В чем биологический смысл интронов
Интрон – определение, функция и структура
Определение интрона
Интрон – это длинный участок некодирующей ДНК, обнаруженный между экзонами (или кодирующими областями) в ген, Гены, которые содержат интроны, известны как прерывистые или расщепленные гены, поскольку кодирующие области не являются непрерывными. Интроны встречаются только в эукариотических организмах.
Интрон Дискавери
Интроны были открыты в 1977 году с введением Секвенирование ДНК, Хотя было известно, что зрелые эукариотические молекулы мРНК были короче, чем исходные транскрипты, считалось, что транскрипты просто обрезались на концах. Когда два молекула типы были упорядочены, было обнаружено, что это не так; большая часть удаленного стенограммы пришла из внутренних областей, а не с крайних концов. Это побудило обширные исследования, как интроны были удалены из стенограммы, и какова их роль.
Интрон Структура
В общем, интроны намного длиннее экзонов; они могут составлять до 90% гена и иметь длину более 10000 нуклеотидов. Интроны преобладают в генах; более 90% человеческих генов содержат интроны со средним числом девяти интронов на ген.
Интрон – это участок ДНК, который начинается и заканчивается определенной серией нуклеотидов. Эти последовательности действуют как граница между интронами и экзонами и известны как сайты сплайсинга. Распознавание границы между кодирующей и некодирующей ДНК имеет решающее значение для создания функционирующих генов. У людей и большинства других позвоночных интроны начинаются с 5 ‘GUA и заканчиваются в CAG 3’. Существуют и другие консервативные последовательности, обнаруженные в интронах как позвоночных, так и беспозвоночных, включая точку ветвления, участвующую в формировании лариата (петли).
Интрон Функция
Хотя изначально интроны и до некоторой степени считались «нежелательной ДНК», было показано, что интроны, вероятно, играют важную роль в регуляции и экспрессии генов. Поскольку интроны вызывают увеличение длины гена, это увеличивает вероятность пересекая и рекомбинация между сестринскими хромосомами. Это увеличивает генетическая изменчивость и может привести к новым вариантам генов посредством дупликаций, делеций и экзон перетасовки. Интроны также позволяют альтернативный сплайсинг, Это позволяет одному гену кодировать несколько белков, так как экзоны могут быть собраны несколькими способами.
Сращивание
Интроны содержат ряд последовательностей, которые участвуют в сплайсинге, включая сайты узнавания сплайсосом. Эти сайты позволяют сплайсосоме распознавать границу между интронами и экзонами. Сами сайты распознаются небольшими ядрышковыми рибонуклеопротеинами (snRNPs). Существует ряд snRNP, участвующих в сплайсинге мРНК, которые в совокупности создают сплайсосому.
Сращивание происходит в три этапа:
Неизвестно, каким образом snRNP и сплайсосома идентифицируют, с какими сайтами распознавания связываться, учитывая, что интроны могут иметь длину в тысячи пар оснований, и есть много загадочных сайтов сплайсинга, где последовательности распознавания находятся в других местах гена. Считается, что в этом участвуют определенные белки (например, белки SR), энхансеры и сайленсеры. Сращивающие глушители также были замешаны в заболеваниях человека.
Альтернативный сплайсинг
Интроны и механизм сплайсинга также позволяют использовать альтернативные генные продукты в процессе, известном как альтернативный сплайсинг. Каждый прерывистый ген состоит из двух или более экзонов, что позволяет собирать экзоны несколькими способами. Альтернативный сплайсинг может привести к двум или сотням разных мРНК. Альтернативный сплайсинг распространен в некоторых вид но редко в других; он обнаружен в более чем 80% генов человека, но есть только три известных случая у Saccharomyces cerevisiae (дрожжи).
Альтернативное сращивание может происходить несколькими способами:
Интроны в тРНК более распространены, чем интроны в рРНК, но гораздо менее распространены, чем в мРНК, особенно у позвоночных (то есть 6% человеческих тРНК). Интроны в тРНК относительно короткие, длиной от 14 до 60 пар оснований. Интроны образуют часть структуры стебля и петли тРНК, привязка к разделу антикодоновую рука. Удаление пре-тРНК-интронов осуществляется одной эндонуклеазой.
