Intronas — kas tai yra: nekoduojanti geno seka, funkcija ir splaisingas
Intronas: kas tai? Sužinokite apie nekoduojančias geno sekas, jų funkcijas, RNR splaisingą ir reikšmę genų ekspresijai — aiškiai ir suprantamai.
Intronas yra nekoduojanti geno seka.
Tai bet kuri geno nukleotidų seka, kuri pašalinama RNR rišant, kad būtų gautas galutinis geno RNR produktas. Terminas "intronas" reiškia ir DNR seką geno viduje, ir atitinkamą seką RNR transkriptuose.
Koduojančios DNR sekos, kurios po RNR skilimo susijungia į galutinę RNR, yra egzonai. Jie koduoja galutinio polipeptido aminorūgštis.
Intronų yra daugumos organizmų ir daugelio virusų genuose. Jie gali būti įvairiuose genuose, įskaitant tuos, iš kurių gaminami baltymai, ribosominė RNR (rRNA) ir transferinė RNR (tRNA). RNR splaisingas vyksta po transkripcijos ir prieš transliaciją.
- Intronai: atmetamos geno dalys - neveikiantys bitai.
- Egzonai: išreiškiamos geno dalys: geno dalys, kurios koduoja baltymo aminorūgščių sekas.
Už intronų atradimą 1993 m. Phillipas Sharpas ir Richardas Robertsas gavo Nobelio fiziologijos ar medicinos premiją. Introno terminą įvedė amerikiečių biochemikas Walteris Gilbertas.
Kaip vyksta splaisingas (RNR rišimas)
Pagrindinis intronų šalinimo mechanizmas eukariotų genuose yra splaisingas, kurį atlieka spliceosoma — didelis ribonukleoproteinų kompleksas. Jį sudaro keli maži branduoliniai RNR ir su jais susiję baltymai (snRNP: U1, U2, U4, U5, U6). Splaisingas vyksta per dvi transesterifikacijos reakcijas: pirma susidaro kilpa (lariat) prie introno „branch point“ adenino, vėliau egzonai sujungiami ir intronas pašalinamas.
Spliceosoma atpažįsta specifines sekas:
- 5' introno galas dažnai prasideda nuo nukleotidų GU (5' donorinė vieta),
- branch point — konservuotas adeninas introno viduryje,
- 3' introno galas paprastai baigiasi AG (3' akceptorinė vieta).
Splaisingas gali vykti ir savaime be spliceosomos — egzistuoja savipriskaidantys (self-splicing) intronai (grupės I ir II), kuriuos dažniau randa bakterijų plazmiduose, mitochondrijose, chloroplastuose ir kai kuriuose virusuose.
Alternatyvus splaisingas ir funkcijos
Alternatyvus splaisingas leidžia vienam genui generuoti kelis skirtingus transkriptus ir baltymus. Pagrindiniai alternatyvaus splaisingo tipai: egzono praleidimas (exon skipping), alternatyvūs 5' arba 3' susijungimo taškai, tarpusavio išskirtiniai egzoniai (mutually exclusive) ir introno išlaikymas (intron retention). Dėl to organizmai, ypač daugialąsčiai, turi didesnį baltymų įvairovę nei būtų numatyta pagal genų skaičių.
Intronai atlieka ir kitas reikšmingas funkcijas:
- Reguliuoja genų raišką — intronai gali turėti promotorių, enhancerių ar kitų reguliacinių elementų, galinčių keisti transkripciją ir RNR stabilumą.
- Palengvina RNR eksportą iš branduolio į citoplazmą ir gali paveikti transliacijos efektyvumą.
- Skatina evoliuciją per exon shuffling (egzonų persijungimą) — rekombinacijos ar mobilumo elementų pagalba egzonai gali būti perskirstomi, sudarant naujas baltymų funkcijas.
- Gali saugoti genomą nuo mobilinių elementų arba būti pačių mobilinių elementų vieta (pvz., intronai gali kaupti transpozonus).
- Introninė sekos variacija prisideda prie fenotipo įvairovės ir adaptacijos per natūralią atranką.
Medicininė ir biologinė reikšmė
Mutacijos, pažeidžiančios splaisingo signalus (pvz., 5' donorinę ar 3' akceptorinę vietą, branch point arba reguliacinius elementus), dažnai sukelia ligas — pavyzdžiui, kai kurios formos beta-talassemia, kojų/raumenų sutrikimai ar navikų susijusios mutacijos atsiranda dėl klaidingo splaisingo. Be to, alternatyvus splaisingas dažnai yra susijęs su vėžio ir neurodegeneracinių ligų mechanizmais.
