Інтрон

**Інтрон** — гэта паслядоўнасць нуклеатыдаў у гене, якая не экспрэсуецца і не прысутная ў канчатковым прадукце РНК. Слова *інтрон* паходзіць ад тэрміна *intragenic* *region*, то-бок вобласць унутры гена. Тэрмін *інтрон* адносіцца як да паслядоўнасці ДНК у гене, так і да адпаведнай паслядоўнасці РНК у транскрыптах РНК. Неінтронныя паслядоўнасці, якія злучаюцца падчас працэсінгу РНК з фармаваннем спелай РНК, называюцца экзонамі.

Інтроны знаходзяцца ў генах большасці арганізмаў і многіх вірусаў, і яны могуць знаходзіцца як у генах, што кадуюць бялок, так і ў генах, якія функцыянуюць як РНК (некадуючыя гены). Існуе чатыры асноўных тыпа інтронаў: інтроны тРНК, інтроны групы I, інтроны групы II і сплайсасомныя інтроны (гл. ніжэй). Інтроны рэдка сустракаюцца ў бактэрый і архей (пракарыёт), але большасць эўкарыятычных генаў змяшчае некалькі сплайсасомных інтронаў.

## Адкрыццё і этымалогія 
Упершыню інтроны былі выяўлены ў бялок-кадуючых генах адэнавірусу, а потым ідэнтыфікаваныя ў генах транспартнай і рыбасомнай РНК. Зараз вядома, што інтроны сустракаюцца ў самых розных генах арганізмаў, бактэрый і вірусаў ва ўсіх біялагічных царствах.

Той факт, што гены расшчапляюцца або перарываюцца інтронамі, быў адкрыты незалежна адзін ад аднаго ў 1977 годзе Філіпам Аленам Шарпам і Рычардам Дж. Робертсам, за што яны разам атрымалі Нобелеўскую прэмію па фізіялогіі і медыцыне ў 1993 годзе. Тэрмін *інтрон* быў уведзены амерыканскім біяхімікам Уолтэрам Гілбертам:

Хоць інтроны часам называюць *прамежкавымі паслядоўнасцямі*, тэрмін «прамежкавая паслядоўнасць» можа адносіцца да любога з некалькіх сямействаў унутраных паслядоўнасцей нуклеінавых кіслот, якія не прысутнічаюць у канчатковым прадукце гена, уключаючы інтэіны, нетранслюемыя вобласці (UTR) і нуклеатыды, што выдаляюцца шляхам рэдагавання РНК.

## Размеркаванне 
Назіраецца, што частата інтронаў у розных геномах моцна адрозніваецца сярод біялагічных арганізмаў. Напрыклад, інтроны надзвычай часта сустракаюцца ў ядзерным геноме пазваночных з сківіцай (напрыклад, чалавека, мышэй і рыб-фугу), дзе кадуючыя бялок гены амаль заўсёды маюць некалькі інтронаў, у той час як інтроны рэдка сустракаюцца ў ядзерных генах некаторых эўкарыятычных мікраарганізмаў, напрыклад, у пякарскіх/піўных дражджах (*Saccharomyces cerevisiae*). Мітахандрыяльныя геномы пазваночных увогуле не маюць інтронаў.

Асабліва экстрэмальны выпадак — ген *dhc7 дразафілы,* які змяшчае інтрон памерам ≥3,6 мегабазы (Mb), транскрыпцыя якога займае прыкладна тры дні. З іншага боку, даследаванне 2015 г. паказвае, што самая кароткая вядомая даўжыня інтрона ў жывёл складае 30 пар асноў (п.н.), якія знаходзяцца ў гене *MST1L* чалавека. Самыя кароткія вядомыя інтроны належаць рознарэснічным інфузорыям, такім як *Stentor coeruleus*, у якіх большасць (> 95 %) інтронаў даўжынёй 15 або 16 п.н.