викторина
Ответ на вопрос № 1
верно. Интроны встречаются только в эукариотических организмах. В то время как распространенность интронов варьирует между таксонами, они могут быть обнаружены во всех эукариотических типах.
2. Где происходит сращивание?A. цитозоль B. рибосомыC. ядроD. хлоропласты
Ответ на вопрос № 2
С верно. Сплайсинг или удаление интронов из пре-мРНК происходит в ядре. Сплайсинг является компонентом процессинга мРНК наряду с добавлением 5′-колпачка и 3′-поли-A-хвоста. После обработки зрелая мРНК транспортируется из ядра для трансляции.
3. Какие молекулы содержат интроны?A. пре-мРНКB. предварительно рРНКC. предварительно тРНКD. все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 3
D верно. Хотя интроны редки в пре-рРНК и редки в тРНК, они могут быть обнаружены как в этих, так и в молекулах пре-мРНК. Во многих организмах интроны распространены в пре-мРНК и обнаруживаются в более чем 90% генов человека и в аналогичной пропорции других геномов позвоночных.
Интроны
Интрон — участок ДНК, который является частью гена, но не содержит информации о последовательности аминокислот белка.
Последовательность нуклеотидов, соответствующая интрону, удаляется из транскрибированной с него РНК в процессе сплайсинга до того, как произойдёт считывание белка (трансляция). Интроны характерны для всех типов эукариотической РНК, но также найдены в рибосомальной РНК (рРНК) и транспортной РНК (тРНК) прокариот. Число и длина интронов очень различны в разных видах и среди разных генов одного организма. Например, геном рыбы фугу ( Takifugu rubripes ) содержит мало интронов. С другой стороны, гены млекопитающих и цветковых растений часто содержат многочисленные интроны, которые могут быть длиннее экзонов.
Содержание
Классификция интронов
Существует четыре группы интронов:
Иногда интроны группы III также относят к группе II, потому что они похожи по структуре и функции.
Ядерные, или сплайсосомные интроны подвергаются сплайсингу при помощи сплайсосомы и малых ядерных РНК (snRNA). В последовательности РНК, содержащей ядерные интроны, есть специальные сигнальные последовательности, которые узнаются сплайсосомой.
Интроны I, II и III группы способны к автосплайсингу и встречаются реже, чем сплайсосомные интроны. Интроны II и III группы похожи друг на друга и обладают консервативной вторичной структурой. Они обладают свойствами, похожими на свойства сплайсосомы и, вероятно, являются её эволюционными предшественниками. Интроны I группы, которые встречаются у бактерий и простейших — единственный класс интронов, который требует присутствие несвязанного гуанилового нуклеотида. Их вторичная структура отличается от вторичной структуры интронов II и III группы.
Эволюция интронов
Существуют две альтернативные теории, обьясняющие происхождение и эволюцию сплайсосомных интронов: так называемые теории ранних интронов (РИ) и поздних интронов (ПИ). Теория РИ утверждает, что многочисленные интроны присутствовали в общих предках эу- и прокариот и, соответственно, интроны являются очень старыми структурами. Согласно этой модели, интроны были потеряны из генома прокариот. Также она предполагает, что ранние интроны способствовали рекомбинации экзонов, представляющих домены белков. ПИ утверждает, что интроны появились в генах относительно недавно, и были инсертированы (вставлены) в геном после разделения организмов на про- и эукариоты. Эта модель основывается на наблюдении, что сплайсосомные интроны есть только у эукариот.
Идентификация
Почти все эукариотические ядерные интроны начинаются с GU и оканчиваются AG (правило AG-GU).
СОДЕРЖАНИЕ
Открытие и этимология
Распределение
Наблюдается, что частота интронов в разных геномах широко варьируется в зависимости от спектра биологических организмов. Например, интроны чрезвычайно распространены в ядерном геноме челюстных позвоночных (например, людей и мышей), где гены, кодирующие белок, почти всегда содержат несколько интронов, в то время как интроны редко встречаются в ядерных генах некоторых эукариотических микроорганизмов, например, пекарских / пивоваренных. дрожжи ( Saccharomyces cerevisiae ). Напротив, митохондриальные геномы позвоночных полностью лишены интронов, тогда как геномы эукариотических микроорганизмов могут содержать много интронов.
