Интрон — участок ДНК, которая является частью гена, но в отличие от экзонов, не содержит информации о последовательности аминокислот белка.

Последовательность нуклеотидов, соответствует интрона, удаляется с транскрибированной с него РНК в процессе сплайсинга до того, как состоится трансляция (считывание белка). Интроны характерны для всех типов эукариотической РНК, но также найдены в небольшом количестве 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 по сравнению с другими позвоночными животными. С другой стороны, гены млекопитающих и цветковых растений часто содержат многочисленные интроны, которые могут быть значительно дольше экзонов.

Общие сведения

Хотя интроны и не несут информации о последовательности аминокислот в белке, они иногда позволяют альтернативный сплайсинг гена, таким образом, разделенных интроном участки могут комбинироваться в разной последовательности, производя различные варианты белка с одной гена. Контроль сплайсинга мРНК и, в результате, выбор конечного продукта, выполняется широким разнообразием сигнальных молекул. Интроны также иногда содержат «устаревший код» секции гена, вероятно когда-то был частью белка, но потом перестал использоваться.

В целом считается, что последовательность интронов является участком ДНК без определенной функции. Однако сейчас это подвергается сомнению: известно, что интроны содержат несколько коротких последовательностей, которые важны для эффективного сплайсинга. Точный механизм действия этих интронных энхансер еще недостаточно известен, но считается, что они служат обязательными участками эффективного синтеза белков, стабилизирующих сплайсосому. Также возможно, что вторичная структура РНК, сформирована с использованием последовательности интронов, также имеет эффект на сплайсинг, интронная последовательность при одном альтернативном сплайсинга становится экзонных при другом. Последовательности «устаревшего кода», с другой стороны, в большинстве случаев действительно является «эволюционными артефактами».

Первое описание интрона было сделано в 1977 году Филиппом Шарпом и Ричардом Робертсоном независимо друг от друга, за что вины были награждены Нобелевской премией по физиологии и медицине в 1993 году. Термин «интрон» ввел американский биохимик Уолтер Гилберт (англ. Walter Gilbert) в 1978 году.

Некоторые интроны, например интроны группы I и II, фактически является рибозимами, которые способны к катализа слуги собственного сплайсинга с первичной копии РНК. За это открытие Чех Томас получил Нобелевскую премию по химии, которую он разделил в 1989 году с Сиднеем Алтмана. Кроме того, интроны могут участвовать в экспрессии генов.

Классификация интронов

Сейчас классифицированы четыре группы интронов:

  • Ядерные интроны
  • Интроны группы I
  • Интроны группы II
  • Интроны группы III

Иногда интроны группы III также относят к группе II, потому что они похожи по струкурами и функциям. Ядерные или спалайсосомни интроны подвергаются сплайсинга при помощи сплайсосома и малых ядерных РНК (snoRNA). В последовательности РНК, содержащей ядерные интроны, есть специальные сигнальные последовательности, которые узнаются сплайсосома.

Интроны I, II и III групп способны к автосплайсингу и встречаются реже, чем сплайсосомни интроны. Интроны II и III группы похожи друг на друга и имеют сходную вторичную структуру. Они обладают свойствами, похожими на свойства сплайсосома и, вероятно, является ее эволюционными предшественниками. Интроны I группы, которые случаются у бактерий и простейших, — единственный класс интронов, что требует присутствия несвязанного гуанидинового нуклеотида. Их вторичная структура отличается от вторичной структуры интронов II и III группы.

Эволюция интронов

Существуют две альтернативные теории, объясняющие происхождение и эволюцию сплайсосомних интронов. Это так называемые теории ранних интронов (РИ) и поздних интронов (ПИ). Теория РИ предусматривает, что многочисленные интроны присутствовали в общих предках представителей всех доменов жизни и, соответственно, очень старыми структурами. Согласно этой модели, интроны были практически утрачены с генома прокариот. Также она предусматривает, что ранние интроны способствовали рекомбинации экзонов, представляющих домены белков. ПИ предлагает, что интроны появились в генах относительно недавно, и были инсертовани (вставлены) в геном после разделения организмов на отдельные домены. Эта модель основывается на наблюдении, что сплайсосомни интроны встречаются только у эукариот.

Идентификация

Почти все эукариотические ядерные интроны начинаются с GU и заканчиваются на AG (правило AG-GU).