Tạo ra và phá vỡ các đặc điểm protein thông qua việc cắt nối thay thế - một cơ chế mới để điều chỉnh chức năng

Genome Biology - Tập 6 - Trang 1-8 - 2005
Michael Hiller1, Klaus Huse2, Matthias Platzer2, Rolf Backofen1
1Institute of Computer Science, Friedrich-Schiller-University Jena, Chair for Bioinformatics, Jena, Germany
2Genome Analysis, Institute of Molecular Biotechnology, Jena, Germany

Tóm tắt

Cắt nối thay thế thường xảy ra trong trình tự mã hóa và làm thay đổi cấu trúc và chức năng của protein. Nó chủ yếu được thực hiện theo hai cách: bằng cách bỏ qua các exon mã hóa một đặc điểm protein nhất định và bằng cách giới thiệu một sự dịch khung làm thay đổi trình tự protein ở phía sau. Những cơ chế này phổ biến và đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Ở đây, chúng tôi đề xuất một cơ chế cắt nối thay thế bổ sung để điều chỉnh chức năng protein. Cơ chế này tạo ra một đặc điểm protein bằng cách kết hợp hai exon không liên tiếp hoặc phá hủy một đặc điểm bằng cách chèn một exon vào cơ thể nó. Ngược lại với các cơ chế khác, các phần riêng lẻ của đặc điểm có mặt trong cả hai biến thể cắt nối nhưng đặc điểm này chỉ có chức năng trong hình thức cắt nối mà ở đó cả hai phần được gộp lại. Chúng tôi cung cấp bằng chứng cho cơ chế này bằng cách thực hiện một tìm kiếm toàn bộ bộ gen với bốn đặc điểm protein: các xoắn màng xuyên, các vị trí phosphoryl hóa và glycosyl hóa, và các miền Pfam. Chúng tôi mô tả một loại sự kiện mới tạo ra hoặc loại bỏ một đặc điểm protein thông qua cắt nối thay thế. Dữ liệu hiện tại cho thấy rằng những sự kiện này là hiếm. Ngoài bốn đặc điểm được nghiên cứu ở đây, cơ chế này có thể áp dụng cho nhiều đặc điểm protein khác, đặc biệt là cho các động lực học protein nhỏ theo chiều tuyến tính. Nó rất quan trọng cho việc phân biệt các chức năng khác nhau của hai hình thức cắt nối và nên được xem xét trong các nỗ lực phân loại toàn bộ bộ gen. Hơn nữa, nó cung cấp một chiến lược mới cho việc dự đoán các sự kiện cắt nối thay thế từ đầu.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Graveley BR: Alternative splicing: increasing diversity in the proteomic world. Trends Genet. 2001, 17: 100-107. 10.1016/S0168-9525(00)02176-4. Roberts GC, Smith CWJ: Alternative splicing: combinatorial output from the genome. Curr Opin Chem Biol. 2002, 6: 375-383. 10.1016/S1367-5931(02)00320-4. Hiller M, Huse K, Szafranski K, Jahn N, Hampe J, Schreiber S, Backofen R, Platzer M: Widespread occurrence of alternative splicing at NAGNAG acceptors contributes to proteome plasticity. Nat Genet. 2004, 36: 1255-1257. 10.1038/ng1469. Stamm S, Ben-Ari S, Rafalska I, Tang Y, Zhang Z, Toiber D, Thanaraj TA, Soreq H: Function of alternative splicing. Gene. 2005, 344: 1-20. 10.1016/j.gene.2004.10.022. Lewis BP, Green RE, Brenner SE: Evidence for the widespread coupling of alternative splicing and nonsense-mediated mRNA decay in humans. Proc Natl Acad Sci USA. 2003, 100: 189-192. 10.1073/pnas.0136770100. Wollerton MC, Gooding C, Wagner EJ, Garcia-Blanco MA, Smith CWJ: Autoregulation of polypyrimidine tract binding protein by alternative splicing leading to nonsense-mediated decay. Mol Cell. 2004, 13: 91-100. 