Классификация
Сплайсинг всех содержащих интрон молекул РНК внешне аналогичен описанному выше. Однако различные типы интронов были идентифицированы путем изучения структуры интронов с помощью анализа последовательности ДНК вместе с генетическим и биохимическим анализом реакций сплайсинга РНК.
Было идентифицировано по крайней мере четыре различных класса интронов:
Предполагается, что интроны группы III являются пятым семейством, но мало что известно о биохимическом аппарате, который опосредует их сплайсинг. Они, по-видимому, связаны с интронами группы II и, возможно, с интронами сплайсосом.
Сплайсосомные интроны
Ядерные интроны пре-мРНК (сплайсосомные интроны) характеризуются специфическими последовательностями интронов, расположенными на границах между интронами и экзонами. Эти последовательности распознаются молекулами сплайсосомной РНК, когда инициируются реакции сплайсинга. Кроме того, они содержат точку ветвления, конкретную нуклеотидную последовательность около 3′-конца интрона, которая становится ковалентно связанной с 5′-концом интрона в процессе сплайсинга, образуя разветвленный ( лариатный ) интрон. Помимо этих трех коротких консервативных элементов, интронные последовательности ядерной пре-мРНК очень вариабельны. Интроны ядерной пре-мРНК часто намного длиннее, чем окружающие их экзоны.
интроны тРНК
Интроны переносящей РНК, удаление которых зависит от белков, находятся в определенном месте внутри антикодоновой петли несплайсированных предшественников тРНК и удаляются эндонуклеазой сплайсинга тРНК. Затем экзоны связываются вместе вторым белком, лигазой сплайсинга тРНК. Обратите внимание, что самосплайсинговые интроны также иногда обнаруживаются в генах тРНК.
Интроны группы I и группы II
Биологические функции и эволюция
Ранние исследования геномных последовательностей ДНК от широкого круга организмов показали, что интрон-экзонная структура гомологичных генов у разных организмов может широко варьироваться. Более поздние исследования полных геномов эукариот показали, что длина и плотность (интроны / ген) интронов значительно различаются между родственными видами. Например, в то время как геном человека содержит в среднем 8,4 интронов на ген (139 418 в геноме), одноклеточный гриб Encephalitozoon cuniculi содержит только 0,0075 интронов на ген (15 интронов в геноме). Поскольку эукариоты произошли от общего предка ( общее происхождение ), в течение эволюционного периода должно было происходить значительное увеличение или потеря интронов. Считается, что этот процесс подлежит отбору с тенденцией к увеличению интронов у более крупных видов из-за их меньшего размера популяции и, наоборот, у более мелких (особенно одноклеточных) видов. Биологические факторы также влияют на то, какие гены в геноме теряют или накапливают интроны.
Альтернативный сплайсинг экзонов внутри гена после вырезания интрона способствует большей вариабельности белковых последовательностей, транслируемых из одного гена, что позволяет генерировать несколько родственных белков из одного гена и одного транскрипта мРНК-предшественника. Контроль альтернативного сплайсинга РНК осуществляется сложной сетью сигнальных молекул, которые отвечают на широкий спектр внутриклеточных и внеклеточных сигналов.
Адаптация к голоданию
Физическое присутствие интронов способствует устойчивости клеток к голоданию за счет усиленной интронами репрессии генов рибосомных белков в путях определения питательных веществ.
