ในทางพันธุศาสตร์ไอโซฟอร์มคือสมาชิกของชุดผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากยีน เดียวกัน ชุดดังกล่าวอาจประกอบด้วยmRNAหรือโปรตีน ที่ได้จาก mRNA เหล่านั้น ไอโซฟอร์มที่ได้รับการศึกษามากที่สุดคือโปรตีนไอโซฟอร์มหรือ " โปรตีนชนิดต่างๆ " ซึ่งเกิดจากความแตกต่างในลำดับ DNA ที่เข้ารหัส (CDS) ของ mRNA ต้นแบบ^{[ 1 ]}แม้ว่าหลายไอโซฟอร์มจะทำหน้าที่ทางชีววิทยาเหมือนกันหรือคล้ายคลึงกัน แต่บางไอโซฟอร์มของโปรตีนก็มีฟังก์ชันเฉพาะตัว ชุดของโปรตีนไอโซฟอร์มอาจเกิดขึ้นจากการตัดต่อทางเลือก การใช้ โปรโมเตอร์ / ไซต์เริ่มต้นการถอดรหัส (TSS) ที่ แปรผันหรือการดัดแปลงหลังการถอดรหัส อื่นๆ ของยีนเดียวโดยทั่วไปแล้วจะไม่พิจารณาการดัดแปลงหลังการแปล (สำหรับเรื่องนั้น โปรดดู ที่ โปรตีโอฟอร์ม ) ผ่านกลไกการตัดต่อ RNA mRNAมีความสามารถในการเลือกส่วนที่เข้ารหัสโปรตีน ( เอ็กซอน ) ที่แตกต่างกันของยีน หรือแม้แต่ส่วนต่างๆ ของเอ็กซอนจาก RNA เพื่อสร้างลำดับ mRNA ที่แตกต่างกัน ลำดับเบสที่ไม่ซ้ำกันแต่ละลำดับจะสร้างโปรตีนในรูปแบบเฉพาะ

การค้นพบไอโซฟอร์มอาจอธิบายความแตกต่างระหว่างจำนวนน้อยของบริเวณการเข้ารหัสโปรตีนของยีนที่เปิดเผยโดยโครงการจีโนมมนุษย์และความหลากหลายของโปรตีนจำนวนมากที่พบในสิ่งมีชีวิต: โปรตีนที่แตกต่างกันซึ่งเข้ารหัสโดยยีนเดียวกันอาจเพิ่มความหลากหลายของ โปร ตีโอม^{[ 1 ]}ไอโซฟอร์มในระดับโปรตีนสามารถแสดงออกมาในรูปแบบของการลบโดเมนทั้งหมดหรือลูปที่สั้นกว่า ซึ่งมักจะอยู่บนพื้นผิวของโปรตีน^{[ 2 ]}

ไอโซฟอร์มในระดับ RNA สามารถระบุลักษณะได้อย่างง่ายดายโดย การศึกษาการถอดรหัส cDNAและRNA-Seqยีนของมนุษย์จำนวนมากมี ไอโซฟอร์ม การตัดต่อทางเลือกที่ ได้รับการยืนยันแล้ว มีการประมาณการว่าสามารถระบุแท็กแสดงลำดับ ( EST ) ได้ประมาณ 100,000 รายการในมนุษย์^{[ 1 ]} ไอโซฟอร์มที่มีการเปลี่ยนแปลงใน CDS ได้รับการระบุลักษณะอย่างละเอียดที่สุด เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วจะทำให้เกิดโปรตีนที่มีคุณสมบัติการทำงานที่แตกต่างกัน^{[ 3 ]} ไอโซฟอร์ม RNA ไม่เพียงแต่แตกต่างกันใน CDS (ซึ่งนำไปสู่ความแตกต่างที่รู้จักกันดีในโปรตีนที่ได้) แต่ยังแตกต่างกันในบริเวณที่ไม่ถูกแปล (UTR) ซึ่งควบคุมระดับของการถอดรหัสหลักในหลายวิธี ได้แก่ ความเสถียร การพับ และการหมุนเวียนของการถอดรหัส รวมถึงประสิทธิภาพการแปล UTR มักเป็นเป้าหมายของmiRNAซึ่งโดยทั่วไปจะลดการแสดงออกของการถอดรหัสโดยการกระตุ้นการย่อยสลายหรือหยุดการแปล ดังนั้น UTR จึงสามารถกำหนดได้ว่าการถอดรหัสจะถูกแปลมากน้อยเพียงใด^{[ 4 ]}

