Intron stanowi fragment genu , który jest transkrybowany w RNA , w prekursorowych RNA, i który jest następnie usuwany z zaprogramowanym procesem wycinania i który nie jest w związku z tym znajdują się w dojrzałym RNA. Introny znajdują się głównie w genach kodujących białka , gdzie są obecne w pre-informacyjnym RNA i wycinane w dojrzałym mRNA . Dlatego introny są regionami niekodującymi . Introny znajdują się również w genach kodujących niekodujące RNA, takie jak rybosomalne RNA lub transferowe RNA .
Gen wyposażony w introny nazywany jest genem nieciągłym , fragmentem genów lub mozaiką genów .
Proces wycinania intronów nazywa się splicingiem . Segmenty RNA, które są zatrzymywane po splicingu intronów, nazywane są eksonami .
Introny występują głównie w genach kodujących białka organizmów eukariotycznych . Geny eukariotyczne składają się z przemienności eksonów i intronów, rozpoczynających się i kończących na eksonie. Na przykład :
Exon 1 - Intron 1 - Exon 2 - Intron 2 -… - Intron n -1 - Exon n
Po transkrypcji The syntetyzowane prekursor RNA ulegnie szereg modyfikacji oraz łączenia , w którym to introny wycina z RNA . W eksonów będzie ze swej strony być przyszyty dać dojrzały RNA przez ten sklejania mechanizmu . Otrzymamy zatem RNA typu Exon 1 - Exon 2 - Exon 3 - ... - Exon n
Dlatego introny nie odgrywają żadnej roli w funkcji dojrzałego RNA (translacja mRNA na białko , inkorporacja rRNA do rybosomu , itp.), Tak więc ich ewentualna funkcja pozostaje trudna do chwili obecnej. Ich najważniejszą rolą jest umożliwienie kombinatoryki podczas splicingu. Umożliwia to pewnym genom kodowanie kilku białek lub wariantów tego samego białka poprzez alternatywne składanie tego samego pre-informacyjnego RNA . Pozwala to, na przykład, niektórym retrowirusom na wytwarzanie kilku mRNA, a tym samym kilku białek wirusowych z pojedynczego promotora transkrypcji, a zatem z pojedynczego pre-mRNA.
Rozmiar intronów jest bardzo zmienny, od kilkudziesięciu par zasad do kilkudziesięciu tysięcy. Średnia wielkość różni się w zależności od gatunku i ma tendencję do zwiększania się wraz z rozmiarem genomu.
Rzadziej introny znajdują się również w pewnych genach archeobakterii i prokariotów . Są to introny określonego typu, zwane intronami samosplicingowymi.
Odkrycie intronów jest zasługą Phillipa Allena Sharpa i Richarda Robertsa , którzy w 1993 roku otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny . Po raz pierwszy zaobserwowali je w przekaźnikowych RNA adenowirusów w 1976 roku, na krótko przed tym, jak zespół Pierre'a Chambona znalazł je również w przekaźnikowych RNA komórkowych, takich jak owoalbumina . To Walter Gilbert wynalazł w 1978 r. Nazwę intron dla tych niekodujących sekwencji wstawionych między regiony kodujące: Intron to skurcz INTragenic RegiON .
Istnieją trzy główne mechanizmy splicingu intronów, które zależą od natury rozważanego intronu: składanie intronów przez spliceosom , maszyneria rybonukleoproteinowa działająca w trans , autokatalityczne introny, które są rybozymami zdolnymi do wycinania się w układzie trans autonomicznym w cis oraz splicing przez specyficzne nukleazy .
Najpowszechniejszą metodą składania intronów pre-messengerowych RNA u eukariontów jest splicing spliceosomów. Spliceosom składa się z pięciu cząstek zwanych małą jądrową rybonukleoproteiną (angielska mała jądrowa rybonukleoproteina lub snRNP). Każdy snRNP składa się z określonego RNA ( snRNA lub małego jądrowego RNA) i kilku białek połączonych w kompleksy. Te różne sRNA nazywane są U1, U2, U4, U5 i U6. Całość tworzy duży kompleks, który łączy się na intronie w celu wykonania splicingu.
