Intron (genetika): definíció, funkció és jelentőség
Intron (genetika): Mit jelent az intron? Ismertető a definícióról, működésről, RNS-splicingről és biológiai jelentőségéről — részletes, érthető magyarázat.
Intron egy olyan, nem kódoló nukleotidszekvencia egy génben, amelyet az RNS-splicing során eltávolítanak, hogy a gén végső RNS-termékét létrehozzák. Az intron kifejezés mind a génen belüli DNS-szekvenciára, mind az átírt RNS-ben szereplő megfelelő szekvenciára vonatkozik.
Szerkezet és típusok
Az intronok hossza és szerkezete nagyban változhat: rövid, néhány nukleotidból álló szakaszoktól több ezer bázispár hosszúságúakig terjedhetnek. Általánosan megkülönböztetjük:
- splicesomos (U1–U6 RNS-fehérje komplex által kivágott) intronokat, amelyek a legtöbb eukarióta fehérjegént érintik;
- önmagukat kivágó, ún. csoport I és csoport II intronokat, amelyek elvégzik a self-splicing-et enzimatikus segítség nélkül vagy minimális kofaktorral;
- tRNS- és rRNS-génekben található intronokat, amelyek szerkezetükben és eltávolításuk módjában eltérhetnek a fehérje-kódoló gének intronjaitól.
RNS-splicing és mechanizmus
Az intronok eltávolítása az átírás után, de a transzláció előtt történik. Az eukariótákban az intronok kivágása általában a spliceszóma nevű nukleoprotein komplex közreműködésével zajlik, amely felismeri az intron határait (5' donor, 3' acceptor és branch point). Egyes intronok önkivágó mechanizmussal rendelkeznek (csoport I és II), míg prokariótákban az intronok ritkábbak és más mechanizmusok is előfordulhatnak.
Funkciók és biológiai jelentőség
Bár az intronok nem kódolják közvetlenül a fehérjék aminosav-szekvenciáját, több fontos szerepük van:
- Alternatív splicing: egy génből többféle mRNS-variánst hozhatnak létre az exonok különböző kombinációival, így növelik a proteom komplexitását;
- Transzkripciós és poszt-transzkripciós szabályozás: intronokban helyezkedhetnek el szabályozó elemek (enhancer, silencer), amelyek befolyásolják a gén kifejeződését;
- Intron-medialt enhansment (IME): bizonyos intronok jelenléte növelheti a gén átírásának hatékonyságát;
- helyszínt biztosítanak evolúciós variációnak: intronokba beépülő transzpozonok, ismétlődő elemek vagy mutációk hozzájárulnak a genom változatosságához;
- akut szerep nem-kódoló RNS-ek forrásaként: intronokból származó rövid RNS-ek (például miRNS-ek előalakjai) funkcionális molekulákká dolgozódhatnak fel.
Eloszlás és evolúció
Az intronok előfordulása fajonként és géncsoportonként eltérő. Általánosságban elmondható, hogy az eukarióta genomokban sok intron található, míg a legtöbb baktériumban és archeában intronok ritkák. Az intronok eredetére és evolúciójára vonatkozó elméletek közé tartozik az intron későbbi bekerülése (intron-late) és a korai intronos modell (intron-early). A rövidebb és kevésbé intronos gének gyakoriak a gyorsan proliferáló vagy kompakt genetikai rendszerekben.
Klinikai jelentőség és kutatás
Intronmutációk hatással lehetnek a splicingra, ami hibás mRNS-ekhez és kóros fehérjékhez vezethet. Számos öröklődő betegség és rák esetében az alternatív vagy hibás splicing fontos szerepet játszik. A splicing hibáinak felismerése és javítása modern terápiás megközelítések (például antiszensz oligonukleotidok) célpontja lehet.
Gyakorlati megfigyelések
Röviden összefoglalva:
- Intronok: a gén elvetett részei: nem működő bitek — bár nem kódolják a fehérje aminosav-szekvenciáját, fontos szabályozó és evolúciós szerepük van.
- Exonok: a gén kifejeződő részei: a gén azon részei, amelyek a fehérje aminosav-szekvenciáit kódolják.
Az intronok felfedezéséért Phillip Sharp és Richard Roberts 1993-ban élettani vagy orvosi Nobel-díjat kapott. Az intron kifejezést Walter Gilbert amerikai biokémikus vezette be.
Rövid tipp a további olvasáshoz: az intronok és a splicing részletes megértéséhez érdemes áttekinteni a spliceszóma felépítését, az alternatív splicing molekuláris szabályozóit és a klinikai példákat, ahol splicing hibák betegségekhez vezetnek.
A spliceoszóma eltávolítja az intronokat az átírt pre-mRNS szegmensből (fent). Ezt nevezzük "splicing"-nek. Az intronok eltávolítása után (alul) az érett mRNS-szekvencia készen áll a transzlációra.
Biológiai jelentés
Az intronokkal kapcsolatban számos megválaszolatlan kérdés van. Nem világos, hogy az intronok valamilyen speciális funkciót töltenek-e be, vagy önző DNS-ről van szó, amely parazitaként szaporodik.
A teljes eukarióta genomokon végzett legújabb vizsgálatok kimutatták, hogy az intronok hossza és sűrűsége (intronok/gén) jelentősen eltér a rokon fajok között. Az intronoknak négy vagy öt különböző fajtája létezik. Egyes intronok mozgó genetikai elemeket (transzpozonokat) képviselnek.
A géneken belüli intronok alternatív splicingje lehetővé teszi, hogy egyetlen génből többféle fehérjeizoforma jöjjön létre. Így egyetlen génből és egyetlen prekurzor mRNS-transzkriptumból több rokon fehérje keletkezhet. Az alternatív RNS-splicing szabályozását jelzőmolekulák komplex hálózata végzi. Emberben az egynél több exonnal rendelkező gének ~95%-a alternatív splicinggel rendelkezik.
Kérdések és válaszok
K: Mi az az intron?
V: Az intron egy nem kódoló szekvencia egy génben, amelyet az RNS-splicing során eltávolítanak, hogy megkapják a gén végső RNS-termékét.
K: Mik azok az exonok?
V: Az exonok olyan kódoló DNS-szekvenciák, amelyek az RNS-splicing után kapcsolódnak össze a végső RNS-ben, és a végső polipeptidben lévő aminosavakat kódolják.
K: Hol találhatók intronok?
V: Intronok a legtöbb szervezet és számos vírus génjeiben találhatók, beleértve a fehérjéket, a riboszomális RNS-t (rRNS) és a transzfer RNS-t (tRNS) létrehozó géneket is.
K: Mikor történik az RNS-splicing?
V: Az RNS-splicing a transzkripció után és a transzláció előtt zajlik.
K: Mire szolgálnak az intronok?
V: Az intronok a gén elvetett részei; ezek nem működő bitek.
K: Mit csinálnak az exonok?
V: Az exonok a gén azon részei, amelyek kifejeződnek; a fehérje aminosav-szekvenciáit kódolják.
K:Ki fedezte fel az intronokat ?
V: Az intronok felfedezéséért Phillip Sharp és Richard Roberts 1993-ban élettani vagy orvosi Nobel-díjat kapott. Az intron kifejezést Walter Gilbert amerikai biokémikus vezette be.
Keres