Как мобильные генетические элементы
Интроны могут быть потеряны или приобретены с течением времени эволюции, как показали многие сравнительные исследования ортологичных генов. Последующий анализ выявил тысячи примеров событий потери и усиления интронов, и было высказано предположение, что появление эукариот или начальные стадии эволюции эукариот связаны с вторжением интронов. Были идентифицированы два определяющих механизма потери интрона: потеря интрона, опосредованная обратной транскриптазой (RTMIL), и геномные делеции, которые, как известно, имеют место. Однако окончательные механизмы усиления интронов остаются неуловимыми и спорными. К настоящему времени описано по крайней мере семь механизмов увеличения интрона: транспозиция интрона, вставка транспозона, тандемная геномная дупликация, перенос интрона, усиление интрона во время репарации двухцепочечного разрыва (DSBR), вставка интрона группы II и интронизация. Теоретически было бы проще всего установить происхождение недавно приобретенных интронов из-за отсутствия мутаций, вызванных хозяином, но даже интроны, полученные недавно, не возникли ни в одном из вышеупомянутых механизмов. Таким образом, эти открытия поднимают вопрос о том, не могут ли предложенные механизмы усиления интронов описать механистическое происхождение многих новых интронов, потому что они не являются точными механизмами усиления интронов, или есть ли другие, еще не обнаруженные, процессы, порождающие новые интроны.
Интрон
Содержание
Открытие и этимология [ править ]
Распространение [ править ]
Наблюдается, что частота интронов в разных геномах широко варьируется в зависимости от спектра биологических организмов. Например, интроны чрезвычайно распространены в ядерном геноме челюстных позвоночных (например, людей и мышей), где гены, кодирующие белок, почти всегда содержат несколько интронов, в то время как интроны редко встречаются в ядерных генах некоторых эукариотических микроорганизмов [13], например. пекарские / пивные дрожжи ( Saccharomyces cerevisiae ). Напротив, митохондриальные геномы позвоночных полностью лишены интронов, тогда как геномы эукариотических микроорганизмов могут содержать много интронов. [14]
Классификация [ править ]
Сплайсинг всех содержащих интрон молекул РНК внешне аналогичен описанному выше. Однако различные типы интронов были идентифицированы посредством изучения структуры интронов с помощью анализа последовательности ДНК, а также генетического и биохимического анализа реакций сплайсинга РНК.
Было идентифицировано по крайней мере четыре различных класса интронов: [1]
Предполагается, что интроны группы III являются пятым семейством, но мало что известно о биохимическом аппарате, который обеспечивает их сплайсинг. Они, по-видимому, связаны с интронами группы II и, возможно, с интронами сплайсосом. [18]
Сплайсосомные интроны [ править ]
Интроны ядерной пре-мРНК (сплайсосомные интроны) характеризуются специфическими последовательностями интронов, расположенными на границах между интронами и экзонами. [19] Эти последовательности распознаются молекулами сплайсосомной РНК, когда инициируются реакции сплайсинга. [20] Кроме того, они содержат точку ветвления, определенную нуклеотидную последовательность около 3′-конца интрона, которая становится ковалентно связанной с 5′-концом интрона в процессе сплайсинга, образуя разветвленный ( лариат ) интрон. Помимо этих трех коротких консервативных элементов, интронные последовательности ядерной пре-мРНК очень вариабельны. Интроны ядерной пре-мРНК часто намного длиннее, чем окружающие их экзоны.
интроны тРНК [ править ]
Интроны транспортной РНК, удаление которых зависит от белков, находятся в определенном месте внутри антикодоновой петли несплайсированных предшественников тРНК и удаляются эндонуклеазой сплайсинга тРНК. Затем экзоны связываются вместе вторым белком, лигазой сплайсинга тРНК. [21] Обратите внимание, что самосплайсинговые интроны также иногда встречаются в генах тРНК. [22]
Интроны группы I и группы II [ править ]
Биологические функции и эволюция [ править ]
Ранние исследования геномных последовательностей ДНК от широкого круга организмов показали, что интрон-экзонная структура гомологичных генов у разных организмов может широко варьироваться. [30] Более поздние исследования геномов эукариот в целом показали, что длина и плотность (интроны / ген) интронов значительно различаются между родственными видами. Например, в то время как геном человека содержит в среднем 8,4 интронов на ген (139 418 в геноме), одноклеточный гриб Encephalitozoon cuniculi содержит только 0,0075 интронов на ген (15 интронов в геноме). [31] Поскольку эукариоты произошли от общего предка ( общее происхождение ), в течение эволюционного времени должно было происходить значительное увеличение или потеря интронов. [32] [33] Считается, что этот процесс является предметом отбора, с тенденцией к увеличению интронов у более крупных видов из-за их меньшего размера популяции и наоборот у более мелких (особенно одноклеточных) видов. [34] Биологические факторы также влияют на то, какие гены в геноме теряют или накапливают интроны. [35] [36] [37]
Альтернативный сплайсинг экзонов в гене после вырезания интрона способствует большей вариабельности белковых последовательностей, транслируемых из одного гена, что позволяет генерировать несколько родственных белков из одного гена и одного транскрипта мРНК-предшественника. Контроль альтернативного сплайсинга РНК осуществляется сложной сетью сигнальных молекул, которые отвечают на широкий спектр внутриклеточных и внеклеточных сигналов.
