Introner: ikke-kodende gensekvenser, funktion og betydning
Introner: forstå ikke-kodende gensekvenser, deres rolle i RNA-splejsning, genregulering, evolutionær betydning og betydning for sygdomsudvikling.
En intron er en ikke-kodende sekvens i et gen. Det er enhver nukleotidsekvens i et gen, som fjernes ved RNA-splejsning for at få det endelige RNA-produkt af et gen. Udtrykket intron henviser både til DNA-sekvensen i et gen og til den tilsvarende sekvens i RNA-transskriptioner (pre-mRNA).
Exoner og pre-mRNA-splejsning
Sekvenser af kodnings-DNA, som er samlet i det endelige RNA efter RNA-splejsning, er exoner. De koder for aminosyrer i det endelige polypeptid eller indgår i det modne RNA (fx rRNA eller tRNA). RNA-splejsning finder sted efter transkription og før translation, og processen fjerner introner og sammenføjer exoner til et sammenhængende budbringer-RNA (mRNA).
- Introns: dele af et gen, der fjernes under splejsning — ikke-kodende segmenter.
- Exons: dele af et gen, der udtrykkes — dele af et gen, der koder for aminosyresekvenser i et protein eller indgår i de modne RNA-molekyler.
Mekanisme: hvordan introner fjernes
De fleste eukaryote introner fjernes af spliceosomet, et stort ribonukleoproteinkompleks sammensat af små kernetransskriptionelle nukleare ribonukleoproteiner (snRNP'er) og andre proteiner. Spliceosomet genkender typiske consensus-signaler ved intronets ender — ofte et 5'-donorsted (ofte med danner-sekvensen GU), et 3'-acceptorsted (ofte AG) og et branch point (ofte en adeninnukleotid) — og udfører to transesterificeringsreaktioner, der klipper intronet ud og sammenføjer exonerne.
Der findes også introner, der kan være selvsplejsende, fx gruppe I- og gruppe II-introner. Disse fungerer som ribozymer og kan katalysere deres egen fjernelse uden det konventionelle spliceosom. Gruppe II-introners splejsning ligner den, spliceosomet udfører, og man mener, at spliceosomet historisk kunne være opstået fra gruppe II-introner.
Typer af introner
- Spliceosomale introner: Almindelige i nukleære præ-mRNA hos eukaryoter; fjernes af spliceosomet ved hjælp af snRNP'er (U1, U2, U4, U5, U6).
- Gruppe I- og gruppe II-introner: Selvsplejsende introner, fundet i nogle eukaryote organelgener, bakterier og vira; har katalytiske RNA-motiver.
- tRNA- og rRNA-introner: Nogle tRNA- og rRNA-gener indeholder introner, der kan blive fjernet af særlige endonukleaser eller alternative mekanismer.
Biologisk rolle og betydning
Selvom introner ikke koder direkte for aminosyrer i et protein, har de flere vigtige funktioner:
- Alternativ splejsning: Et enkelt gen kan give anledning til flere forskellige mRNA-isoformer og dermed flere proteinvarianter ved at kombinere exoner forskelligt. Det øger proteomets kompleksitet uden at øge antallet af gener.
- Regulering: Introner kan indeholde regulatoriske elementer, såsom enhancers, silencere eller bindingssteder for RNA-bindende proteiner, der påvirker genudtryk og RNA-stabilitet.
- Kilde til ikke-kodende RNA: Introner kan indeholde sekvenser, der danner små nukleære RNA (snoRNA), mikroRNA eller andre ikke-kodende RNA, som har regulatoriske funktioner.
- Evolutionær betydning: Introner kan facilitere exon-shuffling (kombination af exoner mellem gener) og påvirke geners arkitektur over evolutionær tid. Diskussionen om "introns early" vs. "introns late" illustrerer, hvordan introner har været centrale i forståelsen af geners oprindelse og evolution.
