Esonium – Definition, Struktur, Funktion (2023)

Was sind Introns?

• Introns sind Sequenzen, die in Eukaryoten zwischen zwei Exons existieren. Sie kodieren Proteine ​​nicht direkt. Sie werden entfernt, bevor mRNA in Protein übersetzt wird. Daher werden diese Introns getrennt.
• Introns sind nicht-kodierende TeileNukleotid, nicht gut erhalten. Daher ist die Entfernung von Introns notwendig, um die Bildung defekter Proteine ​​zu verhindern.
• Introns wurden 1977 entdecktentkalkte Nukleosaccharid-NukleinsäureDie Sequenz wird zum ersten Mal vorgestellt.
• Obwohl reife eukaryotische mRNA-Moleküle bekanntermaßen kürzer sind als das Elterntranskript, wurde angenommen, dass die Enden des Transkripts einfach abgeschnitten waren.
• Bei der Sequenzierung beider Molekültypen stellte sich heraus, dass dies nicht der Fall war. Die meisten gelöschten Transkripte stammten aus Kernregionen, nicht aus Gliedmaßen.
• Dies hat zu umfangreichen Studien zu intronischen Löschungen in Transkripten und ihren möglichen Funktionen geführt.
• Es wurde festgestellt, dass die Häufigkeit von Introns in verschiedenen Genomen innerhalb des Spektrums lebender Tiere stark variiert. Introns kommen relativ häufig in den Kerngenomen von Wirbeltieren mit Kiefern wie Menschen und Mäusen vor, wo proteinkodierende Gene fast immer mehrere Introns enthalten, und Introns kommen in den Kerngenen einiger Eukaryoten häufig vor. Darunter, wie z. B. Bäckerhefe, sind selten. Brauerei (Saccharomyces cerevisiae).
• Im Gegensatz dazu sind die mitochondrialen Genome von Wirbeltieren völlig frei von Introns, aber die mitochondrialen Genome eukaryontischer Bakterien können mehrere Introns enthalten.
• Ein extremes Beispiel ist das Drosophila dhc7-Gen, das ein 3,6 Megabasen (Mb) großes Intron enthält und dessen Transkription etwa drei Tage dauert.
• Laut einer Studie aus dem Jahr 2015 ist das kürzeste bekannte Metazoen-Intron 30 Basenpaare (bp) lang und gehört zum menschlichen MST1L-Gen.
• Die kürzesten bekannten Introns finden sich in Heterociliaten wie Stentor coeruleus, wo die Mehrheit (>95 %) 15 oder 16 bp lang ist.

Ursprung der Introns

• Die Evolution nutzte das Vorhandensein von Introns in Genen, um alternatives Spleißen als Methode zur Regulierung der Genexpression zu entwickeln.
• Durch Exon-Shuffling können auch neue Gene entstehen, indem Exons in unterschiedlichen Konfigurationen gemischt werden. Mehrere dieser Gene sind bei Säugetieren vorhanden.
• Es ist jedoch weniger klar, woher die Introns ursprünglich kamen. Es werden zwei Fälle vorgestellt.
• Nach der ersten Theorie, der Exon-Theorie, sind Introns in den Genen der Vorfahren vorhanden, aus denen alle Lebensformen entstanden sind.
• Diese Introns konnten sich möglicherweise trennen. Nach der Trennung der drei Königreiche, Eubakterien undArchaeenSie haben viel Mut verloren.
• Eine andere Idee ist, dass Introns eine Art transponierbares Element sind, das sich in Gene hinein und aus ihnen heraus bewegen kann, die nicht immer Introns haben.
• Introns der Klasse II können nach symbiotischen Ereignissen, die Mitochondrien und Chloroplasten erzeugen, in Kerngene eindringen. Diese Hypothese wird durch die Tatsache gestützt, dass der zweite Satz von Introns zu bestimmten Stellen innerhalb des Gens springen kann.
• Beide Theorien werden durch verschiedene Arten von Beobachtungen gestützt, und beide können teilweise zutreffen.

Typ einfügen

Gruppe-I-Introns, Gruppe-II-Introns, Prä-mRNA-Introns und Transfer-RNA-Introns sind die vier Arten von Introns.

