ЗРЕЕНЕ НА РНК (ПРОЦЕСИНГ)
РНК, която слиза от ДНК-матрицата, се нарича първичен транскрипт или пре-РНК. Някои РНК не могат да работят в този си вид. Превръщането на първичния транскрипт във функционално годна РНК се нарича зреене или процесинг (processing, англ. – преработване).
1. Зреене при прокариотите
Прокариотните рРНК и тРНК се синтезират включени в твърде дълги РНК-вериги. Зреенето им се състои най-вече в изрязване на излишните части от съответни ензими – рибонуклеази (РНази). Понякога те разпознават първичната структура, но много по-често – характерната вторична структура на бъдещата активна част от транскрипта. Някои от ензимите са ендонуклеази (хидролизират връзки във вътрешността на веригата). Други са 3'-екзонуклеази (откъсват нуклеотиди един по един откъм 3'-края). Всички те при хидролизата оставят фосфата към 5'-хидроксилната група, т.е. 5'-краят е фосфорилиран, а 3'-краят – хидроксилиран, както биха се получили и при синтеза.
В прокариотната рибозома са включени три вида рРНК – 16S, 23S и 5S. Тези числа са седиментационни коефициенти и показват скоростта, с която дадената частица се утаява при центрофугиране. Коефициентът зависи от плътността и обема и не е адитивен. Гените за трите рРНК се презаписват заедно в една транскрипционна единица. Първичният препис се разрязва на 3 индивидуални предшественика. Те се подкъсяват от двата края, докато се получат зрели рРНК.
Освен изрязване зреенето на рРНК включва и метилиране. Засяга се главно 2’-мястото на рибозата, но и базите, най-вече аденинът.
Някои прокариотни тРНК също се получават по 2 или повече в един транскрипт, а всички имат излишни "висулки" по двата си края. Зреенето протича аналогично.
Както и при рРНК, молекулата на тРНК се подлага на известно химично модифициране. При това в тРНК (и само там) преобразуванията засягат значителна част (ок. 10%) от нуклеотидите и са разнообразни и сложни. Някои от тях са необходими за функцията на молекулата, а други най-вероятно просто я защитават от рибонуклеази.
Прокариотните мРНК не зреят – синтезират се във вид, годен за незабавна употреба.
Някои от участващите в зреенето рибонуклеази съдържат като кофактор къса верига РНК. Същото важи и за други ензими, които действат върху нуклеинови киселини на специфични места. Специфичността на ензима се определя от комплементарно свързване на РНК-кофактора със субстрата. Понякога РНК помага и при самата катализа. В зреенето на прокариотните тРНК участва ензимът РНаза Р. В клетката той действа само като комплекс от белтък и РНК. In vitro при повече магнезиеви йони катализата се осъществява и от РНК без помощта на белтъка. Такива РНК с каталитично действие се наричат рибозими (названието ензим се запазва за белтъчните биокатализатори).
2. Зреене при еукариотите
Всички еукариотни РНК освен някои от най-малките подлежат на процесинг. Зреенето протича на мястото на синтезата. Повечето синтезирани в ядрото РНК функционират в цитозола, но не се допускат там, докато зреенето не завърши.
2.1. Зреене на рРНК
Еукариотната рибозома съдържа 4 рРНК – 28S, 18S, 5,8S и 5S. Първите три се синтезират в състава на общ първичен транскрипт – предшественик с коефициент на седиментация 45S. Още върху него се прикрепят метилови групи, които се запазват в зрелите рРНК. Метилацията е по-усилена, отколкото при прокариотните рРНК. Към 45S РНК се присъединяват и някои от рибозомните белтъци, синтезирани в цитоплазмата и проникнали в ядрото през порите.
За да се получат трите по-големи рРНК, предшественикът се подлага на специфична нуклеазна атака. Част от него не се включва в в нито една от зрелите рРНК и се разгражда. Схема на зреенето на 45S пре-рРНК е дадена на http://www.ncbi.nlm.nih.gov:80/books/bv.fcgi?tool=bookshelf&call=bv.View..ShowSection&searchterm=45S&rid=cell.figgrp.1722.
