Università Politecnica delle Marche Istituto di Biologia e Genetica

1. Università Politecnica delle Marche Istituto di Biologia e Genetica • Lo splicing dell’RNA • definizione • importanza • predizione Francesco Piva

2. Struttura tipica dei geni umani esoni introni

3. esone1 introne1 esone2 introne2 esone3 GT AG GT AG SPLICING eliminazione introni introne1 introne2 esone2 esone3 esone1 unione esoni esone1 esone2 esone3

4. Lo splicing avviene in tutto il trascritto, anche nelle zone non codificanti

7. Segnali per il riconoscimento degli introni Motivi conservati

8. I segnali dei siti di splicing sono ben conservati tra le specie probabilmente la comparsa del meccanismo di splicing è molto antica

14. Meccanismo dello splicing

15. U2AF si lega al tratto pirimidinico a valle del sito di ramificazione Arg-Ser arly snRNP U2 si lega al sito di ramificazione (richiesta idrolisi ATP) U2AF U2AF il 3’ss è tagliato e gli esoni vengono saldati insieme, il cappio verrà deramificato si legano insieme le prot SR connettono U2Af con snRNP U1 U2AF U2AF snRNP U5 si lega al 5’ss, snRNP U6 si lega a snRNP U2 snRNP U1 è rilasciato, snRNP U5 si sposta dall’esone all’introne, snRNP U6 si lega al 5’ss snRNP U4 è rilasciato (richiesta idrolisi ATP), snRNP U6 e U2 catalizzano la transesterificazione, snRNP U5 si lega al 3’ss, il 5’ ss è tagliato e si forma il cappio

16. introne (5’ss)

17. snRNP U1 Sm protein

18. RBD: RNA binding domain G16 C5

20. snRNP U2 si appaiano con snRNA U6 Sm protein si appaia al sito di ramificazione

21. U17 U5

22. 5 2 3 1 Muscolo cardiaco 5 3 1 Muscolo uterino 1 3 4 5 Lo splicing è tessuto specifico 2 4

23. Esempio di alternative splicing di un gene umano

24. Alternative splicing tessuto specifico

25. Alcuni modi di fare splicing alternativo

26. Alcuni genomi virali subiscono splicing all’interno della cellula ospite

27. equine infectious anemia virus (EIAV)

28. WT5’-ACAGTTGTTGGCGGTTG-3’ point mutations TACCACCC TTATT GGTTC AA CCGC G G T Q452P 100 90 Effect of synonymous variations at CERES in CFTR exon 9 80 V456EF 70 % exon 9 inclusion 60 50 40 A455E 30 20 10 0 A G T G A G T C T C G C A C A C A C C T T C A G T T C T 144A WT 145C 146A 147G 148T 149T 150G 151T 153G 154G 155C 156G 157G ex9+ ex9- • Pagani, F., Buratti, E., Stuani, C., and Baralle, F. E. (2003) J Biol Chem • Pagani, F., Stuani, C., Zuccato, E., Kornblihtt, A. R., and Baralle, F. E. (2003) J Biol Chem278, 1511

