Экзоны и интроны, вариабельность их числа и размеров в разных генах.

с появлением возможности секвенировать протяженные участки ДНК (т. е. непосредственно генов) как у некоторых вирусов, так и у высших организмов получили совершенно неожиданные результаты. Внутри нуклеотидных последовательностей ДНК, кодирующих белок, были обнаружены какие-то иные, ничего не кодирующие участки. Чудеса, да и только! В чем же дело? Оказалось, что многие гены «расчленены» на отдельные куски. Одни из этих кусков, как и положено, кодируют белок (их назвали экзонами), а другие никакие белки кодировать не способны (их назвали интронами) и расположены между экзонами. Таким образом, в гене кодирующие и не кодирующие участки перемежаются друг с другом (рис. 18). Так устроено большинство белок-кодирующих генов. Хотя имеются и исключения. В этих случаях говорят, что ген устроен из одного экзона и интронов не содержит.

акое разорванное (экзон-интронное) строение оказалось характерным для подавляющего большинства (хотя и не для всех) генов человека. Вместе с тем у большинства простейших организмов интроны не обнаружены.

Размеры интронов часто значительно превышают размеры экзонов, что существенно увеличивает общую длину нуклеотидных последовательностей ДНК, образующих ген. При этом в геноме человека интроны в целом существенно длиннее, чем у других организмов.

В интронах содержатся особые сигналы, которые узнаются специальными ферментами, осуществляющими сплайсинг. Так, в 98 % случаев интроны начинаются с динуклеотида ГТ, а заканчиваются динуклеотидом АГ. Они-то и служат главными сигналами для правильного осуществления сплайсинга.

В реальности размеры разных генов, а также их экзонов и интронов сильно отличаются. И основной вклад в эту вариабельность вносят интроны. Уже говорилось, что максимальный по размерам ген дистрофина занимает в геноме человека 2,4 млн. п. н. Подавляющая часть занята именно интронами (их средний размер составляет несколько десятков тысяч п. н.). Наибольшую кодирующую последовательность в геноме человека имеет ген по имени титин. Его размер равен около 81000 п. н. Этот ген — чемпион и по числу интронов (178 штук!), и по длине единичного экзона (17106 п. н.).

Важно отметить, что разбивка генов на отдельные экзоны неслучайна. Индивидуальный экзон часто кодирует не просто какую-то часть белковой молекулы, а определенный фрагмент белка, выполняющий в целом белке отдельную функцию. Такой отдельный структурно-функциональный фрагмент, входящий в состав целого белка, называют доменом.

Интроны генов ядерных мРИК. Первыми были обнаружены интроны в ядерных генах, кодирующих белки. Их размер варьирует от 100 п. н. до 10 т. п. н. и более. Интроны соответствующих генов позвоночных одного вида могут отличаться друг от друга по величине и нуклеотидной последовательности в такой же степени, как два интрона из неродственных генов. Размеры экзонов в основном группируются вблизи величин 52, 140, 223 и 299 п. н., причем преобладают экзоны последней группы. В то же время известны экзоны длиной всего от 15 до 30 п. н. и, напротив, в несколько сотен или тысяч пар оснований. Наиболее характерной отличительной чертой всех интронов является наличие специфических последовательностей вблизи их 5 - (левой, или донорной) и 3 - (правой, или акцепторной) концов (т. е. на стыках интронов и экзонов, или в сайтах сплайсинга).

 

Интроны генов ядерной мРНК, тРНК и цитоплазматических структур.

Интрон - это участок ДНК, который является частью гена, но не содержит информации о последовательности аминокислот.

Интроны были обнаружены в генах кодирующих белки геномов органелл и ядер низших и высших эукариот, прокариот и вирусов.

Последовательность нуклеотидов соответствующая интрону, удаляется из

транскрибированнойснегоРНКвпроцессесплайсингадотого,какпроизойдётсчитывание

белка(трансляция).

Интроны характерны для всех типов эукариотической РНК, но также найдены в рибосомальной РНК(рРНК) и транспортной РНК(тРНК) прокариот).

 

Интроны в генах тРНК и 1 тип сплайсинга

 

У генов, кодирующих разные тРНК, внутренние и фланговые участки интронов заметно

различаются.

Нет никакой канонической последовательности, которая могла бы узнаваться ферментами сплайсинга для растений, амфибий и млекопитающих.

Все интроны содержат последовательность, комплементарную антикодону тРНК.

Это приводит к формированию альтернативной конформации антикодоновой петли, при которой её длина увеличивается за счёт спаривания оснований антикодона с интроном.

В основе сплайсинга тРНК лежит узнавание вторичной структуры тРНК, а не нуклеотидной последовательности интрона.

 

Интроны в генах рРНК (интроны 1 группы) и 2 тип сплайсинга

Особый тип интронов: группа 1 находятся:

 

а) в ядерных генах рРНК некоторых низших эукариот (Netrahymena thermophile, Physarum polycephalum)

 

б) в генах рРНК митохондрий, хлоропластов, дрожжей и грибов

 

в) в некоторых митохондриальных генах мРНК дрожжей и грибов

 

г) в генах тРНК хлоропластов высших растений.

 

Размеры интронов первой группы варьируют от от 400 п. н. у интрона про-рРНК Tetrahymena до нескольких тысяч п. н у митохондриальных мРНК.

 

Интроны 1 группы сами катализируют свой сплайсинг, причём вся информация, необходимая для сплайсинга, содержится во множестве относительно коротких внутренних последовательностей внутри интрона, которые обеспечивают укладку молекулы с образованием характерной пространственной структуры.

Многие интроны группы I кодируют эндонуклеазы, обеспечивающие им мобильность. Известно уже несколько семейств таких эндонуклеаз, но у всех у них рядом с активным центром располагается аминокислотный мотив LAGLIDADG. Примером интрона группы I, кодирующим эндонуклезу, является интрон td фага Т4, который режет последовательность – мишень, расположенную на 24 пн выше сайта внедрения интрона.

 

Интроны группы II распространены менее широко, чем интроны группы I. Они обнаружены:

 

А) в двух митохондриальных генах дрожжей, кодирующих одну из субъединиц цитохромоксидаазы и цитохром.

Интроны данной группы не содержат канонических последовательностей, характерных для интронов группы 1, но они также имеют специфическую вторичную структуру, образующуюся благодаря внутримолекулярному спариванию оснований.

Интроны II группы также подвергаются аутосплайсингу in vitro, но в этом случае реакция инициируется не экзогенным гуанозином, а остатком, входящим в состав самого интрона.

Интроны II группы, высвобожденные в результате сплайсинга, представляют собой лассоподобные структуры, в которых 5`- концевой фосфат РНК интрона соединён фосфодиэфироной связью с 2`- гидроксильной группой внутреннего нуклеотида.

 

Интроны генов ядерных мРНК

Интроны генов ядерных мРНК находятся в ядерных генах кодирующих белки.

Их размер варьирует от 100 п. н. до 10 т. п. н. и более.

Наиболее характерной отличительной чертой всех интронов данной группы является наличие специфических последовательностей вблизи их 5`- и 3`-концов.

Нуклеотидные последовательности в местах соединения экзонов и интронов весьма консервативны и практически одинаковы во всех генах ядерных мРНК.

 

ТОЖЕ НА ВСЯКИЙ СЛУЧАЙ