Introni: kaj so, kako delujejo in zakaj so pomembni

Intron je nekodirajoče zaporedje v genu. Gre za katero koli nukleotidno zaporedje znotraj gena, ki se odstrani pri spajanju RNK, da dobimo končni izdelek RNK gena. Izraz intron se nanaša tako na zaporedje DNK v genu kot na ustrezno zaporedje v transkriptih RNK.

Zaporedja kodirajoče DNK, ki se po spajanju RNK združijo v končno RNK, so eksoni. Eksoni običajno kodirajo aminokisline v končnem polipeptidu oziroma beljakovini, vendar lahko vsebujejo tudi nerkodirajoče regije, kot so 5' in 3' nedelujoči konci.

Introni so prisotni v genih večine evkariontnih organizmov in številnih virusov. Lahko se pojavljajo v genih, ki kodirajo beljakovine, ribosomsko RNK (rRNA) in prenosno RNK (tRNA). Rezanje RNA poteka po transkripciji in pred prevajanjem v beljakovine.

Introni: deli gena, ki se zavržejo: nedelujoči deli.
Eksoni: deli gena, ki se izražajo: deli gena, ki kodirajo aminokislinska zaporedja v beljakovini.

Kako introni delujejo (mehanizem spajanja)

Večina intronov se odstrani s kompleksnim procesom, ki ga imenujemo splicing. Pri evkariontih to opravi spliceosom — velika ribonukleoproteinska struktura, sestavljena iz majhnih jedrnih ribonukleoproteinov (snRNP, npr. U1, U2, U4, U5, U6) in številnih beljakovin. Spliceosom prepozna konsenzusne signale na mejah introna (običajno 5' končna dvojica GU in 3' končna dvojica AG ter značilno mesto s »branch point« adeninom). Med spajanjem se intron zloži v zanko (lariat), nato pa se izreže in eksoni združijo.

Poleg spliceosoma obstajajo tudi samospajajoči introni (npr. skupini I in II), ki so ribozimi in se lahko odstranijo brez proteinov.

Vrste intronov

Klasični evkariontski introni, ki jih odstranjuje spliceosom (GU–AG introni so najpogostejši).
Samospajajoči introni (group I in group II), ki so sposobni samopostrežnega izrezovanja.
Različne dolžine in zapletenosti: introni so lahko zelo kratki (nekaj deset baz) ali zelo dolgi (tisoče baz), odvisno od organizma in gena.

Zakaj so introni pomembni

Alternativno spajanje: Prisotnost intronov omogoča, da iz enega pre-mRNA nastane več različnih izrezkov z različnimi kombinacijami eksonov. Tako se poveča raznolikost proteomov iz omejenega števila genov.
Regulacija izražanja: Introni lahko vsebujejo regulatorne elemente (enhancerje, silencerje) ali motive za vezavo beljakovin in RNA, ki vplivajo na stopnjo transkripcije, obdelavo RNK, transport in stabilnost.
Vir nekodirajočih RNA: Nekateri introni so izvor majhnih RNA (npr. snoRNA, microRNA), ki imajo lastne regulacijske funkcije.
Evolucijska vloga: Introni olajšajo preureditve genetike (eksone lahko delujejo kot moduli), omogočajo akumulacijo mutacij brez neposrednega škodljivega učinka na beljakovino in lahko služijo kot mesta vstavljanja mobilnih elementov.
Klinčna izpostavitev: Napake v spajanju (mutacije v intronskih ali eksonskih splicing signalih) so vzrok za številne genske bolezni. Razumevanje spajanja je zato pomembno za diagnostiko in razvoj terapij (npr. antisense oligonukleotidi, ki spreminjajo spanje).

Razlike med organizmi

Gostota in dolžina intronov se močno razlikujeta med vrstami. Evkarionti, zlasti višji organizmi (rastline, žuželke, sesalci), imajo pogosto številne in dolge introne. Prokarionti (bakterije) na splošno intronov nimajo ali jih imajo zelo malo. Nekateri virusi imajo introne v svojih genomih, še posebej tisti, ki okužijo evkarionte.

Zgodovina odkritja

Za odkritje intronov sta Phillip Sharp in Richard Roberts leta 1993 prejela Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino. Izraz intron je uvedel ameriški biokemik Walter Gilbert.

Raziskave intronov so še vedno aktivno področje genetike in molekularne biologije — od osnovnega razumevanja mehanizmov spajanja do njihove uporabe v biotehnologiji in medicini.

Spliceosom odstrani introne iz prepisanega segmenta pre-mRNA (zgoraj). To se imenuje "spajanje". Ko so introni odstranjeni (spodaj), je zrelo zaporedje mRNA pripravljeno za prevajanje.

Biološki pomen

O intronih je še veliko neodgovorjenih vprašanj. Ni jasno, ali introni opravljajo kakšno posebno funkcijo ali so sebična DNK, ki se razmnožuje kot parazit.

Nedavne študije celotnih evkariontskih genomov so pokazale, da se dolžina in gostota (intronov/gena) intronov med sorodnimi vrstami precej razlikujeta. Poznamo štiri ali pet različnih vrst intronov. Nekateri introni predstavljajo mobilne genetske elemente (transpozone).

Alternativno spajanje intronov znotraj gena omogoča nastanek različnih izoform beljakovin iz enega gena. Tako lahko iz enega gena in enega prekurzorskega zapisa mRNA nastane več sorodnih beljakovin. Nadzor nad alternativnim spajanjem RNA izvaja zapletena mreža signalnih molekul. Pri ljudeh je ~ 95 % genov z več kot enim eksonom alternativno spajkanih.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je intron?

O: Intron je nekodirajoče zaporedje v genu, ki se odstrani s spajanjem RNK, da dobimo končni izdelek RNK gena.

V: Kaj so eksoni?

O: Eksoni so zaporedja kodirajoče DNK, ki se po spajanju RNK združijo v končno RNK in kodirajo aminokisline v končnem polipeptidu.

V: Kje najdemo introne?

O: Introne je mogoče najti v genih večine organizmov in številnih virusov, vključno s tistimi, ki ustvarjajo beljakovine, ribosomsko RNA (rRNA) in transferno RNA (tRNA).

V: Kdaj poteka cepljenje RNK?

O: Spajanje RNA poteka po transkripciji in pred prevajanjem.

V: Kaj počnejo introni?

O: Introni so deli gena, ki se zavržejo; to so nedelujoči deli.

V: Kaj počnejo eksoni?

O:Eksoni so deli gena, ki se izražajo; kodirajo aminokislinska zaporedja v beljakovini.

V:Kdo je odkril introne?

O:Za odkritje intronov sta Phillip Sharp in Richard Roberts leta 1993 prejela Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino. Izraz intron je uvedel ameriški biokemik Walter Gilbert.