<p>Alternativ splicing är en process som ger upphov till att olika mRNA-sekvenser bildas från en enda gen, vilket bidrar till en ökad proteindiversitet hos organismen. Olika mRNA-sekvenser kan uppstå eftersom att det förekommer olika varianter av alternativ splicing som även kan kombineras på flera olika sätt: cassette exon (inkludering/exkludering av exon), intron retention (intronet behålls), alternative 5´splice-site choice (olika 5´ splice sites kan väljas) och slutligen alternative 3´ splice-site choice (andra 3´ splice sites kan väljas). För att alternativ splicing ska äga rum i olika pre-mRNA måste den regleras av cis-reglerande element. De cis-reglerande elementen utgörs av fyra grupper: exonic splicing enhancers (ESE), exonic splicing silencers (ESS), intronic splicing enhancers (ISE) samt intronic splicing silencers (ISS). Som namnen förtäljer finns de antingen i exoner eller introner, där de interagerar med transagerande faktorer, SR-proteiner (aktiverare) eller hnRNPs (hämmare). Alternativ splicing förekommer både i djur och i växter. Hos <em>Homo sapiens </em>genomgår över 74 % av de 25,000 gener som finns hos organismen, alternativ splicing. Däremot i växten <em>Arabidopsis thaliana</em>, genomgår endast 22 %, av den totala mängden på cirka 26,000 gener, alternativ splicing. Eftersom att processen bidrar till en ökad proteindiversitet, kommer det medföra att olika processer i organismerna påverkas, exempelvis celltillväxt, celldöd samt utvecklingen av olika sjukdomar, såsom Parkinson och cystisk fibros. Många studier har gjorts som bekräftar dess betydelse för organismerna men på grund av processens komplexitet är det fortfarande ett ämne som ständigt måste utforskas.</p><p> </p>

<p>Exoner är de sekvenser i DNA vilka rymmer koden för proteiner i människan och i alla andra organismer. Intronerna, vilka utgör utrymmet mellan exoner, består av ickekodande sekvenser och kontrollelement. Exoner tillhörande en gen måste inte alltid inkluderas i den slutliga mRNA produkten, alternativ splicing tillåter exkludering av vissa sekvenser och gör att en gen kan ha mer än en mRNA produkt, därigenom kan en gen koda för flera olika proteiner. Alternativ splicing är ett fält som snabbt utvecklas och dess relevans för många sjukdomar har blivit uppenbar. Detta arbete går igenom ett flertal av dessa sjukdomar för att sammanställa ny forskning och tydliggöra rollen av alternativ splicing i dem. De sjukdomar som undersökts är cystisk fibros, ärftlig frontotemporal dementia, systemisk lupus erythematosus, aniridi, myotonisk dystrofi, amyotrophic lateral sclerosoch familial dysautonomia. Dessa sjukdomar har involvering av alternativ splicing, de genetiska processerna bakom dem är dock mycket olika och kan visa på de många sätt alternativ splicing kan påverka cell och kroppsfunktion. Målet med arbetet är en översiktlig bild av framstegen som gjorts och vilken forskning som nu bedrivs.</p>

Exoner är de sekvenser i DNA vilka rymmer koden för proteiner i människan och i alla andra organismer. Intronerna, vilka utgör utrymmet mellan exoner, består av ickekodande sekvenser och kontrollelement. Exoner tillhörande en gen måste inte alltid inkluderas i den slutliga mRNA produkten, alternativ splicing tillåter exkludering av vissa sekvenser och gör att en gen kan ha mer än en mRNA produkt, därigenom kan en gen koda för flera olika proteiner. Alternativ splicing är ett fält som snabbt utvecklas och dess relevans för många sjukdomar har blivit uppenbar. Detta arbete går igenom ett flertal av dessa sjukdomar för att sammanställa ny forskning och tydliggöra rollen av alternativ splicing i dem. De sjukdomar som undersökts är cystisk fibros, ärftlig frontotemporal dementia, systemisk lupus erythematosus, aniridi, myotonisk dystrofi, amyotrophic lateral sclerosoch familial dysautonomia. Dessa sjukdomar har involvering av alternativ splicing, de genetiska processerna bakom dem är dock mycket olika och kan visa på de många sätt alternativ splicing kan påverka cell och kroppsfunktion. Målet med arbetet är en översiktlig bild av framstegen som gjorts och vilken forskning som nu bedrivs.

