文献综述
1可变剪切概论
1977年Walter Gilbert在对Adenovirus hexon基因的研究中发现并提出可变剪接现象, 同时, 他表明一个基因的不同编码区可以拼接在一起被剪接下来, 产生功能不同的信使核酸，这是对可变剪接的最早描述。现代分子生物学理论普遍认为，可变剪切指的是在mRNA前体到成熟mRNA的过程当中，不同的剪切方式使得同一个基因可以产生多个不同的成熟mRNA, 最终产生不同的蛋白质的过程。已有实验研究表明：可变剪切具有参与动植物生长、发育、信号转导以及对生物和非生物胁迫的反应等一系列功能。
可变剪切是调节基因表达和产生蛋白质组多样性的重要机制，是导致真核生物基因和蛋白质数量较大差异的重要原因。可变剪切在真核生物中普遍存在，由多种转录和转录后调控机制协调控制，并在组织和物种特异性分化模式中起关键作用。可变剪切可增加蛋白质的多样性，在相关植物的某些结构蛋白和功能蛋白中有着重要的作用。不同形式的AS，特别是替代的5rsquo;和3rsquo;剪接位点选择和外显子跳跃经常导致蛋白质序列的变化。[1]
2可变剪切的主要机制
可变剪切可分为七种类型，其中，有4种类型的可变剪切最为常见：
- 外显子跳跃(skipped exon, SE)，与主要转录本相比，其整个外显子被错过；
- 内含子保留(retain intron, RI)，内含子不被剪切并且是成熟mRNA的一部分；
- 替代供体、供体位点，也称为可变5#39;端位点(alternative 5rsquo;splice site, A5SS)，mRNA 异构体的变化；
(4)替代接受者，也称为可变3#39;端位点(alternative 3rsquo;splice site, A3SS)不同。基于初级转录本，还可以分为额外的三种AS类型：外显子互斥(mutually exclusive exon, MXE)、可变首外显子(alternative first exon, AFE)和可变末外显子(alternative last exon, ALF) 。剪切位点包括：内含子起始处的剪切信号，称为5′端(供体端)剪切位点；内含子末端的剪接信号，称为3′端(受体端)剪切位点；内含子末端的分支位点；以及最后的多聚嘧啶区。真核基因中的内含子/外显子边界由短的和简并的经典剪切位点(5rsquo;剪切位点, 3rsquo;剪切位点和分支点)定义，其参与识别基础的剪接机制并与之相互作用。AS 允许单个基因表达不同的外显子组合，可以编码具有不同功能甚至拮抗功能的蛋白质，然而剪切位点的作用并不足以来解释 AS 的复杂调节机制。这种微调机制是通过外显子和内含子上的多种弱信号实现的，这些信号被不同的蛋白质识别。[2]
3可变剪切的功能
3.1 可变剪切与非生物胁迫
可变剪切非生物胁迫的反应有关。研究表AS广泛存在于逆境胁迫下的植物中，对于增强植物的胁迫耐受性十分重要。外显子跳跃、内含子保留，5#39;端AS和3#39;端AS这4种AS模式均能增加蛋白质多样性、诱导翻译，并影响胁迫环境中植物mRNA的稳定性。已有报道指出，植物中的AS参与了非生物胁迫响应的多个过程，如促分裂原激活蛋白激酶在真核生物响应环境变化中具有重要作用，水稻OsBWMK1是MAPK家族成员，在经历AS后可产生3种转录本亚型OsBWMK1L，OsBWMK1M 和OsBWMK1S，其中OsBWMK1L转录本亚型在各个生长时期和逆境胁迫下表达稳定，而OsBWMK1M和OsBWMK1S在正常情况下表达水平较低，但可被各种胁迫诱导表达;对这3个亚型所编码蛋白的亚细胞进行定位分析，正常情况下，OsBWMK1L变体大部分存在于细胞质中，但经胁迫处理后则转运至细胞核，OsBWMK1M和OsBWMK1S在胞质和核中均可检测到，表明OsBWMK1L变体可响应外部胁迫信号，并从细胞质转移至细胞核，参与调节应激响应。［3］可变剪切作为真核生物中调控基因转录水平以及蛋白质多样性的重要手段，其在选择剪切位点时，也受到多种因素的共同作用，如细胞类型、发育时期以及外界胁迫。例如荫蔽胁迫下，拟南芥植株幼苗下胚轴与对照相比极显著伸长，这表明荫蔽胁迫下植物体内的新陈代谢与正常条件相比有显著差异，那么作为在转录水平以及蛋白表达水平调控植物生长发育的剪切因子应该有着相应的作用。【5】
3.2 可变剪接与人类基因组
另外，可变剪切增加了人类基因组的编码能力。早期研究认为AS可能与15%的人类遗传性疾病有关。但Qun等最近使用mRNA-Seq数据首次分析了人体组织中可变剪切复杂性，并与定量可变剪切微阵列分析数据的比较，研究结果显示50%以上的致病原因与可变剪切有关。例如Tau蛋白病、哈钦森—吉尔福德早衰综合症(hutchinson-gilford progeria syndrome, HGPS)、高胆固醇血症、额颞叶痴呆等。此外，还有许多研究结果显示可变剪切与癌症有关。替代性或者肿瘤特异性剪切变体的表达影响着许多对癌症密切相关的细胞活动，例如细胞增殖、运动性和药物反应。然而，目前尚不清楚可变剪切如何有助于癌症的发生和发展。[1]
3.3 可变剪切与疾病治疗
可变剪接机制是是癌症表达的天然来源.对可变剪接调控机制与疾病相关性的研究, 有助于对致病机理的理解与深入分析;也可以为重遗传病诊断与治疗提供理论上的指导;为肿瘤的靶向基因疗法提供准确的定位, 为开发癌症的治疗方法提供新的思路;更有助于相关疾病的生物制药方案的制定。目前已有学者提出了在RNA剪接层次上治疗人类遗传疾病和癌症的思路, 如可以从顺式或反式作用因子出发改变目标基因的剪接形式, 或者在RNA和蛋白质层次攻击导致疾病的剪接变体来获得疗效。但是, 目前受到可变剪接调控机制研究的制约, 更为深入的实际应用研究尚依赖于该领域基础科学的进一步发展.对组织特异性、物种特异性、遗传疾病特异性以及肿瘤特异性可变剪接等机制的研究, 将会是今后的研究热点。提高正确识别分子的能力, 针对剪接作用元件的异常, 剪接调节因子的突变, 以及剪接因子的结合位点变异等, 研发修补措施, 阻止异常的剪接发生, 将会成为未来人类遗传疾病与癌症的重要治疗方法。[3]
3.4 可变剪切在植物中的研究进展
拟南芥(Arabidopsis thaliana)、大豆(Glycine max)、棉花(Gossypium raiimondi)、玉米(Zea mays)和水稻 (Oryza sativa)的研究表明植物中可变剪切的普遍性。研究证实了可变剪切在干旱中诱导的变化与生殖及营养组织中不同的基因组有关(Mei et al., 2017)。与动物已有结果相反，植物可变剪切事件主要涉及内含子保留，但是不同的AS类型(内含子保留, 替代受体, 替代供体和外显子跳跃)的比例在单子叶和双子叶植物之间可能不同。[7]
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