## Класіфікацыя 
Сплайсінг усіх інтронзмяшчальных малекул РНК вонкава падобны. Тым не менш, розныя тыпы інтронаў былі ідэнтыфікаваныя шляхам вывучэння структуры інтронаў з дапамогай аналізу паслядоўнасці ДНК разам з генетычным і біяхімічным аналізам рэакцый сплайсінгу РНК. Вылучана як мінімум чатыры розныя класы інтронаў:

* Інтроны ў ядзерных кадуючых бялок генах, якія выдаляюцца сплайсасомамі (сплайсасомныя інтроны)
* Інтроны ў ядзерных і архейных генах транспартнай РНК, якія выдаляюцца бялкамі (інтроны тРНК)
* Інтроны групы I, якія выдаляюцца самастойна РНК-каталізам
* Інтроны групы II, якім характэрны аўтасплайсінг, як і інтронам I групы.

Мяркуецца, што інтроны III групы з’яўляюцца пятым класам, але мала што вядома пра біяхімічны апарат, які забяспечвае іх сплайсінг. Іх часта адносяць да II групы праз структурнае і функцыянальнае падабенства. Інтроны I, II, III груп самастойна выразаюцца з мРНК і менш распаўсюджаныя, чым сплайсасомныя інтроны.

### Сплайсасомныя інтроны 
Ядзерныя інтроны ў прэ-мРНК (сплайсасомныя інтроны) характарызуюцца спецыфічнымі паслядоўнасцямі, размешчанымі на межах паміж інтронамі і экзонамі. Гэтыя паслядоўнасці распазнаюцца малекуламі сплайсасомнай РНК, калі ініцыююцца рэакцыі сплайсінгу. Акрамя таго, яны маюць кропку разгалінавання, пэўную паслядоўнасць нуклеатыдаў паблізу 3'-канца інтрона, якая кавалентна злучаецца з 5'-канцом інтрона ў працэсе сплайсінгу, утвараючы разгалінаваны інтрон. Акрамя гэтых трох кароткіх кансерватыўных элементаў, паслядоўнасці інтронаў ядзернай прэ-мРНК вельмі зменлівыя. Ядзерныя інтроны прэ-мРНК часта значна даўжэйшыя за суседнія экзоны.

Выдаленне інтронаў транспартнай РНК залежыць ад бялкоў. Выразанне адбываецца ў пэўным месцы ўнутры антыкадонавай пятлі несплайсаваных папярэднікаў тРНК і выдаляюцца інтроны эндануклеазай сплайсінгу тРНК. Затым экзоны злучаюцца разам другім бялком, тРНК-лігазай сплайсінгу. Інтроны, якім характерны самасплайсінг, таксама часам сустракаюцца ў генах тРНК.

### Інтроны I і II групы 
Інтроны групы I і групы II знаходзяцца ў генах, якія кадуюць бялкі (інфармацыйная РНК), транспартную РНК і рыбасамальную РНК у вельмі шырокім дыяпазоне жывых арганізмаў. Пасля транскрыпцыі ў РНК інтроны груп I і II таксама ўступаюць у шырокія ўнутраныя ўзаемадзеянні, якія дазваляюць ім згортвацца ў спецыфічную складаную трохмерную архітэктуру. Гэтыя складаныя архітэктуры дазваляюць некаторым інтронам групы I і групы II *самастойна выдаляцца*, гэта значыць малекула РНК, якая змяшчае інтрон, можа перабудоўваць сваю ўласную кавалентную структуру так, каб дакладна выдаліць інтрон і злучыць экзоны разам у правільным парадку. У некаторых выпадках пэўныя бялкі, якія звязваюць інтроны, удзельнічаюць у сплайсінгу, дапамагаючы інтрону згортвацца ў трохмерную структуру, неабходную для аўтасплайсінгу. Інтроны групы I і групы II адрозніваюцца рознымі наборамі ўнутраных кансерватыўных паслядоўнасцей і трохмерных структур. Таксама падчас сплайсінгу малекул РНК, што маюць інтроны групы II, ствараюцца разгалінаваныя інтроны (як і інтроны сплайсасомных РНК), у той час як інтроны групы I выкарыстоўваюць некадуемы гуаназінавы нуклеатыд (звычайна GTP), каб ініцыяваць сплайсінг, дадаючы яго да 5'-канца выдаленага інтрона.