29. A13->17 A18->20 A1->12 A21 WT The majority of random substitutions at the synonymous codons in CFTR exon 12 induce exon inclusion/1 WT AAA GAT GCT GAT TTG TAT TTA TTA GAC TCT CCT TTT GGA A1 AAG GAC GCA GAT TTG TAC TTA TTA GAT TCA CCC TTC GGA A2 AAG GAC GCG GAC TTG TAT TTA TTA GAT TCGCCGTTC GGC A3 AAA GAC GCT GAT TTG TAC TTA TTG GAT TCA CCGTTC GGA A4 AAG GAC GCGGAC TTG TAC TTA TTG GAC TCC CCC TTC GGT A5 AAG GAC GCC GAC TTG TAT TTG TTG GAC TCT CCGTTC GGT A6 AAG GAC GCC GAC TTA TAC TTG TTG GAC TCGCCT TTT GGC A7 AAA GAC GCGGAT TTG TAT TTA TTG GAT TCA CCT TTC GGC A8 AAA GAC GCA GAT TTA TAT TTG TTG GAC TCC CCGTTT GGA A9 AAA GAT GCC GAC TTA TAT TTG TTG GAT TCA CCC TTC GGC A10 AAG GAC GCT GAC TTG TAT TTA TTG GAC TCC CCA TTT GGG A11 AAA GAC GCA GAC TTG TAT TTG TTG GAC TCA CCGTTC GGT A12 AAA GAC GCA GAC TTA TAC TTA TTG GAC TCA CCGTTT GGT A13 AAA GAC GCA GAT TTG TAT TTA TTG GAT TCT CCGTTT GGG A14 AAA GAT GCG GAC TTG TAT TTA TTG GAT TCGCCA TTT GGT A15 AAG GAT GCT GAT TTA TAT TTA TTA GAC TCT CCGTTC GGT A16 AAA GAT GCGGAT TTG TAT TTG TTA GAC TCA CCGTTT GGC A17 AAA GAC GCA GAT TTA TAC TTG TTG GAT TCC CCC TTC GGC A18 AAA GAT GCA GAT TTG TAC TTG TTA GAC TCGCCC TTT GGC A19 AAG GAC GCA GAT TTG TAT TTG TTA GAC TCC CCA TTC GGG A20 AAG GAC GCT GAC TTA TAC TTG TTA GAT TCC CCT TTC GGT A21 AAG GAT GCA GAT TTA TAT TTA TTA GAC TCC CCT TTT GGT • Changes in splicing efficiency are not related to the use of unpreferred synonymous codons (underlined) • Nucleotide changes have different effect according to the context in which they occur

30. Intron definition / exon definition

31. Modello di exonic splicing enhancer mediato da proteine SR

32. Modello di exonic splicing silencer

33. Ricombinazione e splicing alternativo In presenza di una struttura interrotta, mutazioni neutre possono originare nuove forme di alternative splicing senza distruggere le forme funzionali già esistenti. Questa rappresenta un’opportunità per l’evoluzione di esplorare nuovi schemi aggiungendoli eventualmente a quelli precedenti. (Pagani F, Raponi M, Baralle FE. Synonymous mutations in CFTR exon 12 affect splicing and are not neutral in evolution Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 May 3;102(18):6368-72.)

34. Molte altre proteine partecipano allo splicing 9G8, CUG-BP1, DAZAP1, ETR-3, Fox-1, Fox-2, hnRNP-A0, hnRNP-A1, hnRNP-A2/B1, hnRNP-C, hnRNP-D, hnRNP-D0, hnRNP DL, hnRNP E1, hnRNP E2, hnRNP-F, hnRNP G, hnRNP-H1, hnRNP-H2, hnRNP-I, hnRNP J, hnRNP K, hnRNP-L, hnRNP M, hnRNP P (TLS), hnRNP Q, hnRNP U, HTra2beta1, HuB, HuD, HuR, KSRP, Nova-1, Nova-2, nPTB, PSF, Sam68, SC35, SF1, SF2/ASF, SLM-1, SLM-2, SRp20, SRp30c, SRp38, SRp40, SRp54, SRp55, SRp75, TDP43, TIA-1, TIAL1, YB-1 …

36. ESE, ISS: esone ESS, ISE: introne

37. Pan troglodytes average nucleotide divergence of just 1.2%

38. Letture consigliate Nature reviews. Genetics. 2002; 3(4): 285-298 Listening to silence and understanding nonsense: exonic mutations that affect splicing. Cartegni L, Chew SL, Krainer AR. PMID: 11967553 Nature reviews. Genetics. 2007; 8(10): 749-761. Splicing in disease: disruption of the splicing code and the decoding machinery. Wang GS, Cooper TA. PMID: 17726481