Het is zondag, de supermarkt is gesloten en ik heb honger. In de keuken vind ik pasta, gehakt, courgette, champignon, een pot Bolognese saus en een pakje lasagne bladeren. Wat zal ik maken, pasta of lasagne?

Net zoals het mogelijk is om verschillende gerechten te maken door bepaalde ingrediënten wel of juist niet te gebruiken, is het mogelijk om verschillende eiwitten te maken door sommige “ingrediënten” van genen wel of juist niet te gebruiken. Dit proces heet alternatieve splicing (splitsing) en dit proces maakt het mogelijk om meerdere eiwitten van hetzelfde gen te maken. Verschillende eiwitten van hetzelfde gen worden isoformen genoemd. Op deze manier kunnen onze lichamen meer dan 100.000 eiwitten maken met slechts 20.000 genen.




Gen structuur

Een gen is een stukje DNA dat gekopieerd wordt naar messenger RNA (mRNA) en daarna vertaald wordt naar eiwit (lees meer over dit proces hier). Genen bestaan uit verschillende regio’s: niet-vertaalde regio’s (untranslated regions of UTRs) aan beide kanten van het RNA molecuul (5’-kant en 3’-kant), exonen en intronen (zie de figuur hieronder)., De UTRs worden niet vertaald naar eiwit. Deze UTRs zijn echter wel belangrijk voor de activiteit van een gen. De exonen zijn de regio’s van een gen die uiteindelijk in eiwit vertaald worden, de intronen worden uit het mRNA geknipt voordat het de celkern verlaat. Dit gebeurt in een proces dat ‘splicing’ heet, maar wat is splicing?

GenStructuur

pre-mRNA en splicing

Wanneer transcriptie van een gen plaatsvindt, betekent dat, dat de sequentie van A, T, G en C’s van het DNA gekopieerd wordt naar een RNA molecuul. De T wordt echter als een U gekopieerd (lees hier meer). Dit kopiëren discrimineert niet tussen de verschillende regio’s in een gen (UTR, exon, intron), het kopieert simpelweg, meer niet. Het RNA molecuul die daaruit voort komt, wordt een pre-mRNA genoemd en bevat nog steeds de intronen die niet gebruikt worden voor het maken van eiwitten. Deze intronen worden verwijderd in een proces dat splicing heet voordat het mRNA de celkern verlaat (zie de figuur hieronder). Splicing wordt gedaan door een groep van verschillende RNA moleculen (snRNA) en eiwitten. Deze groep heet het spliceosome. Het spliceosome werkt relatief simpel, het herkent de grens tussen een exon en een intron, vouwt de intron op, knipt de intron eruit en plakt de exonen aan elkaar. Vervolgens wordt er nog een zogenaamde “5’ cap” aan de 5’ kant van het mRNA toegevoegd; deze verhoogt de stabiliteit van het mRNA wanneer het de celkern verlaat. Als laatste wordt er nog een “poly-A staart” (een reeks van A-nucleotiden) aan de 3’ kant geplakt. Deze staart verhoogt ook de stabiliteit en maakt dat het mRNA molecuul makkelijker te vertalen is naar eiwit.

Splicing

Alternatieve splicing

Tot zover alles relatief simpel. Maar hoe zit het dan met alternatieve splicing? Het principe is hetzelfde: een pre-mRNA wordt gemaakt en gespliced, een 5’ cap en een poly-A staart worden toegevoegd. Het enige verschil is dat niet alleen de intronen eruit geknipt worden. Sommige exonen kunnen bij alternatieve splicing samen met de intronen eruit geknipt worden. Dit leidt tot verschillende eiwitten voor hetzelfde gen: één eiwit waarbij alle drie de exonen worden gebruikt en één waarbij bijvoorbeeld alleen exon 1 en 3 worden gebruikt (zie de figuur hieronder).

Alternatieve_Splicing

Het voorbeeld hierboven gaat over een gen met 3 exonen. Dit houdt het voorbeeld makkelijk, maar het geeft niet de potentie tot veel verschillende eiwitten voor één gen (isoformen). Als we meer exonen zouden hebben, dan wordt het aantal mogelijke isoformen ook groter. Het gen Dscam van de fruitvlieg (Drosophila melanogaster) heeft bijvoorbeeld 95 exonen waarmee 38.016 verschillende eiwitten gemaakt kunnen worden. Dit ene gen van deze vlieg kan dus meer verschillende eiwitten maken dan het aantal genen dat wij mensen in totaal hebben! Dscam is echter wel een uitzondering met dit extreme hoge aantal isoformen. De meeste genen maken niet zoveel verschillende isoformen. Zoals eerder in deze post genoemd hebben wij ongeveer 20.000 genen en meer dan 100.000 verschillende eiwitten. Dit betekent dat bij ons ieder gen gemiddeld vijf verschillende eiwitten kan maken.

Al met al is alternatieve splicing een essentieel onderdeel van complexe dieren zoals wij. Alternatieve splicing maakt het mogelijk om voor iedere taak in ons lichaam een ander eiwit te maken zonder ook voor ieder eiwit een apart gen te hebben. Was dit wel het geval dan zou ons genoom (al het genetisch materiaal dat in iedere cel aanwezig is) gigantisch zijn. Fijn om te weten dat we niet met overbodige informatie rondlopen!