## Дакладнасць сплайсінгу 
Сплайсасома — гэта вельмі складаная структура, у якую ўваходзіць да ста бялкоў і пяць розных РНК. Субстратам рэакцыі з’яўляецца доўгая малекула РНК, і рэакцыі трансэтэрыфікацыі, якія каталізуюцца сплайсасомай, патрабуюць аб’яднання сайтаў, якія могуць знаходзіцца на тысячах нуклеатыдаў адзін ад аднаго. Усе біяхімічныя рэакцыі звязаны з вядомай частатой памылак, і чым больш складаная рэакцыя, тым вышэй верагоднасць памылкі. Такім чынам, не дзіўна, што рэакцыя сплайсінгу, каталізуемая сплайсасомай, мае значную долю памылак, нават калі існуюць дадатковыя фактары сплайсасомы, якія падаюляўць выпадковае расшчапленне скрытых сайтаў сплайсінгу.

У ідэальных умовах рэакцыя сплайсінгу, верагодна, будзе дакладнай на 99,999 % (частата памылак 10−5), правільныя экзоны будуць аб’яднаны, а правільны інтрон будзе выдалены. Аднак гэтыя ідэальныя ўмовы патрабуюць вельмі блізкага супадзення з найлепшымі паслядоўнасцямі сайтаў сплайсінгу і адсутнасці якіх-небудзь канкуруючых скрытых паслядоўнасцей сайтаў сплайсінгу ў інтронах, і гэтыя ўмовы рэдка сустракаюцца ў вялікіх эукарыятычных генах, якія могуць ахопліваць больш за 40 тысяч пар асноў. Нядаўнія даследаванні паказалі, што фактычны ўзровень памылак можа быць значна вышэйшым за 10−5 і дасягаць 2 % або 3 % памылак (частата памылак 2 або 3 x 10−2) на ген. Дадатковыя даследаванні паказваюць, што доля памылак складае не менш за 0,1 % на інтрон. Гэты адносна высокі ўзровень памылак сплайсінгу тлумачыць, чаму большасць варыянтаў сплайсінгу хутка разбураюцца нонсэнс-апасродкаваным распадам.

Наяўнасць неакуратных сайтаў звязвання ў генах выклікае памылкі сплайсінгу, і можа здацца дзіўным, што гэтыя сайты не былі ліквідаваны натуральным адборам. Аргумент аб іх устойлівасці падобны на аргумент аб прычыне існавання «смеццевай» ДНК.Хаця мутацыі, якія ствараюць або разбураюць сайты звязвання, могуць быць крыху шкоднымі, вялікая колькасць магчымых такіх мутацый робіць непазбежным тое, што некаторыя з іх дасягнуць фіксацыі ў папуляцыі. Гэта асабліва актуальна для такіх відаў, як людзі, з адносна невялікімі доўгатэрміновымі эфектыўнымі памерамі папуляцыі. Такім чынам, праўдападобна, што геном чалавека нясе значную нагрузку субаптымальных паслядоўнасцей, якія выклікаюць генерацыю аберантных ізаформ транскрыптаў. Калі мутантны алель знаходзіцца ў гетэразіготным стане, гэта прыводзіць да ўтварэння двух распаўсюджаных варыянтаў сплайсінгу: аднаго функцыянальнага і аднаго нефункцыянальнага. У гомазіготным стане мутантныя алелі могуць выклікаць генетычныя захворванні, такія як гемафілія, якая выявілася ў нашчадкаў каралевы Вікторыі, калі мутацыя ў адным з інтронаў гена фактару згортвання крыві стварае схаваны 3'-сайт сплайсінгу, які прыводзіць да аберантнага сплайсінгу. Значная частка смерцяў людзей ад хвароб можа быць выклікана мутацыямі, што парушаюць нармальны сплайсінг; галоўным чынам, шляхам стварэння схаваных сайтаў сплайсінгу.