Alternativ splicing är en process som ger upphov till att olika mRNA-sekvenser bildas från en enda gen, vilket bidrar till en ökad proteindiversitet hos organismen. Olika mRNA-sekvenser kan uppstå eftersom att det förekommer olika varianter av alternativ splicing som även kan kombineras på flera olika sätt: cassette exon (inkludering/exkludering av exon), intron retention (intronet behålls), alternative 5´splice-site choice (olika 5´ splice sites kan väljas) och slutligen alternative 3´ splice-site choice (andra 3´ splice sites kan väljas). För att alternativ splicing ska äga rum i olika pre-mRNA måste den regleras av cis-reglerande element. De cis-reglerande elementen utgörs av fyra grupper: exonic splicing enhancers (ESE), exonic splicing silencers (ESS), intronic splicing enhancers (ISE) samt intronic splicing silencers (ISS). Som namnen förtäljer finns de antingen i exoner eller introner, där de interagerar med transagerande faktorer, SR-proteiner (aktiverare) eller hnRNPs (hämmare). Alternativ splicing förekommer både i djur och i växter. Hos Homo sapiens genomgår över 74 % av de 25,000 gener som finns hos organismen, alternativ splicing. Däremot i växten Arabidopsis thaliana, genomgår endast 22 %, av den totala mängden på cirka 26,000 gener, alternativ splicing. Eftersom att processen bidrar till en ökad proteindiversitet, kommer det medföra att olika processer i organismerna påverkas, exempelvis celltillväxt, celldöd samt utvecklingen av olika sjukdomar, såsom Parkinson och cystisk fibros. Många studier har gjorts som bekräftar dess betydelse för organismerna men på grund av processens komplexitet är det fortfarande ett ämne som ständigt måste utforskas.

Alternative splicing is a process that partly rejects the common definition of a gene – that one gene codes for one specific protein. By variable combination of coding regions (exons) and exclusion of non-coding regions (introns), formation of several different mRNA-transcripts, and consequently several different proteins, can derive from the same gene. Alternative splicing is an important condition for the development of complex life forms, but it is also a highly sensitive process and inaccurate splicing is the cause of approximately 15 % of mutations that cause genetic diseases. This article presents four genes, BRCA1, BRCA2, ERα and ERβ, and inaccurate splicing of these genes increases the risk of developing cancer, particularly breast cancer and ovarian cancer. Breast cancer is the second most common form of lethal cancer among women. After identifying the cancerogenic mutations, women of high-risk families can undergo genetic testing and preventive therapy can reduce the morbidity and mortality. The article also presents a short discussion around the ethical problems of genetic testing, and the social and psychological dilemmas women of high-risk families are facing when they are given the option to undergo genetic testing.