Описаните процеси протичат в ядърцето.Там постъпва и 5S-рРНК, синтезирана на друго място (само нейният ген не е в нуклеоларния организатор). С рРНК се свързват и останалите рибозомни белтъци и така се изграждат рибозомните субчастици. Те преминават в цитоплазмата и едва там стават годни за белтъчна синтеза.
При ресничестото едноклетъчно Tetrahymena thermophila зреенето на рРНК включва още един етап. Той заслужава внимание, макар че рибозомните гени на инфузориите не са тема, способна да заинтригува всеки. Генът за 28S рРНК при Tetrahymena има "излишни" последователности не само по краищата, а и в средата си. Генът е прекъснат от участък, който трябва да се изреже от транскрипта, а парчетата от двете му страни да се съединят. Повечето еукариотни гени за разлика от прокариотните са "накъсани". Кодиращи участъци се редуват с ДНК, която обикновено не кодира нищо, а в редки случаи кодира нещо съвсем друго. Кодиращите участъци се наричат екзони, а некодиращите – интрони. Процесингът при накъсаните гени трябва да остави в техните РНК-продукти само кодиращите области. Изрязването на интроните от първичния транскрипт и свързването на екзоните се нарича снаждане или сплайсинг. (Понятията екзон и интрон се използват както за гена, така и за транскрипта. Когато става дума за снаждане, подразбира се само РНК!)
Обикновено снаждането се извършва от рибонуклеопротеинов комплекс, наречен сплайсозома. Интронът на рРНК от Tetrahymena е необикновен с това, че се изрязва сам. Той е първият установен случай на пълноценен рибозим – РНК, която катализира реакция без помощта на белтък. Схема на снаждането му може да се види на http://www.ncbi.nlm.nih.gov:80/books/bv.fcgi?tool=bookshelf&call=bv.View..ShowSection&searchterm=self&rid=cell.figgrp.345.
Известни са и няколко други РНК, които се снаждат автокаталитично. Има два установени механизма, показани на http://www.ncbi.nlm.nih.gov:80/books/bv.fcgi?tool=bookshelf&call=bv.View..ShowSection&searchterm=self&rid=cell.figgrp.1716. Интронът на рРНК на Tetrahymena спада към т. нар. самоснаждащи се интрони от І група, които се изрязват с помощта на един свободен гуанозинов нуклеотид. Другият механизъм включва образуване на ласоподобна структура, защото 5’-краят на интрона, след като бъде отрязан, се извива назад и се свързва с определен участък близо до 3’-края на интрона. Ласото включва рядко срещана фосфодиестерна връзка (2'-5'). Така се изрязват т. нар. самоснаждащи се интрони от ІІ група. Както ще видим по-долу, от двата механизма вторият е бил по-обстойно разработен в хода на еволюцията.
Интрон в гена за 28S рРНК се открива и в някои други видове, а понякога само в отделни популации на вида. При човека липсва.
2.2. Зреене на тРНК
Еукариотните тРНК зреят, общо взето, като прокариотните. Има обаче два допълнителни етапа. Всички зрели тРНК завършват с тринуклеотида ЦЦА, за който се прикрепя аминокиселината. При прокариотите той се получава при презаписването. При еукариотите ЦЦА липсва в гена. Специален ензим го добавя към 3'-края на РНК след транскрипцията.
Другата особеност е, че някои еукариотни гени за тРНК имат един интрон. Снаждането протича на два етапа – ендонуклеазно разкъсване и РНК-лигазно свързване с участието на АТФ. Участващите ензими разпознават не последователност, а пространствена (вторична или може би третична) структура.
Макар че при еукариотите зреят всички типове РНК, и тук тРНК държат първенството за най-усилено и сложно посттранскрипционно модифициране. Зреенето на другите РНК често включва такъв процес, но се засягат малко места и реакциите са прости, най-вече метилиране на база или рибоза.
2.3. Зреене на мРНК
Измежду еукариотните РНК матричните са продукт на най-сложно зреене. Първичните транскрипти на РНК-полимераза II се наричат хетерогенна ядрена РНК поради широкия обхват на размерите им. Двата им края се подлагат на ковалентни модификации, а средната им част – на сплайсинг.