1. Da ist die erste Gruppe drinnen

• Es handelt sich um Riesenribozyme, die ihre eigene Ausschneidung aus mRNA-, tRNA- und rRNA-Vorläufern katalysieren.
• Die Sekundärstruktur von Gruppe-I-Introns besteht aus Neunringketten, die zum Spleißen notwendig sind.
• mRNAs, tRNAs und rRNAs aus Mitochondrien-, Chloroplasten- und Kerngenomen, Phagen und Eubakterien von Wirbellosen enthalten alle Introns der Gruppe I.
• Alle Introns der Gruppe I falten sich auf die gleiche Weise.
• Tomas Cech untersuchte Introns der Gruppe I und stellte fest, dass sie in Abwesenheit aller Proteine ​​gelöscht werden können.
• Aus dieser Entdeckung entstand die IdeeRNaseUnd hatte großen Einfluss auf unser Verständnis der Entwicklung des Lebens auf der Erde. Tomas Cech und Sidney Altman erhielten 1989 gemeinsam den Nobelpreis für die Entdeckung, dass eine andere Form von RNA, RNAse P, die Spaltung von tRNA-Vorläufern katalysieren kann.

2. Interne Struktur der Gruppe II

• rRNA, tRNA und mRNA enthalten ebenfalls selbstspleißende Ribozyme, obwohl sie sich auf andere Weise vernetzen als Introns der Gruppe I.
• Darüber hinaus erfordert das Spleißen von Gruppe-II-Introns die Entwicklung von Lariat-Strukturen.
• Introns der Gruppe II wurden in Cyanobakterien und Proteobakterien sowie in Mitochondrien und Chloroplasten beobachtet.
• Darüber hinaus weisen alle Introns der Gruppe II ein ähnliches Faltungsmuster auf.
• Wie Introns der Gruppe I können sich Introns der Gruppe II selbst zusammensetzen. Diese Proteine ​​sind für das In-vivo-Spleißen von Introns der Gruppen I und II erforderlich.
• Prä-mRNA-Introns und Gruppe-II-Introns könnten aufgrund ihrer ähnlichen Exzisionsmechanismen evolutionär verwandt sein. Wenn ja, könnte die snRNA von einem Gruppe-II-Intron stammen.

3. Spleißen von Introns/nuklearen Prä-mRNA-Introns

• Sie sind das Herzstück proteinkodierender Gene, aus denen Mitochondrien Introns entfernen.
• Kernprä-mRNA-Introns (kumulative Introns) sind durch das Vorhandensein einzigartiger Intronsequenzen an Intron-Exon-Grenzen gekennzeichnet.
• Diese Sequenzen werden vom Matrix-RNA-Molekül erkannt, wenn der Spleißvorgang beginnt.
• Darüber hinaus enthalten sie einen Verzweigungspunkt, eine spezifische Nukleotidsequenz nahe dem 3'-Ende des Introns, die beim Spleißen kovalent an das 5'-Ende des Introns bindet, was zu einem Lariat-Intron-Leader führt.
• Abgesehen von diesen drei kurzen konservierten Komponenten ist die Sequenz nuklearer Prä-mRNA-Introns sehr vielfältig.
• Pränukleäre prä-mRNA-Introns sind oft deutlich länger als ihre umgebenden Exons.

4. Übertragung intronischer RNA

• Sie sind in tRNA-Genen vorhanden und müssen durch Proteine ​​(Enzyme) entfernt werden.
• Das Besondere an den tRNA-Introns ist, dass sie von einem Enzym entfernt werden, das die RNA spaltet. Anschließend phosphorylieren andere Enzyme die beiden Hälften der tRNA (Proteinkinase) und rekombinieren.

Intronstruktur

• Im Allgemeinen sind Introns deutlich länger als Exons. Sie können 90 % eines Gens ausmachen und sind über 10.000 Nukleotide lang. Mehr als 90 % der menschlichen Gene enthalten Introns, und ein typisches Gen enthält 9 Introns.
• DNA-Segmente, die mit bestimmten Nukleotidsequenzen beginnen und enden, werden Introns genannt. Als Grenze zwischen Introns und Exons werden diese Sequenzen als Spleißstellen bezeichnet.
• Die Unterscheidung zwischen kodierender und nicht-kodierender DNA ist für die Entwicklung funktioneller Gene von entscheidender Bedeutung.
• Beim Menschen und den meisten anderen Wirbeltieren beginnen Introns bei 5' GUA und enden bei 3' CAG.
• Introns von Wirbeltieren und Wirbellosen enthalten zusätzliche konservierte Sequenzen, einschließlich Verzweigungspunkten, die an der Bildung des Kehlkopfes (Schleife) beteiligt sind.