## Біялагічныя функцыі і эвалюцыя 
Хоць інтроны і не кадуюць бялковыя прадукты, яны з’яўляюцца неад’емнай часткай рэгуляцыі экспрэсіі генаў. Некаторыя інтроны самі кадуюць функцыянальныя РНК з дапамогай далейшай апрацоўкі пасля сплайсінгу з утварэннем некадуючых малекул РНК. Альтэрнатыўны сплайсінг шырока выкарыстоўваецца для атрымання мноства бялкоў з аднаго гена. Акрамя таго, некаторыя інтроны маюць важную ролю ў шырокім спектры рэгуляторных функцый да экспрэсіі генаў, напрыклад, такіх як нонсэнс-апасродкаваны распад і экспарт мРНК.

Пасля першапачатковага адкрыцця інтронаў у ядзерных генах эукарыёт, што кадуюць бялок, існавалі сур’ёзныя дэбаты наконт таго, ці былі інтроны ў сучасных арганізмах унаследаваны ад агульнага продка (так званая гіпотэза ранніх інтронаў), ці яны з’явіліся ў генах адносна нядаўна ў эвалюцыйным працэсе (гіпотэза позніх інтронаў). Іншая тэорыя заключаецца ў тым, што сплайсасома і інтрон-экзонная структура генаў з’яўляюцца рэліктам свету РНК. Дагэтуль вядуцца сур’ёзныя спрэчкі наконт таго, наколькі правільная з гэтых гіпотэз, але на гэты момант папулярны кансенсус заключаецца ў тым, што пасля ўтварэння першай эўкарыятычнай клеткі інтроны групы II з бактэрыяльнага эндасімбіёнта ўварваліся ў геном гаспадара. Напачатку гэтыя самасплайсуючыяся інтроны выдаляліся з прэ-мРНК, але з цягам часу некаторыя з іх страцілі гэтую здольнасць, і іх выдаленню прыйшлося дапамагаць *транс*-рэгуляторнымі механізмамі з дапамогай іншых інтронаў групы II. У рэшце рэшт развіўся шэраг спецыфічных *транс*актыўных інтронаў, якія сталі папярэднікамі snRNAs сплайсасомы. Эфектыўнасць сплайсінгу была палепшана шляхам асацыяцыі з стабілізуючымі бялкамі з фармаваннем прымітыўнай сплайсасомы.

Раннія даследаванні паслядоўнасцей геномнай ДНК з шырокага спектру арганізмаў паказваюць, што інтрон-экзонная структура гамалагічных генаў у розных арганізмах можа моцна адрознівацца. Больш нядаўнія даследаванні цэлых геномаў эўкарыётаў паказалі, што даўжыня і шчыльнасць (інтроны/ген) інтронаў істотна вар’іруецца ў розных роднасных відаў. Напрыклад, калі геном чалавека змяшчае ў сярэднім 8,4 інтронаў на ген (139 418 у геноме), аднаклетачны грыб *Encephalitozoon cuniculi* мае толькі 0,0075 інтронаў на 1 ген (15 інтронаў на ўвесь геном). Паколькі эўкарыёты ўзніклі ад агульнага продка, падчас эвалюцыі павінна было адбыцца значнае распаюсюджанне або страта інтронаў. Лічыцца, што гэты працэс падвяргаецца адбору з тэндэнцыяй да павелічэння колькасці інтронаў у больш буйных відаў з-за меншага эфектыўнага памеру папуляцыі, і наадварот у меншых (асабліва аднаклетачных) відаў. Біялагічныя фактары таксама ўплываюць на тое, якія гены ў геноме губляюць або назапашваюць інтроны.