Characteristics as unknown cause, complicated pathophysiology and a great amount of complexity are describing systemic lupus erythematosus (SLE) more than well. It’s an autoimmune disease that is almost exclusive for women in their reproductive years and are believed to correlate with both genetics and environmental factors. Risk factors like stress, usage of cigarettes or birth controls with estrogen and infections are believed to trigger the progression of SLE. The spectra of therapeutic drugs are narrow due to the complexity and requirement of financial resources for scientific causes. Treatment is mainly symptomatic. The alternative splicing (AS) is a highly complex mechanism that is essential and are able to generate a great diversity of proteins encoded by the same gene are referred to as isoforms. Splicing occurs after the transcription that generates pre-mRNA because the exons need to fuse together and excision of introns. In patients with cancer diagnosis, they have observed that progression of disease and AS are correlated by the means of isoforms and splicing regulators. In studies, the relevance of alternative splicing events in SLE has been shown for both splicing regulators like SRSF1 and different isoforms for example CD44 and CD45. The aim of this study was to evaluate the potential biomarker AS in SLE.  This study of literature started with looking for clinical trials within databases like PubMed and Web of Science, that matched the aim of the study. Usage of terms like ‘SLE and biomarker’ och ‘SLE and alternative splicing’ etcetera. After inclusion of six scientific articles the author started the work with this literature of study.  Results gave strong indications that usage of alternative splicing as biomarker do have strong potential. Although the need of more goal-oriented scientific studies is required. Results from all six studies can be summarized by the line of argument that AS, in different ways, are somehow involved in the pathogenesis and progression of SLE. Both spliceosome, isoforms, splicing factors, other proteins and is also a possible, in the future, therapeutic target for example monoclonal antibodies. Other therapeutic targets maybe against phosphatases and kinases. New strategies are going to bring hope for the patients that are suffering from SLE, especially when the disease is active for 2–3 years. Being able to individualize treatment are going to generate a better quality of life for many SLE patients and usage of AS as a biomarker for disease severity.

Alternative splicing is the process of producing a variety of transcripts from one and the same gene. This adds further possible variability to gene expression and can in theory mean that one protein coding gene can produce multiple proteins with potentially different functions. Therefore, to understand the function of a gene, alternative splicing must be accounted for. However, this is made more complex by the fact that the existence of different messenger RNA isoforms does not necessarily entail different protein isoforms, which in turn means that an analysis of both the transcripts and final protein is necessary. Far Upstream Element Binding Protein 1 Like 1 (FUBL-1, or C12D8.1) is an RNA binding protein in Caenorhabditis elegans which is believed to take part in gene regulation, and which seemingly interacts within an argonaut effector pathway called ERGO-1. The gene has five proposed isoforms for which there are varying amounts of RNA data but only the first isoform, FUBL-1a has proteomics data available. In other words, different messenger RNA isoforms exist but it is unclear which are translated into protein. In this study, I have looked at fubl-1 and its isoforms to gain further understanding of this protein. This entailed both analysing long read RNA sequencing data to identify messenger RNA isoforms as well as a laboratory analysis of the protein to look for protein isoforms. I found evidence for all isoforms existing as messenger RNAs, and fubl-1a was by far the most highly expressed. In my protein analysis, I found indications of different isoforms, but not conclusive evidence.

Alternativ splicing av pre-mRNA ger upphov till proteindiversitet. Histonmodifieringar kopplas till den alternativa splicingens reglering genom adaptorsystem som overfor den epigenetiska informationen direkt till splicingfaktorerna. De cis- agerande RNA- elementen pa exoner och introner med tillhorande trans- reglerande splicingfaktorer paverkas darfor direkt av specifika histonmodifieringar. En sammankopplande integrerad modell over en rad DNA- baserade processer foreslas. Denna komplexa modell ger en bild av interaktioner och paverkan mellan dessa delar. Kromatin remodellering kravs for bildandet av eukromatin. Nukleosomers placering vid exonrika regioner med specifika modifieringsmonster pekar ut exonerna samt mojliggor inbindning av RNA polymeras II som med sin CTD doman rekryterar bade splicing- och modifieringsfaktorer. Transkriptionshastigheten paverkas av nukleosomplaceringen vilket i sin tur paverkar rekrytering av spliceosomens komponenter, andra trans- agerande regulatorer och aven pre-mRNA sekvensens sekundarstruktur. Kromatin- adaptorkomplex laser av specifika histonmodifieringar och overfor informationen till splicingapparaten. Detta skapar mojlighet till den viktiga cell- och vavnadsspecifika alternativa splicingens reglering. I den integrerade modellen blir komplexiteten tydligare dar alla dessa processer interagerar med varandra och de cis- regulatoriska sekvenserna pa premRNA transkriptet. / Alternative splicing of pre-mRNA generates protein diversity. Histone modifications are connected to the regulation of alternative splicing through adaptor systems that transfers the epigenetic information directly to the splicing factors. The cis- acting RNA elements on the exons and introns together with the trans- regulating splicing factors are therefore directly affected of specific histone modifications. An integrated model over several DNA process mechanisms is suggested. This complex model explains the interactions of the different parts and how they affect each other. Chromatin remodelers are required to obtain euchromatin. Nucleosome positioning at exon rich regions with a specific modification pattern point out where the exons are, and this enable the RNA polymerase II to find and bind to the DNA. It’s CTD domain recruits both splicing- and modifications factors. The transcription rate is also affected of the nucleosome positioning and that in turn affects the recruitment of the components of the spliceosomen, other trans- acting regulators and even the formation of the secondary structure of the pre-mRNA transcript. Chromatin- adaptor complex reads specific histone modifications and transfers this information to the splicing apparatus. All this creates the possibility to regulate important cell- and tissue specific alternative splicing patterns. The integrated model makes the complex processes more clearer when all these integrates with each other and the cis- acting regulating elements on the pre-mRNA transcript.