Почти веднага след като РНК-полимераза II започне транскрипцията, към подалия се 5'-край на РНК друг ензим присъединява ГТФ. Отделят се фосфат и пирофосфат и се образува особена връзка – 5'-5' трифосфатна (гуанозинът и РНК се свързват "глава с глава"). По-късно гуанинът се метилира, както и рибозата на първия презаписван нуклеотид, а обикновено и на втория. Модифицираната структура на 5’-края се нарича шапка, а получаването й – кепиране (cap, англ. – поставям шапка) или шапкуване.
По-малко подробна, но по-прегледна схема на шапката е дадена на http://www.ncbi.nlm.nih.gov:80/books/bv.fcgi?tool=bookshelf&call=bv.View..ShowSection&searchterm=cap&rid=cell.figgrp.1010.
3'-краят на хетерогенната ядрена РНК се модифицира по друг начин. При гените за мРНК последователността ААТААА служи като сигнал за край на транскрипта. (Но не и за край на транскрипцията – терминаторът е доста по-нататък.) Ензим разпознава сигнала ААУААА в РНК и прави разрез 10 – 30 нуклеотида след него. После добавя към новообразувания 3'-край между 100 и 200 аденилатни остатъка – процес, наречен полиаденилиране. Получава се т. нар. полиА-опашка. Докато шапката е задължителна, опашката нормално липсва при няколко мРНК. Такива са мРНК за хистоните.
Ензимите, които прикачат шапката и опашката, по някакъв начин взаимодействат с РНК-полимераза II, защото транскриптите на другите РНК-полимерази не се модифицират.
Хетерогенната ядрена РНК е дълга от 2 до 20 килобази (средно 6 кб), а зрялата мРНК – от 0,5 до 3 кб, средно ок. 1,5 кб. Разликата се дължи на сплайсинга. Повечето гени за белтъци съдържат интрони, обикновено няколко на брой и сумарно по-дълги от екзоните. Понеже се изрязват от сплайсозоми, интроните в гените за белтъци се наричат сплайсозомни интрони. Първите данни за тях са получени чрез електронномикроскопско наблюдение на хибриди ДНК – мРНК. Тъй като зрялата РНК е комплементарна само на екзоните, интроните в ДНК се подават встрани като примки.
Сплайсозомните интрони се отличават с характерни къси нуклеотидни последователности:
Консервативни последователности на сплайсозомните интрони. Н означава произволен нуклеотид. Задължителните нуклеотиди са дадени на жълт фон. В пре-мРНК, разбира се, Т е заменен с У.
Вижда се, че безусловно задължителни са само първите и последните два нуклеотида от интрона, бележещи двете места на снаждане, и един аденинов нуклеотид близо до 3’-края. Той е в т. нар. място на разклоняване – точката, където откъснатият 5’-край на интрона се свързва и образува ласо.
Сплайсингът на пре-мРНК за разлика от този на тРНК се основава на разпознаване на нуклеотидна последователност на ниво първична структура. Това става с помощта на т. нар. малки ядрени РНК (мяРНК). Те са дълги от 100 до 300 нуклеотида и не само се синтезират в ядрото, а и за разлика от другите РНК остават и функционират там. In vivo се свързват с белтъци до мяРНП (малки ядрени рибонуклеопротеини). мяРНП и самите мяРНК се означават с U и номер, например U2. Те се присъединяват към транскрипта в определен ред още докато той се синтезира и така се образува сплайсозомата.
Някои от РНК-компонентите на сплайсозомата разпознават границите екзон – интрон. Например U1, която първа от елементите на сплайсозомата се свързва с пре-мРНК, съдържа последователност, комплементарна на 5’-мястото на снаждане (деветте нуклеотида в края на екзона и началото на интрона). Двете места на снаждане трябва да се намерят и срежат с точност до нуклеотид, иначе зрялата мРНК няма да се транслира успешно.