Альтэрнатыўны сплайсінг экзонаў у гене пасля выдалення інтронаў спрыяе ўвядзенню большай варыябельнасці бялковых паслядоўнасцей, трансляваных з аднаго гена, што дазваляе генераваць некалькі роднасных бялкоў з аднаго гена і аднаго мРНК транскрыпту. Кантроль альтэрнатыўнага РНК сплайсінгу ажыццяўляецца складанай сеткай сігнальных малекул, якія рэагуюць на шырокі спектр ўнутрыцэлявых і пазацэлявых сігналаў.

Вядома, што некаторыя інтроны ўзмацняюць экспрэсію гена, у якім яны знаходзяцца, з дапамогай працэсу, які называюць інтрон-апасродкаваным узмацненнем (IME).

Актыўна транскрыбуемыя вобласці ДНК часта ўтвараюць R-петлі, якія ўразлівыя да пашкоджання ДНК. У высокаэкспрэсуемых генах дрожджаў інтроны інгібіруюць утварэнне R-пяцель і ўзнікненне пашкоджанняў ДНК. Агульнагеномны аналіз як у дрожджаў, так і ў чалавека паказаў, што гены, якія змяшчаюць інтроны, маюць меншую распаўсюджанасць R-пяцель і памяншаюць пашкоджанні ДНК у параўнанні з генамі, якія не маюць інтронаў і валодаюць падобнай экспрэсіяй.

## Як мабільныя генетычныя элементы 
Інтроны могуць быць страчаны або атрыманы на працягу эвалюцыйнага шляху, як паказана ў шматлікіх параўнальных даследаваннях арталагічных генаў. Наступны аналіз выявіў тысячы прыкладаў страты і павелічэння колькасці інтронаў, і была выказана здагадка, што з’яўленне эўкарыёт, або пачатковыя этапы эвалюцыі эўкарыёт, уключала інвазію інтронаў. Вядома пра два канчатковых механізма страты інтронаў: страта інтронаў, апасродкаваная зваротнай транскрыптазай (RTMIL) і геномныя дэлецыі. Канчатковыя механізмы атрымання інтронаў, аднак, застаюцца няўлоўнымі і спрэчнымі. Да гэтага часу паведамлялася як мінімум пра сем механізмаў распаўсюджвання інтронаў: транспазіцыя інтрона, устаўка транспазона, тандэмная геномная дуплікацыя, перанос інтрона, павелічэнне колькасці інтронаў падчас рэпарацыі двухланцуговага разрыву ДНК (далей — DSBR, ад англ. *double-strand break repair*), устаўка інтрона групы II і інтранізацыя. Тэарэтычна было б прасцей за ўсё вызначыць паходжанне нядаўна атрыманых інтронаў з-за адсутнасці мутацый, выкліканых гаспадаром, але нават нядаўна атрыманыя інтроны ўзніклі шляхам, адрозным ад вышэйзгаданых механізмаў. Такім чынам, гэтыя высновы падымаюць пытанне аб тым, што прапанаваныя механізмы распаўсюджвання інтронаў не могуць апісаць механістычнае паходжанне многіх новых інтронаў, таму што яны не з’яўляюцца дакладнымі механізмамі павелічэння колькасці інтронаў, ці існуюць іншыя працэсы, што спараджаюць новыя інтроны, якія яшчэ трэба будзе адкрыць.

Пры транспазіцыі інтрона, найбольш часта меркаваным механізме распаўсюджання інтронаў, мяркуецца, што сплайсаваны інтрон праходзіць праз зваротны сплайсінг альбо ў сваю ўласную мРНК, альбо ў іншую мРНК у ранейшай пазіцыі без інтрона. Затым гэтая мРНК, што змяшчае інтрон, падвяргаецца зваротнай транскрыпцыі, і атрыманая ў выніку кДНК, з новым інтронам, можа выклікаць распаўсюджванне інтрона шляхам поўнай або частковай рэкамбінацыі са сваім зыходным геномным локусам.

