Для чего нужны интроны
Интрон
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
Классификация 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
Существуют две альтернативные теории, объясняющие 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).
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).
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.
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
Размер интронов очень варьируется, от нескольких десятков пар оснований до нескольких десятков тысяч. Средний размер варьируется между видами и имеет тенденцию к увеличению с увеличением размера генома.
Резюме
Исторический
Сплайсинг интронов
Сплайсосомный сплайсинг интронов
Вырезание интрона сплайсосомой довольно специфично: комплекс расщепляет интрон путем переэтерификации фосфодиэфирной связи на его 5′-конце, чтобы повторно присоединить его на уровне разветвленного бокса, образуя необычную связь 5′-2′-фосфодиэфир. и образуют петлю РНК в форме лассо. Затем 3′-последовательность расщепления распознается и подвергается второй реакции переэтерификации. 3′-ОН конец вышележащего экзона, высвобождаемый на первом этапе, атакует фосфодиэфирную связь на стыке интрона и нижележащего экзона. Это приводит к образованию 5′-3′-фосфодиэфирной связи между двумя экзонами и высвобождению вырезанного интрона в форме лассо. В конце концов, интрон претерпевает специфическую реакцию разрыва, которая открывает структуру лассо на уровне 5′-2′-фосфодиэфирной связи, прежде чем будет разрушен нуклеазами.
Когда все интроны вырезаны, пре-мРНК становится мРНК (зрелой информационной РНК), готовой к трансляции после экспорта в цитоплазму.
Самосплайсинговые интроны
Самосплайсинговые интроны обнаруживаются у некоторых бактерий и эукариот, особенно в геноме клеточных органелл ( митохондрий ).
Интрон-специфические нуклеазы
У эукариот определенные интроны обнаруживаются в транспортных РНК, расположенных в петле антикодона, которые сплайсируются под действием определенных ядерных белков. Интрон, длина которого колеблется от 14 до 60 нуклеотидов, всегда располагается непосредственно на 3 ‘от антикодона. Сначала она вырезается специфической тРНК-нуклеазой, затем два конца тРНК сшиваются тРНК-лигазой. Наконец, продукт этой реакции включает дополнительный 2’-фосфат, который удаляется фосфотрансферазой.
Интроны также иногда обнаруживаются в бактериальных тРНК, но они представляют собой самосплайсинговые интроны группы II.
Происхождение и эволюция интронов
Происхождение интронов и сценарий их появления в Evolution является предметом обсуждения с момента их открытия. Были предложены две основные гипотезы, объясняющие, что интроны, вырезанные сплайсосомой, присутствуют только у эукариот: