stringtranslate.com

Экзон

Интроны удаляются, а экзоны соединяются в процессе сплайсинга РНК. РНК могут быть мРНК или некодирующими РНК.

Экзон — это любая часть гена , которая будет формировать часть окончательной зрелой РНК , произведенной этим геном после того, как интроны были удалены путем сплайсинга РНК . Термин экзон относится как к последовательности ДНК внутри гена, так и к соответствующей последовательности в транскриптах РНК. При сплайсинге РНК интроны удаляются, а экзоны ковалентно соединяются друг с другом в рамках генерации зрелой РНК . Так же, как весь набор генов для вида составляет геном , весь набор экзонов составляет экзом .

История

Термин экзон происходит от экспрессируемой области и был придуман американским биохимиком Уолтером Гилбертом в 1978 году: «Понятие цистрона ... должно быть заменено понятием транскрипционной единицы, содержащей области, которые будут утрачены из зрелого мессенджера — которые я предлагаю называть интронами (для внутригенных областей) — чередующиеся с областями, которые будут экспрессироваться — экзонами». [1]

Это определение изначально было сделано для транскриптов, кодирующих белок, которые сплайсируются перед трансляцией. Позднее этот термин стал включать последовательности, удаленные из рРНК [2] и тРНК [3] и других некодируемых РНК [4] , а также позднее он использовался для молекул РНК, происходящих из разных частей генома, которые затем лигируются путем транс-сплайсинга. [5]

Вклад в геномы и распределение размеров

Хотя одноклеточные эукариоты, такие как дрожжи, либо не имеют интронов, либо имеют очень мало, многоклеточные животные и особенно геномы позвоночных имеют большую долю некодирующей ДНК . Например, в геноме человека только 1,1% генома охвачено экзонами, тогда как 24% находится в интронах, а 75% генома представляет собой межгенную ДНК . [6] Это может обеспечить практическое преимущество в здравоохранении с использованием омикс -технологий (например, в прецизионной медицине ), поскольку это делает коммерциализированное секвенирование всего экзома меньшей и менее дорогостоящей задачей, чем коммерциализированное секвенирование всего генома . Большое различие в размере генома и C-значении между формами жизни создало интересную проблему, называемую загадкой C-значения .

Среди всех эукариотических генов в GenBank в среднем было (в 2002 году) 5,48 экзонов на ген, кодирующий белок. Средний экзон кодировал 30-36 аминокислот . [7] В то время как самый длинный экзон в геноме человека имеет длину 11555 п.н. , было обнаружено несколько экзонов длиной всего 2 п.н. [8] Сообщалось об экзоне из одного нуклеотида в геноме Arabidopsis . [9] У людей, как и в случае с мРНК , кодирующей белок , большинство некодирующих РНК также содержат несколько экзонов [10]

Структура и функции

Экзоны в предшественнике информационной РНК (пре-мРНК). Экзоны могут включать как последовательности, кодирующие аминокислоты (красные), так и нетранслируемые последовательности (серые). Интроны — те части пре-мРНК, которые не находятся в мРНК — (синие) удаляются, а экзоны соединяются (сплайсингуются) для формирования конечной функциональной мРНК. 5′ и 3′ концы мРНК помечены для дифференциации двух нетранслируемых областей (серые).

В генах, кодирующих белок, экзоны включают как последовательность, кодирующую белок, так и 5′- и 3′- нетранслируемые области (UTR). Часто первый экзон включает как 5′-UTR, так и первую часть кодирующей последовательности, но экзоны, содержащие только области 5′-UTR или (реже) 3′-UTR, встречаются в некоторых генах, т. е. UTR могут содержать интроны. [11] Некоторые некодирующие РНК- транскрипты также имеют экзоны и интроны.

Зрелые мРНК, происходящие из одного и того же гена, не обязательно включают одни и те же экзоны, поскольку различные интроны в пре-мРНК могут быть удалены в процессе альтернативного сплайсинга .