Было паказана, што ўстаўкі транспазонаў ствараюць тысячы новых інтронаў у розных эўкарыятычных відаў. Інсерцыі транспазона часам прыводзяць да дубліравання гэтай паслядоўнасці з кожнага боку транспазона. Такая інсерцыя магла б інтранізаваць транспазон без парушэння кадуючай паслядоўнасці, калі транспазон устаўляецца ў паслядоўнасць AGGT або кадуе сайты сплайсінгу ў паслядоўнасці транспазона. Там, дзе транспазоны, якія генеруюць інтроны, не ствараюць дублікацый сайтаў-мішэняў, элементы ўключаюць абодва сайты сплайсінгу GT (5') і AG (3'), такім чынам, сплайсінг ідзе дакладна, не закранаючы паслядоўнасць, што кадуе бялок. Такім чынам, інтроны групы II, хутчэй за ўсё, з’яўляюцца меркаванымі продкамі сплайсасомных інтронаў, якія дзейнічаюць як сайт-спецыфічныя рэтраэлементы і больш не адказваюць за распаўсюджванне інтронаў. Тандэмная геномная дуплікацыя — адзіны прапанаваны механізм, які пацвярджаюць эксперыментальныя даныя *in vivo*: кароткая ўнутрыгенная тандэмная дуплікацыя можа ўставіць новы інтрон у ген, які кадуе бялок, пакідаючы адпаведную паслядоўнасць пептыда нязменнай. Гэты механізм таксама мае шырокія ўскосныя доказы, якія пацвярджаюць ідэю, што тандэмная геномная дуплікацыя з’яўляецца распаўсюджаным механізмам павелічэння колькасці інтронаў. Тэставанне іншых прапанаваных механізмаў *in vivo*, у прыватнасці распаўсюджвання інтронаў праз DSBR, транспарт інтронаў і інтранізацыі, магчыма, хоць гэтыя механізмы павінны быць прадэманстраваны *in vivo*, каб замацаваць іх як фактычныя механізмы атрымання інтронаў генамі. Далейшы геномны аналіз, асабліва на папуляцыйным узроўні, можа колькасна вызначыць адносны ўклад кожнага механізму, магчыма, выяўляючы відаспецыфічныя перавагі, якія могуць праліць святло на розную хуткасць распаўсюджвання інтронаў сярод розных відаў.

## Гл. таксама 
**Структура:**

* Экзон
* мРНК
* Тонкая структура эўкарыятычнай храмасомы

**Сплайсінг:**

* Альтэрнатыўны сплайсінг
* Экзітрон
* Мінорная сплайсасома
* Аўтрон

**Функцыя**

* МікраРНК

**Іншае:**

* Ператасоўка экзонаў
* Бялковы сплайсінг
* Некадуючая ДНК
* Некадуючая РНК
* Эгаістычная ДНК
* Твінтрон

## Крыніцы 
## Знешнія спасылкі 
* A search engine for exon/intron sequences defined by NCBI
* Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter *Molecular Biology of the Cell*, 2007, . Fourth edition is available online through the NCBI Bookshelf: link
* Jeremy M Berg, John L Tymoczko, and Lubert Stryer, *Biochemistry* 5th edition, 2002, W H Freeman. Available online through the NCBI Bookshelf: link
* Intron finding tool for plant genomic sequences
* Exon-intron graphic maker

Катэгорыя:Экспрэсія генаў
Катэгорыя:Сплайсінг РНК
Катэгорыя:Сплайсасома
Катэгорыя:Старонкі з недагледжанымі перакладамі
Катэгорыя:Некадавальная ДНК