Aby te cząstki były w stanie precyzyjnie zidentyfikować introny i ich połączenia z eksonami wewnątrz genu, sekwencja nukleotydowa zawiera motywy konsensusu w miejscu połączenia intron-ekson, co pozwala na ich identyfikację. Każdy intron ma na swoich końcach (5 'i 3') sekwencję, która będzie następnie rozpoznawana przez sRNA, a następnie cięta: w 5 'znajduje się sekwencja „GURAGU” (konsensus), aw 3' sekwencja „CAG” . ”. Te dwie sekwencje są miejscami cięcia intronu. Ponadto introny wycinane przez spliceosomy zawierają sekwencję wewnątrz intronu zwaną „ramką rozgałęziającą”, niezbędną do splicingu. Sekwencja 5 'jest również nazywana sekwencją dawcy.
Wycięcie intronu przez spliceosom jest dość specyficzne: kompleks rozszczepi intron przez transestryfikację wiązania fosfodiestrowego na jego końcu 5 ', aby ponownie dołączyć go na poziomie rozgałęzienia poprzez utworzenie niezwykłego wiązania 5'-2' fosfodiestru i utwórz pętlę RNA w kształcie lassa. Sekwencja rozszczepienia 3 'jest następnie rozpoznawana i przechodzi drugą reakcję transestryfikacji. Koniec 3'-OH górnego egzonu, uwolniony w pierwszym etapie, atakuje wiązanie fosfodiestrowe na styku intronu i dolnego egzonu. Powoduje to utworzenie wiązania fosfodiestrowego 5'-3 'między dwoma eksonami i uwolnienie wyciętego intronu w postaci lassa. Ostatecznie intron ulega specyficznej reakcji rozłączenia, która otwiera strukturę lassa na poziomie wiązania fosfodiestrowego 5'-2 ', zanim zostanie zdegradowany przez nukleazy.
Po wycięciu wszystkich intronów pre-mRNA staje się mRNA (dojrzały informacyjny RNA) gotowy do translacji po wyeksportowaniu do cytoplazmy.
Introny samosplicingowe to specjalne introny zdolne do samodzielnego składania się, bez działania cząsteczek trans , takich jak spliceosom. Mają silną strukturę i są wyposażone w katalityczną aktywność typu rybozymu, który zapewnia splicing. Istnieją dwie główne klasy intronów samosplicingowych, w zależności od ich organizacji strukturalnej i mechanizmu działania. Nazywa się je intronami grupy I i intronami grupy II . Te dwa typy intronów mają wspólną zasadę dwuetapowego mechanizmu, z dwoma kolejnymi transestryfikacjami, najpierw po stronie 5 'intronu, która uwalnia 3'-OH z górnego egzonu, który działa jak nukleofil do przenoszenia z drugiej transestryfikacji z dalszym egzonem.
Strukturalna i funkcjonalna bliskość między spliceosomem a intronami grupy II doprowadziła do hipotezy, że obecny spliceosom wyewoluowałby z intronu grupy II, który uległby autonomizacji, jednocześnie uzyskując zdolność do działania w układzie trans .
Introny samosplicingowe znajdują się w niektórych bakteriach i eukariotach, szczególnie w genomie organelli komórkowych ( mitochondriów ).
U eukariotów określone introny znajdują się w transferowych RNA, zlokalizowanych w pętli antykodonowej, które są składane w wyniku działania określonych białek jądrowych. Intron, którego długość waha się od 14 do 60 nukleotydów, zawsze znajduje się bezpośrednio w 3 'antykodonie. Najpierw jest wycinany przez specyficzną nukleazę tRNA, a następnie dwa końce tRNA są zszywane ligazą tRNA. Ostatecznie produkt tej reakcji zawiera dodatkowy 2'-fosforan, który jest usuwany przez fosfotransferazę.
Introny są również czasami znajdowane w bakteryjnych tRNA, ale są one samosplicingowymi intronami grupy II.
Pochodzenie intronów i ich scenariusz pojawienia się w Evolution były przedmiotem dyskusji od czasu ich odkrycia. Zaproponowano dwie główne hipotezy wyjaśniające, że introny wycięte przez spliceosom są obecne tylko u eukariontów:
Wczesna hipoteza przewiduje, że pozycja intronów w genach została ustalona na wczesnym etapie ewolucji i musi być zachowana między gatunkami. Analiza genomiczna, która rozwijała się od 2000 roku, sugeruje, że prawdopodobny scenariusz jest mieszaniną dwóch hipotez, zgodnie z którymi obecne introny eukariontów pojawiłyby się bardzo wcześnie, z intronów samosplicingu grupy II, z których pochodziłby spliceosom .