aus fünf verschiedenen uridine-rich small nuclear ribonucleoprotein particles (U-snRNP), welche nach dem jeweiligen snRNA-Bestandteil (U1,U2, U4/6 und U5) benannt sind

und

• das Neben-Spleißosom, ebenfalls bestehend aus fünf verschiedenen snRNPs (U11, U12, U4atac/U6atac und U5), wobei das U5 snRNP identisch ist mit dem des Haupt-Spleißosoms. Die U-snRNAs sind assoziiert mit weiteren Uridin-spezifischen Proteinen und sieben Protein-Co-Faktoren: die Sm-Proteine B/B‘, D1, D2, D3, E, F, G (bzw. LSm-Proteine 2-8) (Will CL et al. 2011).

Zusammen bilden sie so das reife U-snRNP . Mehr als 99 % der Spleißreaktionen in Eukaryoten werden durch das Haupt-Spleißosom katalysiert, weshalb diese Reaktionen auch als  kanonisches Spleißen bezeichnet werden (Burset  M et al. (2000). Das Neben-Spleißosom ist für weniger als 0,5 % der Spleißreaktionen verantwortlich. Die Bedeutung und Funktion dieses Mechanismus ist bisher wenig verstanden.

1. Burset  M et al. (2000) Analysis of canonical and non-canonical splice Literaturverzeichnis 98 sites in mammalian genomes. Nucleic Acids Res 28: 4364-4375.
2. Johnson JM et al.(2003) Genome-wide survey of human alternative pre-mRNA splicing with exon junction microarrays. Science 302: 2141-2144.
3. Matera AG et al. (2014) A day in the life of the spliceosome. Nat Rev Mol Cell Biol 15: 108-121.
4. Patel AA et al. (2003) Splicing double: insights from the second spliceosome. Nat Rev Mol Cell Biol 4: 960-970.
5. Tseng CK et al. (2008) Both catalytic steps of nuclear pre-mRNA splicing are reversible. Science 320: 1782-1784.
6. Valadkhan S et al.(2009) Protein-free small nuclear RNAs catalyze a two-step splicing reaction. Proc Natl Acad Sci U S A 106: 11901-11906.
7. Valadkhan S. et al. (2007) Protein-free spliceosomal snRNAs catalyze a reaction that resembles the first step of splicing. RNA 13: 2300-2311.
8. Wang Y et al.(2015) Mechanism of alternative splicing and its regulation. Biomed Rep 3: 152-158.
9. Will CL et al. (2011) Spliceosome structure and function. Cold Spring Harb Perspect Biol 3 (7).