Экзоны и интроны Открытие прерывистой структуры гена

Нарушения экзон-интронной структуры и генетические болезни^2* [59, 60]. Хотя мутации внутри нитронов обычно проходят бесследно, мутации, затрагивающие границу между экзоном и интроном, могут иметь далеко идущие последствия. Огромный материал в этом отношении накоплен для мутаций в β-глобиновом гене, которые ведут к наследственной болезни β-талассемии. Разными исследовательскими группами проклонированы β-глобиновые гены из большого числа пациентов с β-талассемией, при которой нарушается адекватный синтез β-глобина. В тех случаях, когда грубых изменений в организации β-глобинового гена не наблюдалось, был проведен анализ первичной нуклеотидной последовательности. При этом оказалось, что часто при β-талассемии β-глобиновый ген имел единичные нуклеотидные замены как раз в области сочленений между экзонами и интронами. Это ведет к инактивации сайта сплайсинга, т. е. интрон перестает отсекаться от экзона в правильном месте. Обычно, однако, в нуклеотидной последовательности интрона находится другой участок, напоминающий по структуре сочленение. Этот участок и берет на себя функции сайта для сплайсинга. Их называют поэтому скрытыми сайтами сплайсинга. Однако при этом новая мРНК оказывается резко измененной и неспособной обеспечить синтез нормального β-глобина (рис. 9).
Бывают случаи, когда точечные мутации и внутри интрона порождают нарушения в сплайсинге. Это обычно связано с появлением в результате такой мутации последовательности, напоминающей усредненный сайт для сплайсинга. В настоящее время, начиная с классических работ Т. Маниатиса (США), описано много таких мутаций, характерных для талассемий из разных регионов.
Так, С. А. Лимборской и сотр. (Институт молекулярной генетики АН СССР) был проклонирован β-глобиновый ген от больного талассемией из Азербайджанской ССР и определена его полная нуклеотидная последовательность. И здесь дело оказалось связанным с точечной заменой (см. рис. 9). В 110-м положении от начала интрона вместо дезоксигуанозина оказался дезоксиаденозин. Эта замена привела к тому, что в данном месте интрона возник динуклеотид AG в специфическом окружении, весьма сходном с тем, которое имеется в конце интрона. Таким образом, в интроне данного талассемийного гена оказалось два сигнала сплайсинга - истинный и дополнительный. В результате этого те механизмы, которые удаляют интрон, могут осуществлять это двумя альтернативными путями, используя либо истинный сигнал, либо дополнительный.
При этом оказалось, что дополнительный сигнал, располагающийся в цепи РНК раньше, является значительно более активным, чем истинный сигнал. Поэтому у больного в процессе созревания β-глобиновой мРНК образуются два типа молекул. В 10 % случаев возникают нормальные мРНК- Большая же их часть (до 90 %) является дефектной и образуется за счет использования нового сигнала сплайсинга. Дефектные мРНК быстро разрушаются в клеточном ядре вскоре после своего синтеза. Таким образом, в цитоплазме эритроидных клеток больного имеются лишь нормальные (3-глобиновые мРНК, однако их количество снижено в 10 раз. У больного образуется в 10 раз меньше β-глобинового белка, что резко нарушает нормальную продукцию молекул гемоглобина в целом и приводит к развитию клинических признаков β-талассемии.
Следовательно, мутации, ведущие к нарушению сплайсинга, играют существенную роль в возникновении ряда наследственных болезней человека. Очевидно, что раз они так сильно меняют функциональную организацию гена, то им может принадлежать существенная роль и в процессах создания новых генов в ходе эволюции.