Экзонизация – это создание нового экзона в результате мутаций в интронах . [12]

Экспериментальные подходы с использованием экзонов

Захват экзона или « захват гена » — это метод молекулярной биологии , который использует существование интрон-экзонного сплайсинга для поиска новых генов. [13] Первый экзон «захваченного» гена сплайсируется в экзон, содержащийся во вставочной ДНК. Этот новый экзон содержит ORF для репортерного гена , который теперь может быть экспрессирован с использованием энхансеров , контролирующих целевой ген. Ученый знает, что новый ген был захвачен, когда репортерный ген экспрессируется.

Сплайсинг можно экспериментально модифицировать так, чтобы целевые экзоны исключались из зрелых транскриптов мРНК путем блокирования доступа малых ядерных рибонуклеопротеиновых частиц (мяРНП), направляющих сплайсинг, к пре-мРНК с помощью антисмысловых олигонуклеотидов морфолино . [14] Это стало стандартной техникой в ​​биологии развития . Олигонуклеотиды морфолино также можно нацеливать на предотвращение связывания молекул, регулирующих сплайсинг (например, усилителей сплайсинга, супрессоров сплайсинга), с пре-мРНК, изменяя паттерны сплайсинга.

Распространенное неправильное использование термина

Распространенные неверные использования термина экзон — это «экзоны кодируют белок», или «экзоны кодируют аминокислоты», или «экзоны транслируются». Однако такие определения охватывают только гены, кодирующие белок , и опускают те экзоны, которые становятся частью некодирующей РНК [15] или нетранслируемой области мРНК . [16] [17] Такие неверные определения все еще встречаются в авторитетных вторичных источниках. [ 18 ] [19]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Gilbert W (февраль 1978). "Почему гены разделены на части?". Nature . 271 (5645): 501. Bibcode : 1978Natur.271..501G. doi : 10.1038/271501a0 . PMID  622185.
  2. ^ Kister KP, Eckert WA (март 1987). «Характеристика аутентичного промежуточного продукта в процессе самосплайсинга рибосомальной РНК-предшественника в макронуклеусах Tetrahymena thermophila». Nucleic Acids Research . 15 (5): 1905–20. doi :10.1093/nar/15.5.1905. PMC 340607. PMID  3645543 . 
  3. ^ Valenzuela P, Venegas A, Weinberg F, Bishop R, Rutter WJ (январь 1978). «Структура генов дрожжевой фенилаланиновой тРНК: промежуточный сегмент ДНК в области, кодирующей тРНК». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 75 (1): 190–4. Bibcode :1978PNAS...75..190V. doi : 10.1073/pnas.75.1.190 . PMC 411211 . PMID  343104. 
  4. ^ Хан, MR; Веллингер, RJ; Лоран, B (август 2021 г.). «Изучение альтернативного сплайсинга длинных некодирующих РНК». Trends in Genetics . 37 (8): 695–698. doi :10.1016/j.tig.2021.03.010. PMID  33892960. S2CID  233382870.
  5. ^ Liu AY, Van der Ploeg LH, Rijsewijk FA, Borst P (июнь 1983 г.). «Транспозиционная единица вариантного поверхностного гликопротеинового гена 118 Trypanosoma brucei. Наличие повторяющихся элементов на его границе и отсутствие последовательностей, связанных с промотором». Журнал молекулярной биологии . 167 (1): 57–75. doi :10.1016/S0022-2836(83)80034-5. PMID  6306255.
  6. ^ Venter JC ; et al. (2000). "Последовательность генома человека". Science . 291 (5507): 1304–51. Bibcode :2001Sci...291.1304V. doi : 10.1126/science.1058040 . PMID  11181995.