ในการใช้งานที่ล้าสมัยไอโซฟอร์มยังถูกใช้เป็นคำพ้องความหมายที่ไม่ชัดเจนสำหรับพาราล็อกซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ของยีนที่แตกต่างกันจากสิ่งมีชีวิตเดียวกันที่เกี่ยวข้องโดยการจำลองยีน โบราณ ตัวอย่างเช่นPRKAA1และPRKAA2เป็นพาราล็อก แต่แหล่งข้อมูลหลายแห่งเรียกพวกมันว่า "ไอโซฟอร์ม" เฉยๆ^{[ 5 ]}

ยีนเพียงยีนเดียวมีความสามารถในการสร้าง RNA หลายชนิด (และโปรตีน) ที่แตกต่างกันทั้งในด้านโครงสร้างและองค์ประกอบ^{[ 6 ] [ 7 ]}กระบวนการนี้ถูกควบคุมโดยการตัดต่อทางเลือกของ mRNA แม้ว่าจะยังไม่ชัดเจนว่ากระบวนการดังกล่าวส่งผลต่อความหลากหลายของโปรตีนในมนุษย์มากน้อยเพียงใด เนื่องจากความอุดมสมบูรณ์ของไอโซฟอร์มของ mRNA ไม่จำเป็นต้องสัมพันธ์กับความอุดมสมบูรณ์ของไอโซฟอร์มของโปรตีน^{[ 8 ]}การเปรียบเทียบโครงสร้างโปรตีนสามมิติสามารถใช้เพื่อช่วยกำหนดว่าไอโซฟอร์มใดบ้างที่แสดงถึงผลิตภัณฑ์โปรตีนที่มีฟังก์ชันการทำงาน และโครงสร้างของไอโซฟอร์มส่วนใหญ่ในโปรตีนของมนุษย์ได้รับการทำนายโดยAlphaFoldและเผยแพร่สู่สาธารณะที่isoform.io ^{[ 9 ]} ความจำเพาะของไอโซฟอร์มที่แปลแล้วนั้นได้มาจากโครงสร้าง/หน้าที่ของโปรตีน รวมถึงชนิด ของเซลล์และระยะการพัฒนาที่เกิดขึ้น^{[ 6 ] [ 7 ]}การกำหนดความจำเพาะจะซับซ้อนมากขึ้นเมื่อโปรตีนมีซับยูนิตหลายตัว และแต่ละซับยูนิตมีไอโซฟอร์มหลายแบบ

กลไกหลักที่ทำให้เกิดโปรตีนไอโซฟอร์มคือการตัดต่อทางเลือกและการใช้โปรโมเตอร์ที่แปรผันได้ แม้ว่าบางครั้งการดัดแปลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม เช่นการกลายพันธุ์และโพลีมอร์ฟิซึมก็ถือเป็นไอโซฟอร์มที่แตกต่างกันเช่นกัน^{[ 10 ]}

การตัดต่อทางเลือก

การสลับการเชื่อมต่อ (Alternative splicing) เป็นกระบวนการ ดัดแปลงหลังการถอดรหัสหลักที่สร้างไอโซฟอร์มของ mRNA และเป็นกลไกโมเลกุลหลักที่อาจมีส่วนช่วยให้เกิดความหลากหลายของโปรตีน^{[ 7 ]}สไปโซโซม (Spliceosome ) ซึ่งเป็นไร โบนิวคลีโอโปรตีนขนาดใหญ่เป็นเครื่องจักรโมเลกุลภายในนิวเคลียสที่รับผิดชอบในการตัดและเชื่อมต่อ RNA โดยการกำจัดส่วนที่ไม่ได้เข้ารหัสโปรตีน ( อินทรอน ) ^{[ 11 ]}