Адаптация к голоданию [ править ]
Физическое присутствие интронов способствует устойчивости клеток к голоданию за счет усиленной интронами репрессии генов рибосомных белков в путях определения питательных веществ. [39]
Как мобильные генетические элементы [ править ]
Интроны могут быть потеряны или получены с течением времени эволюции, как показали многие сравнительные исследования ортологичных генов. Последующий анализ выявил тысячи примеров событий потери и увеличения интронов, и было высказано предположение, что появление эукариот или начальные стадии эволюции эукариот связано с вторжением интронов. [40] Были идентифицированы два определяющих механизма потери интронов, опосредованная обратной транскриптазой потеря интронов (RTMIL) и геномные делеции, которые, как известно, происходят. [41] Однако окончательные механизмы усиления интронов остаются неуловимыми и спорными. На данный момент описано по крайней мере семь механизмов увеличения интрона: транспозиция интрона, вставка транспозона, тандемная геномная дупликация, перенос интрона, усиление интрона во время восстановления двухцепочечного разрыва (DSBR), вставка интрона группы II и интронизация. Теоретически было бы проще всего установить происхождение недавно приобретенных интронов из-за отсутствия мутаций, вызванных хозяином, но даже недавно полученные интроны не возникли ни в одном из вышеупомянутых механизмов. Таким образом, эти открытия поднимают вопрос о том, не могут ли предложенные механизмы усиления интронов описать механистическое происхождение многих новых интронов, потому что они не являются точными механизмами усиления интронов, или есть ли другие, еще не обнаруженные процессы, порождающие новые интроны. [42]
См. Также [ править ]
An интрон (за внутригенная область) любой нуклеотидная последовательность в пределах ген это удалено Сплайсинг РНК в течение созревание конечного продукта РНК. [1] [2] Другими словами, интроны представляют собой некодирующие области транскрипта РНК или кодирующей его ДНК, которые удаляются путем сплайсинга перед перевод. [3] [4] Слово интрон происходит от термина внутригенная область, то есть область внутри гена. [5] Период, термин интрон относится как к последовательности ДНК в гене, так и к соответствующей последовательности в РНК. стенограммы. [6] Последовательности, которые объединяются в окончательную зрелую РНК после сплайсинга РНК, являются экзоны. [7]
Интроны обнаружены в генах большинства организмов и многих вирусов и могут быть локализованы в широком спектре генов, включая те, которые генерируют белки, рибосомная РНК (рРНК) и переносить РНК (тРНК). Когда белки генерируются из генов, содержащих интрон, сплайсинг РНК происходит как часть пути процессинга РНК, который следует транскрипция и предшествует переводу. [7]
Содержание
Открытие и этимология
Интроны были впервые обнаружены в генах, кодирующих белок аденовирус, [8] [9] и впоследствии были идентифицированы в генах, кодирующих гены транспортной РНК и рибосомной РНК. В настоящее время известно, что интроны встречаются в большом количестве генов организмов и вирусов во всех биологических царствах.
Тот факт, что гены были разделенный или прерванный интронами был открыт независимо в 1977 г. Филипп Аллен Шарп и Ричард Дж. Робертс, для которых они разделили Нобелевская премия по физиологии и медицине в 1993 г. [10] Период, термин интрон был представлен американским биохимик Уолтер Гилберт: [5]
Период, термин интрон также относится к внутрицистрон, т.е. дополнительный фрагмент ДНК, возникающий внутри цистрон. [11]
Хотя интроны иногда называют промежуточные последовательности, [12] термин «промежуточная последовательность» может относиться к любому из нескольких семейств внутренних последовательностей нуклеиновых кислот, которые не присутствуют в конечном продукте гена, включая интеины, нетранслируемые последовательности (UTR), а нуклеотиды удаляются Редактирование РНК, помимо интронов.
