Engineering Kunstmatige Factoren om specifiek manipuleren alternatieve splitsing in menselijke cellen

De meeste menselijke genen ondergaan alternatieve splicing (AS) met meerdere isovormen te produceren met verschillende activiteiten, die sterk de coderende complexiteit van het genoom ^{1, 2} is toegenomen. AS een hoofdbestanddeel mechanisme om genfunctie te reguleren, en wordt strak gereguleerd via diverse transductie in verschillende cellulaire en ontwikkelingsstadia ^{3, 4.} Omdat splicing misregulation is een veel voorkomende oorzaak van ziekte bij de mens ^{5, 6, 7, 8,} gericht splicing regelgeving wordt steeds een aantrekkelijke therapeutische route.

Volgens een vereenvoudigd model van splicing verordening AS wordt voornamelijk bepaald door splicing Regulatory cis Elementen (SRE) in pre-mRNA splicing die fungeren als enhancers of silencers alternatieve exons. thEse SREs recruteren specifiek verschillende transactieve eiwitfactoren ( dwz splitsingsfactoren) die de splitsingsreactie ^{3 , 9} bevorderen of onderdrukken. De meeste transacterende splitsingsfactoren hebben afzonderlijke sequentiespecifieke RNA bindende domeinen om hun doelen en effector domeinen te herkennen om splicing te beheersen. De bekendste voorbeelden zijn de leden van de serine / arginine-rijke (SR) eiwitfamilie die N-terminale RNA-herkenningsmotieven (RRM's) bevatten, die exonische splicing enhancers binden en C-terminale RS domeinen die exon-inclusie ¹⁰ bevorderen . Omgekeerd bindt hnRNP A1 aan exonische splicing silencers via de RRM domeinen en remt exon inclusion door een C-terminale glycine-rijke domein ¹¹ . Met behulp van dergelijke modulaire configuraties moeten onderzoekers artificiele splitsingsfactoren kunnen manipuleren door een specifiek RNA-bindend domein (RBD) te combineren met verschillende effectenTor domeinen die splicing activeren of remmen.

De sleutel van zo'n ontwerp is het gebruik van een RBD die bepaalde doelstellingen herkent met programmeerbare RNA-bindingsspecificiteit, die analoog is aan de DNA-bindende modus van het TALE-domein. Echter, de meeste inheemse splicing factoren bevatten RRM of K Homology (KH) domeinen, die korte RNA-elementen met zwakke affiniteit herkennen en dus een voorspellende RNA-eiwitherkenning "code" ¹² ontbreken. De RBD van PUF-herhalingsproteïnen ( dwz het PUF-domein) heeft een unieke RNA herkenningsmodus, waardoor de herontwikkeling van PUF-domeinen specifiek herkenbaar is voor verschillende RNA-doelen ^{13 , 14} . Het canonische PUF-domein bevat acht herhalingen van drie a-helices, die elk een enkele basis in een 8-nt RNA doel herkennen. De zijketens van aminozuren in bepaalde posities van de tweede α-helix vormen specifieke waterstofverbindingen met de Watson-Crick rand van tHij rna basis, die het RNA bindingsspecificiteit van elke herhaling (figuur 1A) bepaalt. De code voor RNA-basen herkenningsplaats van de PUF repeat verrassend eenvoudig (figuur 1A), waardoor de vorming van PUF domeinen mogelijke 8-base combinatie (beoordeeld door Wei en Wang ¹⁵⁾ herkennen.

Deze modulaire constructieprincipe maakt het genereren van een Engineered Splicing factor (ESF) bestaande uit een aangepaste PUF domein en een domein splicing modulatie (dwz een SR-domein of een Gly-rijke domein). Deze ESFT kan functioneren als zowel splicing activatoren of remmers verschillende soorten splicing gebeurtenissen controleren, en zij nuttig gebleken als instrumenten om de splitsing van endogene genen betrokken bij menselijke ziekten ^{16, 17} te manipuleren. Als voorbeeld hebben we PUF-Gly-type ESFT geconstrueerd om specifiek af aan het lassen van de Bcl-xL genOmzetten van de anti-apoptotische lange isovorm (Bcl-xL) tot het pro-apoptotische korte isovorm (Bcl-xs). Het verschuiven van de verhouding van de Bcl-x isovorm volstond om verschillende kankercellen sensibiliseren voor meerdere anti-kanker chemotherapie geneesmiddelen ^16, wat suggereert dat deze kunstmatige factoren bruikbaar als potentiële therapeutische reagens kunnen zijn.

Naast het beheren splicing bekende splicing effector domeinen (bijvoorbeeld een RS of Gly-rijke domein), kunnen de gemanipuleerde PUF factoren ook gebruikt worden om de activiteiten van nieuwe splicing factoren onderzocht. Bijvoorbeeld met gebruikmaking van deze benadering hebben we aangetoond dat het C-terminale domein van verschillende SR eiwitten kunnen activeren of remmen splitsing bij binding aan verschillende pre-mRNA gebieden ^18, die de alanine-rijke motief van RBM4 splicing ¹⁹ kan remmen, en dat de proline-rijke motief van DAZAP1 kan splicing ^{20, 21} te verbeteren ^</ Sup>. Deze nieuwe functionele domeinen kunnen worden gebruikt om extra typen kunstmatige factoren verfijnen splicing construeren.