เนื่องจากการต่อเชื่อมเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการถอดรหัสและการแปลผลกระทบหลักของมันจึงได้รับการศึกษาผ่าน เทคนิค ทางจีโนมิกส์เป็นหลัก เช่น การวิเคราะห์ ไมโครอาร์เรย์และการจัดลำดับ RNAถูกนำมาใช้เพื่อระบุทรานสคริปต์ที่ถูกต่อเชื่อมแบบทางเลือกและวัดปริมาณของทรานสคริปต์เหล่านั้น^{[ 10 ]}ปริมาณของทรานสคริปต์มักถูกใช้เป็นตัวแทนของปริมาณของโปรตีนไอโซฟอร์ม แม้ว่า การทดลอง โปรตีโอมิกส์โดยใช้เจลอิเล็กโทรโฟเรซิสและแมสสเปกโทรเมตรีจะแสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนทรานสคริปต์และโปรตีนมักจะต่ำ และโปรตีนไอโซฟอร์มหนึ่งมักจะเด่นกว่า^{[ 12 ]}การศึกษาในปี 2015 ระบุว่าสาเหตุของความคลาดเคลื่อนนี้น่าจะเกิดขึ้นหลังจากการแปล แม้ว่ากลไกจะยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด^{[ 13 ]}ดังนั้น แม้ว่าการต่อเชื่อมแบบทางเลือกจะถูกระบุว่าเป็นความเชื่อมโยงที่สำคัญระหว่างความแปรปรวนและโรค แต่ก็ไม่มีหลักฐานที่แน่ชัดว่ามันทำงานโดยการสร้างโปรตีนไอโซฟอร์มใหม่เป็นหลัก^{[ 12 ]}

โดยทั่วไปแล้ว การสลับการต่อเชื่อม (Alternative splicing) หมายถึงกระบวนการที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด ซึ่งทรานสคริปต์ทางเลือกจะถูกสร้างขึ้นโดยเจตนาโดยกลไกการต่อเชื่อม อย่างไรก็ตาม ทรานสคริปต์ดังกล่าวก็ถูกสร้างขึ้นจากข้อผิดพลาดในการต่อเชื่อมในกระบวนการที่เรียกว่า "การต่อเชื่อมแบบมีสัญญาณรบกวน" (noisy splicing) และอาจถูกแปลเป็นโปรตีนไอโซฟอร์มได้เช่นกัน แม้ว่ายีนที่มีหลายเอ็กซอนประมาณ 95% จะถูกคิดว่ามีการต่อเชื่อมแบบทางเลือก แต่การศึกษาหนึ่งเกี่ยวกับการต่อเชื่อมแบบมีสัญญาณรบกวนพบว่าทรานสคริปต์ที่มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำที่แตกต่างกันส่วนใหญ่เป็นสัญญาณรบกวน และคาดการณ์ว่าทรานสคริปต์ทางเลือกและโปรตีนไอโซฟอร์มส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในเซลล์นั้นไม่มีความเกี่ยวข้องทางหน้าที่^{[ 14 ]}

โดยทั่วไป ไอโซฟอร์มโปรตีนหนึ่งจะถูกกำหนดให้เป็นลำดับมาตรฐานโดยพิจารณาจากเกณฑ์ต่างๆ เช่น ความแพร่หลายและความคล้ายคลึงกับ ลำดับ ออร์โธล็อกัสหรือลำดับที่คล้ายคลึงกันในเชิงหน้าที่ในสปีชีส์อื่นๆ^{[ 18 ]} mRNA ที่สอดคล้องกันอาจถูกกำหนดให้เป็น "ทรานสคริปต์มาตรฐาน" ^{[ 19 ]}

