Exón

Pri RNA zostrihu sa odstránia intróny a exóny sa spoja dokopy.

Exón je akákoľvek časť génu, ktorá kóduje časť konečnej zrelej RNA produkovanej daným génom potom, čo z neho boli vystrihnuté všetky intróny. Termín "exón" sa používa na popis DNA sekvencie v rámci génu i jej korešpondujúcej sekvencie v transkribovanej RNA. Pri zostrihu RNA sa odstraňujú intróny a exóny sa kovalentne spoja dokopy, čím vzniká zrelá mRNA. Obdobne, ako všetky gény konkrétneho organizmu tvoria genóm, celá sada exónov tvorí exóm.

História

Názov "exón" pochádza zo slov "exprimovaný región" a bol poprvé použitý americkým biochemikom Walterom Gilbertom v roku 1978. Navrhol, aby sa pojem cistrón nahradil novými výrazmi - exón pre exprimované oblasti a intrón pre intragénové oblasti.[1]

Táto definícia bola pôvodne vytvorená pre transkripty kódujúce bielkoviny, ktoré pred transláciou podliehajú zostrihu. Neskôr sa k tejto definícii pridali i sekvencie odstránené z rRNA[2] a tRNA[3] a takisto na RNA molekuly majúce pôvod v rôznych častiach genómu, ktoré sa následne spájajú dokopy pri trans-splicingu.[4]

Príspevok ku genómu

Aj keď jednobunkové eukaryoty ako kvasinky buď intróny nemajú, alebo ich majú len málo, opak je pravdou pre mnohobunkovce a obzvlášť pre stavovce - veľká časť ich genómu je tvorená nekódujúcou DNA. V ľudskom genóme tvoria exóny len 1,1% genómu, zatiaľ čo intróny tvoria 24% a zvyšných 75% je intergénová DNA.[5] Toto je praktickou výhodou pre zdravotníctvo využívajúce omiky, pretože sekvenovanie exómu je jednoduchšia a lacnejšia záležitosť v porovnaní so sekvenovaním celého genómu.

Priemerný gén má 5,48 exónu (pri uvážení všetkých eukaryotických génov v GenBank, v roku 2002), pričom priemerný exón kóduje 30-36 aminokyselín. Najdlhší exón v ľudskom genóme má 11 555 bp, niekoľko exónov však má len 2 bp.[6] V genóme Arabidopsis bol nájdený exón tvorený jediným nukleotidom.[7]

Štruktúra a funkcia

Exóny v mRNA prekurzore (pre-mRNA). Exóny môžu obsahovať časti kódujúce aminokyseliny (červené) i neprekladané sekvencie (šedá). Intróny (tyrkysové) - časti pre-mRNA, ktoré nie sú súčastou mRNA - sú odstránené a exóny sa spoja dokopy, čím vzniká konečná zrelá mRNA. 5' a 3' konce sú označené na rozlíšenie dvoch neprekladaných oblastí (šedá).

Exóny v génoch kódujúcich proteíny obsahujú sekvencie kódujúce aminokyseliny i 5' a 3' neprekladané oblasti (UTR). Prvý exón zvyčajne zahŕňa 5'-UTR i prvú kódujúcu oblasť, ale v niektorých génoch sa nachádzajú exóny, ktoré obsahujú len oblasti 5'-UTR alebo (vzácnejšie) 3'-UTR, takže niektoré UTR môžu obsahovať intróny.[8] Niektoré nekódujúce RNA transkripty majú takisto exóny a intróny.

Zrelé mRNA pochádzajúce z jedného génu nemusia obsahovať vždy tie isté exóny, keďže z pre-mRNA môžu byť vystrihnuté rôzne intróny pri alternatívnom zostrihu.

Exonizácia je tvorba nového exóny vo výsledku mutácii v intrónoch.[9]

Experimentálne prístupy využívajúce exóny

Záchyt exónov alebo záchyt génov je molekulárne biologická technika, ktorá využíva existenciu intrón-exónového zostrihu na hľadanie nových génov.[10] Prvý exón "zachyteného" génu sa pri zostrihu spojí s exónom v pridanej DNA. Tento nový exón v pridanej DNA obsahuje ORF pre reportérový gén, ktorý následne môže byť exprimovaný použitím enhancerov. Ak sa tento gén exprimuje, je jasné, že došlo k záchytu nového génu.

Zostrih môže byť experimentálne upravený tak, aby boli zvolené exóny vynechané zo zrelého mRNA transkriptu. Toto je možné dosiahnuť blokovaním prístupu malých nukleárnych ribonukleoproteínovýc častíc (snRNPs, z anglického "small nuclear ribonucleoprotein particles"), ktoré riadia zostrih, k pre-mRNA použitím morfolínových oligomérov.[11] Toto je bežnou technikou využívanou vo vývojovej biológii. Morfolínové oligoméry sa tiež dajú využiť aby zabránili prístupu molekulám, ktoré regulujú zostrih (napr. enhancery či supresory zostrihu), viazať sa na pre-mRNA a tak ovplyvňovať zostrih.

Pozri aj

• Neprekladaná oblasť
• Zostrih (genetika)
• Gén
• Genóm

Zdroj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Exon na anglickej Wikipédii.

Referencie

Chemický portál Biologický portál

1. Gilbert W. Why genes in pieces?. Nature, February 1978, s. 501. DOI: 10.1038/271501a0. PMID 622185.
2. Characterization of an authentic intermediate in the self-splicing process of ribosomal precursor RNA in macronuclei of Tetrahymena thermophila. Nucleic Acids Research, March 1987, s. 1905–20. DOI: 10.1093/nar/15.5.1905. PMID 3645543.
3. Structure of yeast phenylalanine-tRNA genes: an intervening DNA segment within the region coding for the tRNA. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, January 1978, s. 190–4. DOI: 10.1073/pnas.75.1.190. PMID 343104.
4. The transposition unit of variant surface glycoprotein gene 118 of Trypanosoma brucei. Presence of repeated elements at its border and absence of promoter-associated sequences. Journal of Molecular Biology, June 1983, s. 57–75. DOI: 10.1016/S0022-2836(83)80034-5. PMID 6306255.
5. Venter J.C.. The Sequence of the Human Genome. Science, 2000, s. 1304–51. DOI: 10.1126/science.1058040. PMID 11181995.
6. Distributions of exons and introns in the human genome. In Silico Biol, 2004, s. 387–93. PMID 15217358.
7. Guo Lei, Liu Chun-Ming. A single-nucleotide exon found in Arabidopsis. Scientific Reports, 2015, s. 18087. DOI: 10.1038/srep18087. PMID 26657562.
8. Introns in UTRs: Why we should stop ignoring them.. BioEssays, December 2012, s. 1025–1034. DOI: 10.1002/bies.201200073. PMID 23108796.
9. Sorek R. The birth of new exons: mechanisms and evolutionary consequences. RNA, October 2007, s. 1603–8. DOI: 10.1261/rna.682507. PMID 17709368.
10. Exon Trapping: a Genetic Screen to Identify Candidate Transcribed Sequences in Cloned Mammalian Genomic DNA. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1990, s. 8995–8999. DOI: 10.1073/pnas.87.22.8995. PMID 2247475.
11. Morcos PA. Achieving targeted and quantifiable alteration of mRNA splicing with Morpholino oligos. Biochemical and Biophysical Research Communications, June 2007, s. 521–7. DOI: 10.1016/j.bbrc.2007.04.172. PMID 17493584.