Схема на снаждането на сплайсозомен интрон може да се види например на http://www.ncbi.nlm.nih.gov:80/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=cell.figgrp.1709. По своя механизъм на изрязване, включващ ласо, сплайсозомните интрони напомнят самоснаждащите се интрони от ІІ група и се смята, че са произлезли от тях. По-късно в еволюцията каталитично активните части на интрона са се отделили като малки РНК със самостоятелни гени.
Целият от ДНК до зряла мРНК е даден на долната схема. Разбира се, нарисуваната цялостна необработена пре-мРНК е абстракция – в действителност процесингът на 5’-края започва още преди 3’-краят да е синтезиран.
Докато не узрее, хетерогенната ядрена РНК не може да напусне ядрото. Ядрените пори не пропускат РНК, върху която има сплайсозоми. Освен това мРНК, които подлежат на полиаденилиране, могат да излязат от ядрото само "махайки с опашка". Разбира се, хистоновите мРНК, които поначало са без опашка, също се транслират в цитоплазмата. По някакъв начин ядрената обвивка ги отличава от останалите мРНК.
И в ядрото, и в цитоплазмата мРНК е свързана с белтъци в РНП-комплекс. Белтъците обаче са различни. Подмяната става при излизането през порите. Схема и снимка на РНП-частицата в този момент е дадена на http://www.ncbi.nlm.nih.gov:80/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=cell.figgrp.1718.
3. Регулация на зреенето на еукариотната мРНК
При еукариотите експресията на гените за белтъци се регулира и на етап зреене. Докато контролът на транскрипцията става по системата "всичко или нищо", при зреенето въпросът е не само дали ще протече или не, а и по какъв начин ще протече. Засега обаче само наблюдаваме контрола на зреенето и почти нямаме данни за механизмите му.
Значителна част от хетерогенната ядрена РНК така и не напуска ядрото, а се разгражда там изцяло. По някои оценки само около 50% от първичните транскрипти дават зрели мРНК, способни да преминат в цитоплазмата. Може би еукариотната клетка избягва да инактивира гените си, понеже трудно би ги активирала отново, ако потрябват. Ненужните в момента гени се транскрибират от време на време, но техните РНК-преписи е най-добре да се унищожат.
Когато зреенето все пак протече и се получи функционална мРНК, тя не винаги е една и съща. Понякога зреенето е алтернативно – има различни възможности за сплайсинг или/и полиаденилиране. мРНК може да бъде различно дълга и да включва различен набор от екзони. Обикновено след транслацията й се получават родствени белтъци (изоформи), които обаче се различават по някое важно свойство.
Антителата се образуват от клетки, наречени В-лимфоцити. Отначало антитялото е върху повърхността на В-клетката във вид на мембранен рецептор. Ако проникне антиген, към който това антитяло-рецептор има пространствено сродство, двете молекули се свързват със слаби връзки. В-лимфоцитът, на чиято повърхност става това, го усеща и се активира. В крайна сметка след делене и диференциране той дава многобройни крайно диференцирани В-лимфоцити, наречени плазмоцити. Те нямат рецептори, но в замяна на това секретират разтворими антитела. Рецепторът и разтворимото антитялоимат еднаква молекула с изключение на въглеродния край на тежката й верига. Там секретираното антитяло има къс хидрофилен пептид, а мембранносвързаното антитяло-рецептор – по-дълъг хидрофобен домен за закотвяне в мембраната.
Сравнение между В-лимфоцит, все още нестимулиран от подходящ антиген, и плазмоцит. Хидрофобният мембранен домен на антитялото-рецептор е даден в оранжево, а хидрофилният край на разтворимото антитяло – в жълто.
Транскриптът за тежката верига на антитялото има не едно, а две възможни места за полиаденилиране. Преди антигенната стимулация той се полиаденилира при второто място и затова е доста дълъг. Последният му екзон кодира хидрофобния домен. В плазмоцита, обратно, транскриптът се полиаденилира при първа възможност и става по-къс. Последният интрон присъства наполовина, а последният екзон липсва. Половината интрон не се изрязва, понеже за сплайсинг трябват и двата края на интрона. Оставайки в зрялата мРНК, той върши работата на екзон и транслацията продължава в неговата територия, докато срещне терминален кодон.