Распределение
Наблюдается, что частота интронов в разных геномах широко варьируется в зависимости от спектра биологических организмов. Например, интроны чрезвычайно распространены в ядерном геноме челюстных позвоночных (например, людей и мышей), где гены, кодирующие белок, почти всегда содержат несколько интронов, в то время как интроны редко встречаются в ядерных генах некоторых эукариотических микроорганизмов. [13] Например пекарские / пивные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae). Напротив, митохондриальные геномы позвоночных животных полностью лишены интронов, тогда как у эукариотических микроорганизмов может быть много интронов. [14]
Особенно крайним случаем является Дрозофила dhc7 ген, содержащий интрон размером ≥3,6 мегабаз (МБ), для транскрипции которого требуется примерно три дня. [15] [16] С другой стороны, недавнее исследование предполагает, что самая короткая известная длина интрона эукариот составляет 30 пар оснований (п.н.), принадлежащих человеческому роду. MST1L ген. [17]
Классификация
Сплайсинг всех содержащих интрон молекул РНК внешне аналогичен описанному выше. Однако различные типы интронов были идентифицированы посредством изучения структуры интронов с помощью анализа последовательности ДНК, а также генетического и биохимического анализа реакций сплайсинга РНК.
Было идентифицировано по крайней мере четыре различных класса интронов: [1]
Интроны III группы Предполагается, что это пятая семья, но мало что известно о биохимическом аппарате, который опосредует их сращивание. Они, по-видимому, связаны с интронами группы II и, возможно, с интронами сплайсосом. [18]
Сплайсосомные интроны
Интроны ядерной пре-мРНК (сплайсосомные интроны) характеризуются специфическими последовательностями интронов, расположенными на границах между интронами и экзонами. [19] Эти последовательности распознаются молекулами сплайсосомной РНК, когда инициируются реакции сплайсинга. [20] Кроме того, они содержат точку ветвления, конкретную нуклеотидную последовательность около 3′-конца интрона, которая становится ковалентно связанной с 5′-концом интрона в процессе сплайсинга, образуя разветвленную (лариат) интрон. Помимо этих трех коротких консервативных элементов, интронные последовательности ядерной пре-мРНК очень вариабельны. Интроны ядерной пре-мРНК часто намного длиннее, чем окружающие их экзоны.
интроны тРНК
Интроны транспортной РНК, удаление которых зависит от белков, находятся в определенном месте внутри антикодоновой петли несплайсированных предшественников тРНК и удаляются эндонуклеазой сплайсинга тРНК. Затем экзоны связываются вместе вторым белком, лигазой сплайсинга тРНК. [21] Обратите внимание, что самосплайсинговые интроны также иногда встречаются в генах тРНК. [22]
Интроны группы I и группы II
Биологические функции и эволюция
Хотя интроны не кодируют белковые продукты, они являются неотъемлемой частью регуляции экспрессии генов. Некоторые интроны сами кодируют функциональные РНК посредством дальнейшей обработки после сплайсинга для генерации некодирующая РНК молекулы. [25] Альтернативная сварка широко используется для генерации нескольких белков из одного гена. Кроме того, некоторые интроны играют важную роль в широком спектре функций регуляции экспрессии генов, таких как Нонсенс-опосредованный распад [26] и экспорт мРНК. [27]
Биологическое происхождение интронов неясно. После первоначального открытия интронов в генах, кодирующих белок эукариотического ядра, возникли серьезные споры о том, унаследованы ли интроны в современных организмах от общего древнего предка (так называемая гипотеза раннего интрона) или же они появились в гены сравнительно недавно в эволюционном процессе (так называемая гипотеза интронно-позднего периода). Другая теория заключается в том, что сплайсосома а интрон-экзонная структура генов является пережитком Мир РНК (гипотеза о первых интронах). [28] До сих пор ведутся серьезные споры о том, насколько верна какая из этих гипотез. В настоящее время широко распространено мнение, что интроны возникли внутри линии эукариот как эгоистичные элементы. [29]