10.1016/S1097-2765(03)00502-1. Garcia-Blanco MA, Baraniak AP, Lasda EL: Alternative splicing in disease and therapy. Nat Biotechnol. 2004, 22: 535-546. 10.1038/nbt964. Kriventseva EV, Koch I, Apweiler R, Vingron M, Bork P, Gelfand MS, Sunyaev S: Increase of functional diversity by alternative splicing. Trends Genet. 2003, 19: 124-128. 10.1016/S0168-9525(03)00023-4. Liu S, Altman RB: Large scale study of protein domain distribution in the context of alternative splicing. Nucleic Acids Res. 2003, 31: 4828-4835. 10.1093/nar/gkg668. Resch A, Xing Y, Modrek B, Gorlick M, Riley R, Lee C: Assessing the impact of alternative splicing on domain interactions in the human proteome. J Proteome Res. 2004, 3: 76-83. 10.1021/pr034064v. Hooper NM, Karran EH, Turner AJ: Membrane protein secretases. Biochem J. 1997, 321: 265-279. Xing Y, Xu Q, Lee C: Widespread production of novel soluble protein isoforms by alternative splicing removal of transmembrane anchoring domains. FEBS Lett. 2003, 555: 572-578. 10.1016/S0014-5793(03)01354-1. Cline MS, Shigeta R, Wheeler RL, Siani-Rose MA, Kulp D, Loraine AE: The effects of alternative splicing on transmembrane proteins in the mouse genome. Pacific Symposium on Biocomputing: January 6-10 2004; Hawaii. 2004, 17-28. Minneman KP: Splice Variants of G protein-coupled receptors. Mol Interv. 2001, 1: 108-116. Garcia J, Gerber SH, Sugita S, Sudhof TC, Rizo J: A conformational switch in the Piccolo C(2)A domain regulated by alternative splicing. Nat Struct Mol Biol. 2004, 11: 45-53. 10.1038/nsmb707. Kamatkar S, Radha V, Nambirajan S, Reddy RS, Swarup G: Two splice variants of a tyrosine phosphatase differ in substrate specificity, DNA binding, and subcellular location. J Biol Chem. 1996, 271: 26755-26761. 10.1074/jbc.271.43.26755. Krogh A, Larsson B, Heijne Gv, Sonnhammer EL: Predicting transmembrane protein topology with a hidden Markov model: application to complete genomes. J Mol Biol. 2001, 305: 567-580. 10.1006/jmbi.2000.4315. Stamm S: Signals and their transduction pathways regulating alternative splicing: a new dimension of the human genome. Hum Mol Genet. 2002, 11: 2409-2416. 10.1093/hmg/11.20.2409. Gupta R, Birch H, Rapacki K, Brunak S, Hansen JE: O-GLYCBASE version 4.0: a revised database of O-glycosylated proteins. Nucleic Acids Res. 1999, 27: 370-372. 10.1093/nar/27.1.370. Diella F, Cameron S, Gemund C, Linding R, Via A, Kuster B, Sicheritz-Ponten T, Blom N, Gibson TJ: Phospho.ELM: a database of experimentally verified phosphorylation sites in eukaryotic proteins. BMC Bioinformatics. 2004, 5: 79-10.1186/1471-2105-5-79. Hansen JE, Lund O, Tolstrup N, Gooley AA, Williams KL, Brunak S: NetOglyc: prediction of mucin type O-glycosylation sites based on sequence context and surface accessibility. Glycoconj J. 1998, 15: 115-130. 10.1023/A:1006960004440. Blom N, Gammeltoft S, Brunak S: Sequence and structure-based prediction of eukaryotic protein phosphorylation sites. J Mol Biol. 1999, 294: 1351-1362. 