Алтернативно зреене на мРНК за имуноглобулиновата тежка верига: вляво – в нестимулираните В-лимфоцити, вдясно – в плазмоцитите. С малки изменения по Alberts et al. (1994).
В този пример мястото на полиаденилиране определя дали последният интрон ще се изреже или не. В други случаи обаче интрон може да не се изреже дори ако и двата му края са налице. И обратно, може заедно с два съседни интрона да се отстрани и заграденият между тях екзон. Това разнообразие не се дължи на грешки при снаждането, а се постига "преднамерено" и е начин да се регулира генната експресия. Възможността един първичен транскрипт да се снажда по 2 или повече начини се нарича алтернативен сплайсинг. При гените, регулирани по този начин, не винаги е ясно кое следва да се нарече екзон и кое – интрон.
Фибронектинът е един от най-важните белтъци на междуклетъчното вещество. Той се кодира от един ген, но има различни изоформи. Т. нар. клетъчен фибронектин, макар и хидрофилен, е слабо разтворим. След като се секретира от фибробласти и други типове клетки, той образува агрегати по повърхността им, взаимодейства с техни мембранни белтъци и с колагена от извънклетъчния матрикс и така подпомага клетъчната адхезия и миграция. Друга изоформа, наречена чернодробен или плазменфибронектин, е разтворима. Тя се секретира от чернодробните клетки в кръвната плазма и там участва в съсирването и улеснява фагоцитозата.
В първичния препис от фибронектиновия ген има 3 участъка, които се запазват в зрялата мРНК за клетъчния фибронектин, а от мРНК за плазмения фибронектин се изрязват заедно с “истинските” интрони. Съответно полипептидната верига на клетъчния фибронектин е по-високомолекулна от тази на плазмения и съдържа 3 допълнителни домена.
Откритието, че еукариотните гени са накъсани, модифицира понятието ген, но не налага неговото преразглеждане. Алтернативното снаждане обаче въвежда нови представи за гена. Ако за ген се смята дългият участък от ДНК, който се транскрибира, то на един ген може да съответства цяла група мРНК и белтъци с донякъде различни свойства и функции. Ако обаче ген се нарича всяко възможно съчетание от екзони, то трябва да се признае, че гените се припокриват, а понякога и се разполагат един в друг. Днес малцина биха се осмелили да предложат определение за ген, което да важи и за еукариотите. Генът става нещо като математическата точка – първично понятие, което се разбира от всички, но не подлежи на определение.
4. Зреене в органелите
Дрожденият митохондриален геном се разполага "нашироко". Два от гените – за цитохром b и една от субединиците на цитохромоксидазата – имат интрони. Те са рядък пример за интрони, които кодират белтък (макар и не този, който кодира самият ген). Интроните кодират ензими, които ги изрязват от транскрипта. Тези ензими се наричат матурази (от лат. maturo – карам да узрее).
В митохондриите на други видове и в някои хлоропласти има интрони, които се изрязват автокаталитично като рибозими.
Геномът на човешките митохондрии обаче е максимално сбит и не съдържа интрони. Двата големи транскрипта се нарязват от ендонуклеази на отделни молекули РНК. Излишните им части се разграждат изцяло. мРНК се полиаденилират, по което заприличват на ядрените. Шапки обаче не се слагат.
5. Произход и значение на накъсаните гени
Наличието на интрони в гена забавя експресията му и води до разход на енергия, доколкото нуклеотиди се включват в РНК само за да се изрежат оттам малко по-късно. Възниква въпросът каква е функцията на интроните в клетката и дали те не са “паразитни” ДНК-последователности, чието присъствие в генома е изгодно само на тях самите.
Самоснаждащите се интрони наистина имат вид на последователности, които съществуват заради самите себе си, а не заради гена. Много от тях кодират ензими, катализиращи тяхното вграждане на нови места в генома. Изобщо самоснаждащите се интрони притежават много (а често и всички) белези на подвижни генетични елементи – самовъзпроизвеждащи се паразитни ДНК-последователности, които ще разгледаме в един от следващите раздели. Те често се откриват и извън гените, в некодиращите области от ДНК.