โดยทั่วไปแล้ว ไอโซฟอร์มจะมีคุณสมบัติการทำงานที่คล้ายคลึงกัน เนื่องจากส่วนใหญ่มีลำดับที่คล้ายคลึงกัน และมีเอ็กซอนร่วมกันบางส่วนหรือเกือบทั้งหมดกับลำดับมาตรฐาน อย่างไรก็ตาม ไอโซฟอร์มบางชนิดแสดงความแตกต่างที่มากกว่ามาก (เช่น ผ่านการเชื่อมต่อแบบทรานส์ ) และอาจมีเอ็กซอนร่วมกันเพียงเล็กน้อยหรือไม่เลยกับลำดับมาตรฐาน นอกจากนี้ ไอโซฟอร์มเหล่านี้ยังอาจมีผลทางชีวภาพที่แตกต่างกัน เช่น ในกรณีที่รุนแรง ฟังก์ชันของไอโซฟอร์มหนึ่งอาจส่งเสริมการอยู่รอดของเซลล์ ในขณะที่อีกไอโซฟอร์มหนึ่งส่งเสริมการตายของเซลล์ หรืออาจมีฟังก์ชันพื้นฐานที่คล้ายคลึงกัน แต่แตกต่างกันในตำแหน่งภายในเซลล์^{[ 20 ]}อย่างไรก็ตาม การศึกษาในปี 2016 ได้ระบุลักษณะการทำงานของไอโซฟอร์มทั้งหมดของยีน 1,492 ยีน และพบว่าไอโซฟอร์มส่วนใหญ่มีพฤติกรรมเหมือน "อัลโลฟอร์มเชิงฟังก์ชัน" ผู้เขียนสรุปว่าไอโซฟอร์มมีพฤติกรรมเหมือนโปรตีนที่แตกต่างกันหลังจากสังเกตว่าการทำงานของไอโซฟอร์มส่วนใหญ่ไม่ทับซ้อนกัน^{[ 21 ]}เนื่องจากการศึกษานี้ดำเนินการกับเซลล์ในหลอดทดลองจึงไม่ทราบว่าไอโซฟอร์มในโปรตีโอมของมนุษย์ที่แสดงออกมีลักษณะร่วมกันหรือไม่ นอกจากนี้ เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วต้องกำหนดหน้าที่ของแต่ละไอโซฟอร์มแยกกัน ไอโซฟอร์มที่ระบุและคาดการณ์ไว้ส่วนใหญ่จึงยังมีหน้าที่ที่ไม่เป็นที่รู้จัก

ไอโซฟอร์มสามารถจำแนกตามลักษณะความแตกต่างได้เป็นไอโซฟอร์มโครงสร้างและไอโซฟอร์มลำดับ ไอโซฟอร์มโครงสร้างเกิดขึ้นจากเหตุการณ์การตัดต่อทางเลือกที่ส่งผลให้ องค์ประกอบ ของเอ็กซอน แตกต่างกัน รวมถึงการข้าม/การรวมเอ็กซอน ตำแหน่งการตัดต่อ 5' หรือ 3' ทางเลือก และการคงอินทรอน กลไกเหล่านี้สร้างทรานสคริปต์และโปรตีน ที่มีสถาปัตยกรรม โดเมนที่แตกต่างกันเช่น การรวมหรือการไม่รวมโดเมนการทำงานทั้งหมด หรือการใช้ไซต์ผู้ให้/ผู้รับทางเลือกที่เพิ่มหรือลบลำดับเอ็กซอนบางส่วน ในทางตรงกันข้าม ไอโซฟอร์มลำดับมักเกิดจากการเปลี่ยนแปลงนิวคลีโอไทด์เดี่ยว การแทรก การลบ หรือการดัดแปลงหลังการแปลที่เปลี่ยนแปลงลำดับกรดอะมิโนโดยไม่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างเอ็กซอนโดยรวม ^{[ 22 ]}

การสลับการเชื่อมต่อเป็นกระบวนการดัดแปลงหลังการถอดรหัสหลักที่สร้างไอโซฟอร์มของ mRNA ซึ่งไอโซฟอร์มเหล่านี้สามารถส่งผลให้เกิดฟังก์ชัน กิจกรรม หรือรูปแบบการแสดงออกที่แตกต่างกันได้ ^{[ 23 ]}ความแตกต่างนี้มีความสำคัญในเชิงฟังก์ชัน ไอโซฟอร์มเชิงโครงสร้างมักแสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของโดเมนโปรตีนทั้งหมด ในขณะที่ไอโซฟอร์มเชิงลำดับอาจแสดงความแปรผันเชิงฟังก์ชันที่ละเอียดอ่อนกว่า กลไกทั้งสองมีส่วนสำคัญต่อความหลากหลายของโปรตีโอม โดยความแปรผันเชิงโครงสร้างผ่านการสลับการเชื่อมต่อเป็นสิ่งที่พบได้ทั่วไปในยูคาริโอต ชั้นสูง ซึ่งส่งผลกระทบต่อยีนที่มีหลายเอ็กซอนส่วนใหญ่

• ไอโซฟอร์มของยีน

ค้นหาคำว่า "ไอโซฟอร์ม"ในวิกิพีเดีย ซึ่งเป็นพจนานุกรมเสรี

• ไอโซฟอร์มโปรตีนของ MeSH
• คำจำกัดความของไอโซฟอร์ม