This paper investigates the use of deep Convolutional Neural Networks for modeling the intronic regulation of Alternative Splicing on the basis of DNA sequence. By training the CNN on massively parallel synthetic DNA libraries of Alternative 5'-splicing and Alternatively Skipped exon events, the model is capable of predicting the relative abundance of alternatively spliced mRNA isoforms on held-out library data to a very high accuracy (R2 = 0.77 for Alt. 5'-splicing). Furthermore, the CNN is shown to generalize alternative splicing across cell lines efficiently. The Convolutional Neural Net is tested against a Logistic regression model and the results show that while prediction accuracy on the synthetic library is notably higher compared to the LR model, the CNN is worse at generalizing to new intronic contexts. Tests on non-synthetic human SNP genes suggest the CNN is dependent on the relative position of the intronic region it was trained for, a problem which is alleviated with LR. The increased library prediction accuracy of the CNN compared to Logistic regression is concluded to come from the non-linearity introduced by the deep layer architecture. It adds the capacity to model complex regulatory interactions and combinatorial RBP effects which studies have shown largely affect alternative splicing. However, the architecture makes interpreting the CNN hard, as the regulatory interactions are encoded deep within the layers. Nevertheless, high-performance modeling of alternative splicing using CNNs may still prove useful in numerous Synthetic biology applications, for example to model differentially spliced genes as is done in this paper. / Den här uppsatsen undersöker hur djupa neurala nätverk baserade på faltning ("Convolutions") kan användas för att modellera den introniska regleringen av Alternativ Splicing med endast DNA-sekvensen som indata. Nätverket tränas på ett massivt parallelt bibliotek av syntetiskt DNA innehållandes Alternativa Splicing-event där delar av de introniska regionerna har randomiserats. Uppsatsen visar att nätverksarkitekturen kan förutspå den relativa mängden alternativt splicat RNA till en mycket hög noggrannhet inom det syntetiska biblioteket. Modellen generaliserar även alternativ splicing mellan mänskliga celltyper väl. Hursomhelst, tester på icke-syntetiska mänskliga gener med SNP-mutationer visar att nätverkets prestanda försämras när den introniska region som används som indata flyttas i jämförelse till den relativa position som modellen tränats på. Uppsatsen jämför modellen med Logistic regression och drar slutsatsen att nätverkets förbättrade prestanda grundar sig i dess förmåga att modellera icke-linjära beroenden i datan. Detta medför dock svårigheter i att tolka vad modellen faktiskt lärt sig, eftersom interaktionen mellan reglerande element är inbäddat i nätverkslagren. Trots det kan högpresterande modellering av alternativ splicing med hjälp av neurala nät vara användbart, exempelvis inom Syntetisk biologi där modellen kan användas för att kontrollera regleringen av splicing när man konstruerar syntetiska gener.