Intron-Funktion

• Es wurde gezeigt, dass Introns möglicherweise eine Schlüsselrolle bei der Genregulation und -expression spielen, obwohl sie einst als „Junk-DNA“ galten und es in gewissem Maße immer noch sind.
• Möglichkeit der Kreuzung und Rekombination zwischen Geschwistern aufgrund von Introns, die Gene verlängernChromosomAufzug.
• Dies führt durch Duplikationen, Deletionen und Exon-Shuffling zu neuen genetischen Varianten. Darüber hinaus ermöglichen Introns alternatives Spleißen.
• Da Exons auf unterschiedliche Weise hergestellt werden können, kann ein einzelnes Gen mehrere Proteine ​​kodieren.

zu teilen

• Die RNA-Polymerase transkribiert das gesamte Gen, einschließlich Introns und Exons, in ein rohes mRNA-Transkript namens prä-mRNA oderheterogene Kern-RNAWährend der Transkription (hrRNA).
• Da Introns nicht transkribiert werden, müssen sie vor der Übersetzung entfernt werden. Beim Spleißen handelt es sich um den Prozess der Entfernung von Introns und der Verbindung von Exons in reifen mRNA-Molekülen im Zellkern.
• Introns enthalten viele mit dem Spleißen verbundene Regionen, einschließlich Spleißerkennungsstellen.
• Diese Stellen ermöglichen das Spleißen, um Intron-Exon-Grenzen zu erkennen.
• Diese Stellen werden von kleinen nuklearen Ribonukleoproteinen (snRNPs) erkannt. mRNAzu teilenDabei handelt es sich um eine Ansammlung von snRNPs, die zu einem Spleiß zusammenkommen.

Zerlegungsschritte

Die Trennung erfolgt in drei Schritten:

1. Am 5'-Ende des Introns wird die Phosphodiesterbindung zwischen Exon und GU durchtrennt. Das snRNP (U1) enthält eine Sequenz, die zur 5'-Spleißstelle komplementär ist, wo es bindet, um die Spaltung auszulösen.
2. Erstellen Sie Lasso- oder Schleifenstrukturen. Nahe dem 3'-Ende des Introns verbindet sich das freie 5'-Ende des Introns mit einem Verzweigungspunkt, einer konservierten Sequenz. U2 stellt eine Verbindung zum Zweig her und rekrutiert U1, um das Lasso zu starten. Am Verzweigungspunkt bildet sich dann eine Phosphodiesterbindung zwischen dem freien 5'-G und A, wodurch ein Lariat entsteht.
3. Die Phosphodiesterbindung zwischen dem zweiten Exon und dem 3'-AG des Introns wird aufgebrochen.

Es ist ungewiss, wie snRNPs und Spleißen bestimmen, an welche Erkennungsstellen gebunden werden sollen, da Introns Tausende von Basenpaaren umfassen können und es an anderen Stellen im Gen viele kryptische Spleißstellen mit Erkennungssequenzen gibt. Es wird angenommen, dass bestimmte Proteine ​​(z. B. SR-Proteine), Verstärker und Schalldämpfer beteiligt sind. Auch menschliche Krankheiten werden mit Schalldämpfern in Verbindung gebracht.

Milzersatz

• Introns und die Spleißmaschinerie ermöglichen auch die Produktion alternativer Genprodukte in einem Prozess, der als alternatives Spleißen bekannt ist.
• Jedes einzelne Gen besteht aus zwei oder mehr Exons, was mehrere Möglichkeiten für die Exon-Assemblierung bietet.
• Durch alternatives Spleißen können zwischen zwei und Hunderten verschiedener mRNAs entstehen.
• Alternatives Spleißen ist bei einigen Arten üblich, bei anderen jedoch selten. Es ist in mehr als 80 Prozent der menschlichen Gene vorhanden, jedoch nur in drei Genen von Saccharomyces cerevisiae (Hefe).

Alternativer Spleißschritt

Alternatives Spleißen kann auf verschiedene Arten erfolgen:

1. Ausnahme umgehen:Exon-Skipping tritt auf, wenn ein (oder mehrere) Exons in der endgültigen mRNA fehlen.
2. Wurzelkanalkonservierung:Aufgrund unsachgemäßen Spleißens verbleiben einige Introns in der endgültigen mRNA.
3. Alternative Spleißstelle: Beim Spleißen werden ein oder mehrere Exons und Teile der Introns eliminiert.

Literaturverzeichnis

• https://www.genome.gov/genetics-glossary/Intron
• https://www.biologyonline.com/dictionary/intron
• https://en.wikipedia.org/wiki/Intron
• https://www.news-medical.net/life-sciences/What-are-introns-and-exons.aspx
• https://biologydictionary.net/intron/
• https://www.expii.com/t/what-are-introns-definition-role-in-transcription-10213
• https://educationalgames.nobelprize.org/educational/medicine/dna/a/splicing/introns.html
• https://www.aatbio.com/resources/faq-frequently-asked-questions/What-are-the-types-of-introns
• https://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Nucleic_Acid/RNA/RNA_modification/Introns#:~:text=There%20are%20four%20types%20of,splices%20itself%20out%20of%20genes。