Ранние исследования геномных последовательностей ДНК от широкого круга организмов показали, что интрон-экзонная структура гомологичных генов у разных организмов может широко варьироваться. [30] Более свежие исследования всего эукариотический геномы показали, что длина и плотность (интроны / ген) интронов значительно различаются между родственными видами. Например, в то время как геном человека содержит в среднем 8,4 интрона на ген (139 418 в геноме), одноклеточный гриб Encephalitozoon cuniculi содержит всего 0,0075 интронов / ген (15 интронов в геноме). [31] Поскольку эукариоты произошли от общего предка (общее происхождение), во время эволюции должно было происходить значительное увеличение или уменьшение интронов. [32] [33] Считается, что этот процесс подлежит отбору с тенденцией к увеличению интронов у более крупных видов из-за их меньшего размера популяции и наоборот у более мелких (особенно одноклеточных) видов. [34] Биологические факторы также влияют на то, какие гены в геноме теряют или накапливают интроны. [35] [36] [37]
Альтернативная сварка экзонов в гене после вырезания интрона способствует большей вариабельности белковых последовательностей, транслируемых из одного гена, что позволяет генерировать несколько родственных белков из одного гена и одного транскрипта мРНК-предшественника. Контроль альтернативного сплайсинга РНК осуществляется сложной сетью сигнальных молекул, которые отвечают на широкий спектр внутриклеточных и внеклеточных сигналов.
Интроны содержат несколько коротких последовательностей, которые важны для эффективного сплайсинга, такие как акцепторные и донорные сайты на обоих концах интрона, а также сайт точки ветвления, которые необходимы для правильного сплайсинга посредством сплайсосома. Известно, что некоторые интроны усиливают экспрессию гена, в котором они содержатся, с помощью процесса, известного как интрон-опосредованное усиление (IME).
Активно транскрибируемые регионы ДНК часто образуют R-петли которые уязвимы для Повреждение ДНК. В высокоэкспрессируемых генах дрожжей интроны ингибируют образование R-петли и возникновение повреждений ДНК. [38] Полногеномный анализ как у дрожжей, так и у людей показал, что гены, содержащие интроны, имеют пониженные уровни R-петель и снижение повреждений ДНК по сравнению с генами без интронов с аналогичной экспрессией. [38] Вставка интрона в ген, подверженный R-петле, также может подавлять образование R-петли и рекомбинация. Bonnet et al. (2017) [38] предположили, что функция интронов в поддержании генетической стабильности может объяснить их эволюционное поддержание в определенных местах, особенно в сильно экспрессируемых генах.
Адаптация к голоданию
Физическое присутствие интронов способствует устойчивости клеток к голоданию за счет усиленной интронами репрессии генов рибосомных белков в путях определения питательных веществ. [39]
Как мобильные генетические элементы
Интроны могут теряться или приобретаться с течением времени, как показали многие сравнительные исследования ортологичный гены. Последующий анализ выявил тысячи примеров событий потери и увеличения интронов, и было высказано предположение, что появление эукариот или начальные стадии эволюции эукариот связано с вторжением интронов. [40] Были идентифицированы два определяющих механизма потери интронов: потеря интрона, опосредованная обратной транскриптазой (RTMIL), и геномные делеции, которые, как известно, происходят. [41] Однако окончательные механизмы усиления интронов остаются неуловимыми и спорными. На данный момент описано по крайней мере семь механизмов увеличения интрона: транспозиция интрона, вставка транспозона, тандемная геномная дупликация, перенос интрона, усиление интрона во время восстановления двухцепочечного разрыва (DSBR), вставка интрона группы II и интронизация. Теоретически было бы проще всего установить происхождение недавно приобретенных интронов из-за отсутствия мутаций, индуцированных хозяином, но даже интроны, полученные недавно, не возникли ни в одном из вышеупомянутых механизмов. Таким образом, эти открытия поднимают вопрос о том, не могут ли предложенные механизмы усиления интронов описать механистическое происхождение многих новых интронов, потому что они не являются точными механизмами усиления интронов, или есть ли другие, еще не обнаруженные процессы, порождающие новые интроны. [42]