Variation mellem organismer og intronlængde
Forekomsten og omfanget af introner varierer meget mellem organismer. Eukaryoter, især flercellede organismer som dyr og planter, har ofte mange introner per gen, som kan være alt fra få hundrede baser til flere kilobaser lange; nogle humane introner kan være meget lange (titusinder af basepar). Prokaryoter (bakterier og arkæer) har typisk få eller ingen spliceosomale introner, selvom gruppe I- og II-introner kan forekomme i visse bakterielle og organellegener. Også nogle vira indeholder introner.
Medicin og sygdom
Mutationer i intronernes vigtige sites (fx 5' donor, 3' acceptor, branch point eller regulerende elementer i introner) kan føre til forkert splejsning, frameshifts, indtræden af for tidlige stopkodoner og sygdom. Mange genetiske sygdomme og nogle former for kræft kan skyldes splicesvigt. Tilgange som antisense-oligonukleotider og andre RNA-baserede terapier udvikles for at korrigere splejsningsfejl.
Opdagelse og terminologi
Opdagelsen af introner og RNA-splejsning var et gennembrud i molekylærbiologi. Den eksperimentelle dokumentation og de konceptuelle forklaringer bidrog til, at Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1993 gik til Phillip Sharp og Richard Roberts. Udtrykket intron blev indført af den amerikanske biokemiker Walter Gilbert, og siden da har studiet af introner været centralt for forståelsen af genregulering og geners struktur.
Sammenfattende er introner ikke blot "ikke-arbejdsdygtige bits" men aktive elementer i genernes arkitektur og funktion. De spiller roller i regulering, diversificering af genudtryk og evolution, og ændringer i intronernes sekvenser kan have betydelige biologiske og kliniske konsekvenser.
Et spliceosom fjerner introner fra et transskriberet præ-mRNA-segment (øverst). Dette kaldes "splejsning". Når intronerne er blevet fjernet (nederst), er den modne mRNA-sekvens klar til oversættelse.
Biologisk betydning
Der er mange ubesvarede spørgsmål om introner. Det er uklart, om introner tjener en bestemt funktion, eller om de er egoistisk DNA, der reproducerer sig selv som en parasit.
Nylige undersøgelser af hele eukaryote genomer har nu vist, at længden og tætheden (introner/gen) af introner varierer betydeligt mellem beslægtede arter. Der findes fire eller fem forskellige slags introner. Nogle introner repræsenterer mobile genetiske elementer (transposoner).
Alternativ splejsning af introner i et gen giver mulighed for en række forskellige proteinisoformer fra et enkelt gen. Der kan således dannes flere beslægtede proteiner fra et enkelt gen og et enkelt mRNA-prækursor-transkript. Kontrollen af alternativ RNA-splejsning sker ved hjælp af et komplekst netværk af signalmolekyler. Hos mennesker er ~95 % af generne med mere end ét exon alternativt splejset.
Spørgsmål og svar
Spørgsmål: Hvad er en intron?
Svar: Et intron er en ikke-kodende sekvens i et gen, som fjernes ved RNA-splejsning for at få det endelige RNA-produkt af et gen.
Spørgsmål: Hvad er exoner?
Svar: Exoner er sekvenser af kodende DNA, som er samlet i det endelige RNA efter RNA-splejsning og koder for aminosyrer i det endelige polypeptid.
Spørgsmål: Hvor findes introner?
Svar: Introner findes i generne i de fleste organismer og i mange vira, herunder dem, der genererer proteiner, ribosomalt RNA (rRNA) og transfer-RNA (tRNA).
Spørgsmål: Hvornår finder RNA-splejsning sted?
Svar: RNA-splejsning finder sted efter transkription og før oversættelse.
Spørgsmål: Hvad gør introner?
Svar: Introns er dele af et gen, som kasseres; det er ikke-fungerende bits.
Spørgsmål: Hvad gør exoner?
Svar: Exons er dele af et gen, som udtrykkes; de koder for aminosyresekvenser i et protein.
Spørgsmål: Hvem opdagede introner?
Svar: Opdagelsen af introner førte til Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1993 til Phillip Sharp og Richard Roberts. Udtrykket intron blev indført af den amerikanske biokemiker Walter Gilbert.
Søge