Most genes are processed by alternative splicing for gene expression, resulting in the complexity of the transcriptome in eukaryotes. It allows a limited number of genes to encode various proteins with intricate functions. Alternative splicing is regulated by genetic mutations in cis-regulatory factors and epigenetic events. Furthermore, splicing events occur differently according to cell type, developmental stage, and various diseases, including cancer. Genome instability and flexible proteomes by alternative splicing could affect cancer cells to grow and survive, leading to metastasis. Cancer cells that are transformed by aberrant and uncontrolled mechanisms could produce alternative splicing to maintain and spread them continuously. Splicing variants in various cancers represent crucial roles for tumorigenesis. Taken together, the identification of alternative spliced variants as biomarkers to distinguish between normal and cancer cells could cast light on tumorigenesis.
Rice is a monocot gramineous crop, and one of the most important staple foods. Rice is considered a model species for most gramineous crops. Extensive research on rice has provided critical guidance for other crops, such as maize and wheat. In recent years, climate change and exacerbated soil degradation have resulted in a variety of abiotic stresses, such as greenhouse effects, lower temperatures, drought, floods, soil salinization and heavy metal pollution. As such, there is an extremely high demand for additional research, in order to address these negative factors. Studies have shown that the alternative splicing of many genes in rice is affected by stress conditions, suggesting that manipulation of the alternative splicing of specific genes may be an effective approach for rice to adapt to abiotic stress. With the advancement of microarrays, and more recently, next generation sequencing technology, several studies have shown that more than half of the genes in the rice genome undergo alternative splicing. This mini-review summarizes the latest progress in the research of splicing and alternative splicing in rice, compared to splicing in humans. Furthermore, we discuss how additional studies may change the landscape of investigation of rice functional genomics and genetically improved rice.
Alternative splicing is an important process in gene expression. Alternative Splicing can lead to mutations and diseases. Most studies detect alternatively spliced genes with ESTs (Expressed Sequence Tags). However, reliance on ESTs might have some weaknesses in predicting alternative splicing. ESTs have been stored in the libraries. The EST libraries are often not clearly organized and annotated. We can pick erroneous ESTs. It is also difficult to predict whether or not alternative splicing exists for those genes where ESTs are not available. To address these issues and to improve the quality of detection and prediction for alternative splicing, we propose the One-leaf One-node Tree Algorithm that uses pre-mRNAs. It is achieved by codons, three nucleotides, as attributes for each chromosome in Arabidopsis thaliana. The proposed decision tree shows that alternative and normal splicing have different splicing patterns according to triplet nucleotides in each chromosome. Based on the patterns, alternative splicing of unlabeled genes can also be predicted.
Kim, Taeyong;Kim, Jin Ock;Oh, Jae Gyun;Hong, Seong-Eui;Kim, Do Han
Molecules and Cells
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v.37
no.1
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pp.81-87
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2014
Chronic pressure-overload cardiac hypertrophy is associated with an increased risk of morbidity/mortality, largely due to maladaptive remodeling and dilatation that progresses to dilated cardiomyopathy. Alternative splicing is an important biological mechanism that generates proteomic complexity and diversity. The recent development of next-generation RNA sequencing has improved our understanding of the qualitative signatures associated with alternative splicing in various biological conditions. However, the role of alternative splicing in cardiac hypertrophy is yet unknown. The present study employed RNA-Seq and a bioinformatic approach to detect the RNA splicing regulatory elements involved in alternative splicing during pressure-overload cardiac hypertrophy. We found GC-rich exonic motifs that regulate intron retention in 5' UTRs and AT-rich exonic motifs that are involved in exclusion of the AT-rich elements that cause mRNA instability in 3' UTRs. We also identified motifs in the intronic regions involved in exon exclusion and inclusion, which predicted splicing factors that bind to these motifs. We found, through Western blotting, that the expression levels of three splicing factors, ESRP1, PTB and SF2/ASF, were significantly altered during cardiac hypertrophy. Collectively, the present results suggest that chronic pressure-overload hypertrophy is closely associated with distinct alternative splicing due to altered expression of splicing factors.
Pre-mRNA splicing is a crucial step for the expression of information encoded in eukaryotic genomes. Alternative splicing occurs when splice sites are differentially recognized and more than one transcript and potentially multiple proteins are generated from the same pre-mRNA. The decision on which splice sites are selected under particular cellular conditions is determined by the interaction of proteins, globally designated as splicing factors, that guide spliceosomal components, and thereby the spliceosome, to their respective splice sites. Abiotic stresses such as heat, cold, salt, drought, and hypoxia markedly alter alternative splicing patterns in plants, and these splicing events implement changes in gene expression for adaptive responses to adverse environments. Alteration of the expression or activity of splicing factors results in alternative splicing under cold, heat, salt, or drought conditions, and alternatively spliced isoforms respond distinctly in several aspects such as expression in different tissues or degradation via nonsense-mediated decay. Spliced isoforms may vary in their subcellular localization or have different biological functions under stress conditions. Despite numerous studies, functional analyses of alternative splicing have been limited to particular abiotic stresses; the molecular mechanism of alternative splicing in abiotic stress response remains uncovered which suggests that further studies are needed in this area.