Макар и слабо застъпени в кой да е конкретен геном, самоснаждащите се интрони са широко разпространени в живия свят. Както видяхме по-горе, интрони от І група се срещат в гените за големите рРНК при някои еукариоти. Освен това интрони както от І, така и от ІІ група се съдържат в различни органелни гени (макар и не в човешкия митохондриален геном), в някои прокариотни гени за рРНК и тРНК и в някои фагови гени. Интрони от ІІ група, макар и много рядко, се откриват и в прокариотни гени за белтъци.
“Обикновените” подвижни генетични елементи се разполагат изключително в некодиращите области и не разкъсват функционални гени. Това е логично: ако такъв елемент се внедри в работещ ген, ще попречи на експресията му, с което най-вероятно ще докара гибел на клетката и на себе си. Самоснаждащите се интрони обаче могат да се разполагат и в работещ ген, понеже чрез сплайсинг “спасяват” продукта му. Изрязването им от РНК им позволява да останат в ДНК. Те напомнят паразити, които отдавна еволюират съвместно със своя гостоприемник и са се адаптирали към него, понижавайки собствената си вирулентност.
Но докато самоснаждащите се интрони биха могли да бъдат “егоистична” ДНК, това едва ли важи за сплайсозомните интрони на еукариотите. Те явно са произлезли от интрони от ІІ група. Каталитично активните части на интрона са се отделили като малки РНК със самостоятелни гени. Участъците, кодиращи матурази, също са се превърнали в отделни гени за сплайсозомни белтъци (макар че е вероятно някои от сплайсозомните белтъци да имат независим произход и да са се присъединили към мяРНП допълнително). Освободени от задължението да се изрязват сами, интроните са натрупали мутации. Днес те нямат консервативни последователности освен трите къси участъка, посочени по-горе. Възниква въпросът защо еукариотната клетка им е позволила да претърпят такава еволюция и дори ги е “осиновила”, поемайки върху себе си тяхното снаждане. Освен това е странно как сплайсозомните интрони, които дори нямат свойства на подвижни генетични елементи, са били оставени да се вграждат на нови и нови места в генома, в резултат на което днес са най-многобройната група интрони. Отговор на тези въпроси дават някои изследвания върху строежа на белтъците и еволюцията на техните гени.
Както знаем, редица белтъци имат доменна структура – състоят се от няколко обособени участъка. Когато съответният ген е накъсан, често се оказва, че на границите между домените в зрялата мРНК отговарят граници между екзони. Пример за това са антителата, и то целите им молекули, а не само задният край на тежката верига. Както леката, така и тежката имуноглобулинова верига са съставени от домени с дължина около 110 аминокиселини и донякъде сходна първична и пространствена структура. Всеки домен се крепи от дисулфиден мост, сближаващ крайните му части. Леката верига се състои от 2 домена, а тежката – от 4 или 5 според класа (изотипа) на антитялото. Логичното обяснение е, че някога е имало само един малък ген, кодиращ домен-предшественик. Генът се е удвоявал многократно, като копията му са оставали близо едно до друго върху хромозомата и са били възприети и третирани като екзони.
Схема на молекулата на антитяло от клас IgG (разтворимо). С малки кръгчета са означени дисулфидните връзки. Отвесните черти в долния край отговарят на хидрофилния краен пептид, даден в жълто на две фигури по-горе.
Генът на фибронектина също носи следи от многократна дупликация на къси изходни последователности. Днес те са екзони и отговарят на отделни домени по дължината на полипептидната верига.
Макар че снаждането засяга РНК, интроните са предпочитани места за рекомбинации и в ДНК. Известни са много гени, които при даден вид съдържат интрони, а при друг вид (или дори друга популация от същия вид) са непрекъснати. Някои от тях бяха споменати по-горе. Тази разлика може да се дължи както на изрязване на интрон от ДНК, така и на вмъкване на интрон на ново място. Когато е възможно да се съди за времевия ход на събитията, обикновено изглежда, че примитивен е накъсаният ген, а вторична е липсата на интрони.