  7. ^ Сахаркар М., Пассетти Ф., де Соуза ДЖ. Э., Лонг М., де Соуза С. Дж. (2002). «ExInt: база данных экзонов и интронов». Nucleic Acids Res . 30 (1): 191–4. doi :10.1093/nar/30.1.191. PMC 99089. PMID  11752290 . 
  8. ^ Сахаркар МК; Чоу ВТ; Кангюан П. (2004). «Распределение экзонов и интронов в геноме человека». In Silico Biol . 4 (4): 387–93. PMID  15217358.
  9. ^ Го Лэй, Лю Чунь-Мин (2015). «Однонуклеотидный экзон, обнаруженный в Arabidopsis». Scientific Reports . 5 : 18087. Bibcode :2015NatSR...518087G. doi :10.1038/srep18087. PMC 4674806 . PMID  26657562. 
  10. ^ Дерриен, Т; Джонсон, Р.; Буссотти, Дж; Танзер, А; Джебали, С; Тилгнер, Х; Гернек, Г; Мартин, Д; Меркель, А; Ноулз, генеральный директор; Лагард, Дж; Виравалли, Л; Руан, Х; Руан, Ю; Лассманн, Т; Карнинчи, П; Браун, Дж. Б.; Липович, Л; Гонсалес, Дж. М.; Томас, М; Дэвис, Калифорния; Шихаттар, Р; Гингерас, ТР; Хаббард, Ти Джей; Нотредам, К; Харроу, Дж; Гиго, Р. (сентябрь 2012 г.). «Каталог длинных некодирующих РНК человека GENCODE v7: анализ их структуры генов, эволюции и экспрессии». Геномные исследования . 22 (9): 1775–89. doi : 10.1101/gr.132159.111. PMC 3431493. PMID  22955988 . 
  11. ^ Бикнелл, А.А. (декабрь 2012 г.). «Интроны в НТР: почему мы должны прекратить их игнорировать». BioEssays . 34 (12): 1025–1034. doi : 10.1002/bies.201200073 . PMID  23108796. S2CID  5808466.
  12. ^ Сорек Р. (октябрь 2007 г.). «Рождение новых экзонов: механизмы и эволюционные последствия». РНК . 13 (10): 1603–8. doi :10.1261/rna.682507. PMC 1986822. PMID  17709368 . 
  13. ^ Duyk G. M; Kim SW; Myers R. M; Cox D. R (1990). «Захват экзонов: генетический скрининг для идентификации транскрибированных последовательностей-кандидатов в клонированной геномной ДНК млекопитающих». Труды Национальной академии наук . 87 (22): 8995–8999. Bibcode : 1990PNAS...87.8995D. doi : 10.1073 /pnas.87.22.8995 . PMC 55087. PMID  2247475. 
  14. ^ Morcos PA (июнь 2007 г.). «Достижение целенаправленного и количественно определяемого изменения сплайсинга мРНК с помощью олигонуклеотидов морфолино». Biochemical and Biophysical Research Communications . 358 (2): 521–7. doi :10.1016/j.bbrc.2007.04.172. PMID  17493584.
  15. ^ Хан, MR; Веллингер, RJ; Лоран, B (август 2021 г.). «Изучение альтернативного сплайсинга длинных некодирующих РНК». Trends in Genetics . 37 (8): 695–698. doi :10.1016/j.tig.2021.03.010. PMID  33892960. S2CID  233382870.
  16. ^ Lu, J; Williams, JA; Luke, J; Zhang, F; Chu, K; Kay, MA (январь 2017 г.). «5'-некодирующий экзон, содержащий сконструированный интрон, усиливает экспрессию трансгена из рекомбинантных векторов AAV in vivo». Human Gene Therapy . 28 (1): 125–134. doi :10.1089/hum.2016.140. PMC 5278795 . PMID  27903072. 
  17. ^ Chung, BY; Simons, C; Firth, AE; Brown, CM; Hellens, RP (19 мая 2006 г.). «Влияние интронов 5'UTR на экспрессию генов у Arabidopsis thaliana». BMC Genomics . 7 : 120. doi : 10.1186/1471-2164-7-120 . PMC 1482700 . PMID  16712733. 
  18. ^ "Exon". Genome.gov . Архивировано из оригинала 2023-03-16 . Получено 2023-03-23 ​​.
  19. ^ "Exon". www.nature.com . Scitable. Архивировано из оригинала 2023-03-23 ​​. Получено 2023-03-23 ​​.

Библиография

Внешние ссылки

Найдите значение слова «экзон» в Викисловаре, бесплатном словаре.