Terapiniai metodai, tokie kaip antisense oligonukleotidai, gali koreguoti splaisingo modelius ir jau taikomi kai kurių ligų gydymui (pvz., spinalinės raumenų atrofijos gydymo strategijos).
Kiek intronų būna ir kur jie paplitę
Intronų skaičius ir ilgis labai skiriasi tarp organizmų: daugialąsčiuose eukariotuose genai dažnai turi kelis ar dešimtis intronų, kai kurie intronai būna labai ilgi (tūkstančiai nukleotidų). Vienaląsčiai eukariotai ir prokariotai dažnai turi mažai arba visai neturi intronų; prokariotų genuose intronai yra reti. Kai kuriuose genuose intronų nėra (intronless genes).
Papildomi pastebėjimai
- Splaisingas dažnai vyksta ko-transkripciškai — tuo pačiu metu, kai RNR sintezė dar vyksta ant DNR šablono.
- Splaisingo reguliavime dalyvauja baltymai, pvz., SR baltymai ir hnRNP, kurie prisijungia prie specifinių RNR sekų ir keičia spliceosomos veiklą.
- Intronai prisideda prie nonsense-mediated decay (NMD) mechanizmo: netinkamai suformuota transkriptai su ankstyvais stop kodonais gali būti atpažįstami ir suardyti, taip saugant nuo kenksmingų baltymų gamybos.
Apibendrinant: intronai — tai nekoduojančios genų dalys, kurios yra pašalinamos iš pre-mRNR per splaisingo procesą. Nors intronai nedalyvauja tiesiogiai aminorūgščių kodavime, jie atlieka svarbias reguliacines, evoliucines ir molekulines funkcijas, o jų netinkamas apdorojimas gali turėti reikšmingą biologinį ir medicininį poveikį.
Spliceosoma pašalina intronus iš transkribuojamo pre-mRNA segmento (viršuje). Tai vadinama "splaisingu". Pašalinus intronus (apačioje), subrendusi mRNR seka yra paruošta transliacijai.
Biologinė reikšmė
Yra daug neatsakytų klausimų apie intronus. Neaišku, ar intronai atlieka kokią nors specifinę funkciją, ar jie yra savanaudiška DNR, kuri dauginasi kaip parazitas.
Naujausi ištisų eukariotų genomų tyrimai parodė, kad intronų ilgis ir tankis (intronai/gene) tarp giminingų rūšių labai skiriasi. Yra keturios ar penkios skirtingos intronų rūšys. Kai kurie intronai yra mobilūs genetiniai elementai (transpozonai).
Alternatyvus intronų susiejimas geno viduje leidžia iš vieno geno gauti įvairias baltymų izoformas. Taigi iš vieno geno ir vieno pirmtako mRNA transkripto gali susidaryti daug susijusių baltymų. Alternatyvaus RNR rišimo kontrolę vykdo sudėtingas signalinių molekulių tinklas. Žmogaus organizme ~95 % genų, turinčių daugiau nei vieną egzoną, yra alternatyviai suplakti.
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra intronas?
A: Intronas yra nekoduojanti geno seka, kuri pašalinama atliekant RNR splaisingą, kad būtų gautas galutinis geno RNR produktas.
K: Kas yra egzonai?
A: Egzonai - tai koduojančios DNR sekos, kurios susijungia į galutinę RNR po RNR splaisingo ir koduoja amino rūgštis galutiniame polipeptide.
K: Kur galima rasti intronų?
A: Intronų galima rasti daugumos organizmų ir daugelio virusų genuose, įskaitant tuos, kurie generuoja baltymus, ribosominę RNR (rRNA) ir transferinę RNR (tRNA).
K: Kada vyksta RNR splaisingas?
A: RNR splaisingas vyksta po transkripcijos ir prieš transliaciją.
K: Ką daro intronai?
A: Intronai - tai geno dalys, kurios yra išmetamos; tai neveikiančios dalys.
K: Ką daro egzonai?
A:Egzonai - tai geno dalys, kurios yra išreikštos; jie koduoja aminorūgščių sekas baltyme.
K:Kas atrado intronus?
A:1993 m. už intronų atradimą Phillipas Sharpas ir Richardas Robertsas gavo Nobelio fiziologijos ar medicinos premiją. Introno terminą įvedė amerikiečių biochemikas Walteris Gilbertas.
Ieškoti