Често един домен на белтъка А прилича на домен от друг белтък В, но следващият домен на А наподобява домен на съвсем отделния белтък С. Няколко примера за такива белтъци са дадени на http://www.ncbi.nlm.nih.gov:80/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=cell.figgrp.379. Създава се впечатление, че някои гени са получени чрез удвояване и съчетаване на части от по-стари гени. Очевидно е, че за такъв творчески процес накъсаните гени са много по-удобни от цялостните. За да се получи непрекъснат ген чрез дупликация на друг непрекъснат ген или чрез съчетание на части от два непрекъснати гена, трябва срязването и повторното съединяване на ДНК-веригата да се извърши много точно. Както ще видим в следващия раздел, дори и един изгубен или вмъкнат нуклеотид променя рамката на четене на мРНК и така прави белтъка функционално негоден. Ако обаче участващите гени са прекъснати, достатъчно е разкъсаните и наново образувани фосфодиестерни връзки да са някъде по дължината на съответните интрони. Това е голямо предимство, доколкото в природата (за разлика от генно-инженерните лаборатории) фрагментите ДНК се разместват случайно, нецеленасочено и неконтролируемо. Интроните многократно увеличават шанса такъв случаен процес да доведе до полезен резултат. При това колкото повече и по-дълги са интроните, толкова по-добре.
Можем да предположим, че (самоснаждащите се) интрони са възникнали в примитивната клетка като паразитни последователности, но по-късно са й помогнали да сглоби някои от гените си. И двете събития трябва да са протекли в най-ранния период на еволюцията, много преди разделянето на прокариотите и еукариотите. Според този сценарий напредналите клетки са приели различно отношение към накъсаните гени. Предшествениците на съвременните прокариоти са се ориентирали към икономично и бързо размножаване. Веднъж събрали разумния набор от гени за такъв живот, те са се отървали от повечето си интрони. В съвременния прокариотен геном интроните са рядкост и дълги години се смяташе, че само еукариотните гени могат да бъдат накъсани..
Предшествениците на еукариотите, обратно, са трупали все по-богат геном, дори и за сметка на ефективността. При еукариотната геномна организация интроните не пречат забележимо, а за по-дълъг период се оказват и полезни. Освен ролята им за получаването на нови гени (което все пак е случайно и твърде рядко събитие) те са намерили и друго приложение – за контрол на генната експресия чрез алтернативно снаждане. Затова еукариотната клетка не само не се е освободила от интроните, а и е “разработила”нова тяхна разновидност – сплайсозомните интрони. Доколкото можем да съдим, сплайсозомни интрони едва ли някога са присъствали в прокариотните клетки или техните предшественици. Те принадлежат на еукариотната геномна организация.
Основни източници
Alberts B., D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, J.D. Watson. Molecular
Biology of the Cell. 3rd Edition. Garland Publishing Inc., New York, London,
1994. [Online] http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowSection&rid=cell
Cech T.K. (1986). The generality of self-splicing RNA: relationship
to nuclear mRNA splicing.Cell 44: 207-210.
Chu F.K., G. Maley, J. Pedersen-Lane, A.-M. Wang, F. Maley (1990).
Characterization of the restriction site of a prokaryotic intron-encoded
endonuclease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 3574-3578.
Gilbert S. (1997). The biochemistry of pre-mRNA splicing. [Online]
http://zygote.swarthmore.edu/rna2.html
Gilbert S.F. Developmental Biology. 6th Edition. Sinauer Associates,
Inc., Sunderland, USA, 2000. [Online] http://www.devbio.com/
Lewin B. Genes. John Wiley & Sons Inc., New York, 1983.
Sekiguchi K, Klos AM, Kurachi K, Yoshitake S, Hakomori S. (1986). Human
liver fibronectin complementary DNAs: identification of two different messenger
RNAs possibly encoding the alpha and beta subunits of plasma fibronectin.
Biochemistry 25: 4936-4941.
Staley J.P., C. Guthrie (1998). Mechanical devices of the spliceosome:
motors, clocks, springs, and things. Cell 92: 315-326.
URL http://www.mayamarkov.com/biology/07Zreene/07Zreene.htm
Публикувано 2003
Copyright © Майя Маркова