10.1006/jmbi.1999.3310. Bateman A, Coin L, Durbin R, Finn RD, Hollich V, Griffiths-Jones S, Khanna A, Marshall M, Moxon S, Sonnhammer ELL, et al: The Pfam protein families database. Nucleic Acids Res. 2004, 32 (Database issue): D138-D141. 10.1093/nar/gkh121. Hiller M, Backofen R, Heymann S, Busch A, Glaesser TM, Freytag J-C: Efficient prediction of alternative splice forms using protein domain homology. In Silico Biol. 2004, 4: 195-208. Sorek R, Shamir R, Ast G: How prevalent is functional alternative splicing in the human genome?. Trends Genet. 2004, 20: 68-71. 10.1016/j.tig.2003.12.004. Xu Q, Lee C: Discovery of novel splice forms and functional analysis of cancer-specific alternative splicing in human expressed sequences. Nucleic Acids Res. 2003, 31: 5635-5643. 10.1093/nar/gkg786. Puntervoll P, Linding R, Gemund C, Chabanis-Davidson S, Mattingsdal M, Cameron S, Martin DMA, Ausiello G, Brannetti B, Costantini A, et al: ELM server: a new resource for investigating short functional sites in modular eukaryotic proteins. Nucleic Acids Res. 2003, 31: 3625-3630. 10.1093/nar/gkg545. Sakurai Y, Onishi Y, Tanimoto Y, Kizaki H: Novel protein kinase C delta isoform insensitive to caspase-3. Biol Pharm Bull. 2001, 24: 973-977. 10.1248/bpb.24.973. Wang Z, Rolish ME, Yeo G, Tung V, Mawson M, Burge CB: Systematic identification and analysis of exonic splicing silencers. Cell. 2004, 119: 831-845. 10.1016/j.cell.2004.11.010. Newton DC, Bevan SC, Choi S, Robb GB, Millar A, Wang Y, Marsden PA: Translational regulation of human neuronal nitric-oxide synthase by an alternatively spliced 5'-untranslated region leader exon. J Biol Chem. 2003, 278: 636-644. 10.1074/jbc.M209988200. Sorek R, Ast G, Graur D: Alu-containing exons are alternatively spliced. Genome Res. 2002, 12: 1060-1067. 10.1101/gr.229302. Kondrashov FA, Koonin EV: Evolution of alternative splicing: deletions, insertions and origin of functional parts of proteins from intron sequences. Trends Genet. 2003, 19: 115-119. 10.1016/S0168-9525(02)00029-X. Modrek B, Lee CJ: Alternative splicing in the human, mouse and rat genomes is associated with an increased frequency of exon creation and/or loss. Nat Genet. 2003, 34: 177-180. 10.1038/ng1159. Ast G: How did alternative splicing evolve?. Nat Rev Genet. 2004, 5: 773-782. 10.1038/nrg1451. Sorek R, Shemesh R, Cohen Y, Basechess O, Ast G, Shamir R: A Non-EST-based method for exon-skipping prediction. Genome Res. 2004, 14: 1617-1623. 10.1101/gr.2572604. Huang H-D, Horng J-T, Lin F-M, Chang Y-C, Huang C-C: SpliceInfo: an information repository for mRNA alternative splicing in human genome. Nucleic Acids Res. 2005, 33 (Database Issue): D80-D85. 10.1093/nar/gki129. Human RefSeq Database. [http://hgdownload.cse.ucsc.edu/goldenPath/hg16/database/refGene.txt.gz] Human Fraction of dbEST. [ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/blast/db/FASTA/est_human.gz] Moller S, Croning MD, Apweiler R: Evaluation of methods for the prediction of membrane spanning regions. Bioinformatics. 2001, 17: 646-653. 10.1093/bioinformatics/17.7.646. SwissProt and RefSeq IDs. 2001, [http://www.gene.ucl.ac.uk/public-files/nomen/ens1.txt]
Thông tin
Thông tin xuất bản

Genome Biology

Tập 6

1-8

Thông tin tác giả