Вступление
-
Определение и происхождение интронов
- Интрон — это нуклеотидная последовательность внутри гена, не экспрессирующаяся и не участвующая в конечном РНК-продукте.
- Термин «интрон» происходит от «внутригенная область».
- Интроны встречаются в генах большинства эукариот и многих эукариотических вирусов.
-
Типы интронов
- Существует четыре основных типа интронов: интроны тРНК, интроны группы I, интроны группы II и сплайсосомные интроны.
- Интроны редко встречаются у бактерий и архей.
-
Открытие и этимология
- Интроны были впервые обнаружены в генах аденовируса и идентифицированы в генах транспортной РНК и рибосомальной РНК.
- Термин «интрон» был введен Уолтером Гилбертом в 1978 году.
-
Распределение
- Частота интронов в геномах варьируется в зависимости от биологических организмов.
- Интроны чрезвычайно распространены в ядерном геноме челюстных позвоночных, но редко встречаются в ядерных генах некоторых эукариотических микроорганизмов.
-
Классификация
- Сплайсинг всех молекул РНК с интронами внешне схож.
- Различные типы интронов идентифицированы с помощью анализа структуры и реакций сплайсинга.
-
Сплайсосомные интроны
- Ядерные интроны пре-мРНК характеризуются специфическими интронными последовательностями и точкой разветвления.
- Интроны ядерной пре-мРНК часто длиннее окружающих экзонов.
-
Интроны тРНК
- Интроны транспортной РНК удаляются эндонуклеазой и лигазой.
- Самосплайсирующиеся интроны также встречаются в генах тРНК.
-
Интроны I и II групп
- Интроны группы I и II содержатся в генах, кодирующих белки, транспортную РНК и рибосомальную РНК.
- Интроны I и II групп самосплайсируются, образуя сложные трехмерные структуры.
-
Точность сплайсинга
- Сплайсосома имеет значительную частоту ошибок, достигающую 2-3% на ген.
- Ошибки сплайсинга могут быть вызваны мутациями и ошибками транскрипции.
- Почти все мультиэкзонные гены генерируют неправильно сплайсированные транскрипты.
-
Мутации и сплайсинг
- Мутации могут влиять на сплайсинг в определенных тканях или клеточных линиях.
- В гетерозиготном состоянии мутантные аллели приводят к образованию двух вариантов сплайсинга.
- В гомозиготном состоянии мутации могут вызывать генетические заболевания.
-
Альтернативный сплайсинг
- Неправильно сплайсированные транскрипты могут быть обнаружены и занесены в базы данных.
- Термин «альтернативно сплайсированные» транскрипты может быть неточным, так как не различает реальный и шумовой сплайсинг.
- Нулевая гипотеза предполагает, что большинство альтернативно сплайсированных транскриптов являются шумом.
-
Биологические функции интронов
- Интроны не кодируют белки, но участвуют в регуляции экспрессии генов.
- Некоторые интроны кодируют функциональные РНК.
- Альтернативный сплайсинг позволяет получать множество белков из одного гена.
-
Эволюция интронов
- Интроны могут быть унаследованы от общего предка или появиться в генах недавно.
- Интроны II группы бактериального эндосимбионта проникли в геном эукариот.
- Эффективность сплайсинга повысилась за счет объединения с белками для формирования сплайсосомы.
-
Контроль альтернативного сплайсинга
- Альтернативный сплайсинг регулируется сложной сетью сигнальных молекул.
- Интроны содержат важные последовательности для эффективного сплайсинга.
- Некоторые интроны усиливают экспрессию генов.
-
Адаптация к голоданию
- Интроны повышают устойчивость клеток к голоданию.
-
Мобильные генетические элементы
- Интроны могут быть утрачены или приобретены в эволюции.
- Потеря интронов происходит через RTMIL и геномные делеции.
- Усиление интронов происходит через транспозицию, вставку транспозонов, тандемную дупликацию, перенос интрона, репарацию двухцепочечных разрывов и интронизацию.
-
Механизмы усиления интронов
- Введение интронов группы II устраняет экспрессию генов, что делает их предполагаемыми предками сплайсосомных интронов.
- Тандемная геномная дупликация является единственным подтвержденным механизмом усиления интронов in vivo.
-
Косвенные доказательства и дальнейшие исследования
- Тандемная геномная дупликация имеет обширные косвенные доказательства.
- Возможно тестирование других механизмов in vivo, таких как усиление интронов во время DSBR, перенос интронов и интронизация.
- Геномный анализ на популяционном уровне может дать количественную оценку вклада каждого механизма и выявить видоспецифичные отклонения.
-
Дополнительные ресурсы
- Ссылки на книги и инструменты для поиска интронов в геномных последовательностях растений.