SR proteins are essential splicing regulators and also modulate alternative splicing events, which function both as redundant and substrate-specific manner. The Drosophila B52/SRp55, a member of the SR protein family, is essential for the fly development in vivo, as deletion of B52 gene results in lethality of animals at the second instar larval stage. Identification of the splicing target genes of B52 thus should be crucial for the understanding of the specific developmental role of B52 in vivo. In this study, we performed whole-genome DNA microarray experiments with a B52- knock-out animal. Analysis of the microarray data not only provided the B52-dependent gene expression signature, but also revealed a larval-stage specific, alternative splicing target gene of B52. Our result thus provides a starting point to understand the essential function of B52 at the organismal level.
The acquisition of somatic mutations is the most common event in cancer. Neoantigens expressed from genes with mutations acquired during carcinogenesis can be tumor-specific. Since the immune system recognizes tumor-specific peptides, they are potential targets for personalized neoantigen-based immunotherapy. However, the discovery of druggable neoantigens remains challenging, suggesting that a deeper understanding of the mechanism of neoantigen generation and better strategies to identify them will be required to realize the promise of neoantigen-based immunotherapy. Alternative splicing and RNA editing events are emerging mechanisms leading to neoantigen production. In this review, we outline recent work involving the large-scale screening of neoantigens produced by alternative splicing and RNA editing. We also describe strategies to predict and validate neoantigens from RNA sequencing data.
Alternative splicing (AS) is an important mechanism of producing transcriptome diversity and microarray techniques are being used increasingly to monitor the splice variants. There exist three types of microarrays interrogating AS events-junction, exon, and tiling arrays. Junction probes have the advantage of monitoring the splice site directly. Johnson et al., performed a genome-wide survey of human alternative pre-mRNA splicing with exon junction microarrays (Science 302:2141-2144, 2003), which monitored splicing at every known exon-exon junctions for more than 10,000 multi-exon human genes in 52 tissues and cell lines. Here, we describe an algorithm to deduce the relative concentration of isoforms from the junction array data. Non-negative Matrix Factorization (NMF) is applied to obtain the transcript structure inferred from the expression data. Then we choose the transcript models consistent with the ECgene model of alternative splicing which is based on mRNA and EST alignment. The probe-transcript matrix is constructed using the NMF-consistent ECgene transcripts, and the isoform abundance is deduced from the non-negative least squares (NNLS) fitting of experimental data. Our method can be easily extended to other types of microarrays with exon or junction probes.
HExDB is a database for analyzing exon and splicing pattern information in Homo sapiens. HExDB is useful for specific purposes: 1) to design primers for exon amplification from cDNA and 2) to understand the change of ORFs by alternative splicing. HExDB was constructed by integrating data from AltExtron which is the computationally predicted exon database, Ensemble cDNA annotation, and Affymetrix genome tile published recently. Although it may contain false positive data, HExDB is good starting point due to its sensitivity. At present, there areas many as 2,046,519 exons stored in the HExDB. We found that $16.8\%$ of the exons in the database was constitutive exons and $83.1\%$ were novel gene exons.
The CHRM3 gene is a member of the muscarinic acetylcholine receptor family that plays important roles in the regulation of fundamental physiological functions. The evolutionary mechanism of exon-acquisition and alternative splicing of the CHRM3 gene in relation to transposable elements (TEs) were analyzed using experimental approaches and in silico analysis. Five different transcript variants (T1, T2, T3, T3-1, and T4) derived from three distinct promoter regions (T1: L1HS, T2, T4: original, T3, T3-1: THE1C) were identified. A placenta (T1) and testis (T3 and T3-1)-dominated expression pattern appeared to be controlled by different TEs (L1HS and THE1C) that were integrated into the common ancestor genome during primate evolution. Remarkably, the T1 transcript was formed by the integration event of the human specific L1HS element. Among the 12 different brain regions, the brain stem, olfactory region, and cerebellum showed decreased expression patterns. Evolutionary analysis of splicing sites and alternative splicing suggested that the exon-acquisition event was determined by a selection and conservation mechanism. Furthermore, continuous integration events of transposable elements could produce lineage specific alternative transcripts by providing novel promoters and splicing sites. Taken together, exon-acquisition and alternative splicing events of CHRM3 genes were shown to have occurred through the continuous integration of transposable elements following conservation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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