Экзоны и интроны Открытие прерывистой структуры гена

Экзон-интронная организация эукариотических генов [50-52]. После открытий, описанных в предыдущем разделе, данные об экзон-интронной организации эукариотических генов стали накапливаться по экспоненте. Клонировались все новые и новые гены, изучалась их структура, и оказалось, что экзон-интронная организация и сплайсинг - это не исключение, а правило, из которого, правда, бывают редкие исключения. Так, например, большинство генов, кодирующих гистоны (основные белки ядра - см. ниже), и гены, кодирующие интерфероны, не содержат интронов. Первичный транскрипт практически соответствует зрелой мРНК. Сплайсинг у этих РНК не происходит. Однако подавляющее число генов эукариот "интронированы" в той или иной степени, причем обычно общая протяженность последовательностей, приходящихся на интроны, в несколько раз превосходит протяженность всех экзонов и поэтому про-мРНК обычно в несколько раз длиннее, чем зрелая мРНК.
Число интронов в гене колеблется в широких пределах - от одного до нескольких десятков. Рекордное число интронов (около 50!) обнаружено в коллагеновом гене (рис. 5). Размеры как экзонов, так и интронов тоже варьируют в очень широких пределах. Например, в коллагеновом гене есть экзоны длиной всего в 45-54 п. н., каждый из которых кодирует всего лишь 15-18 аминокислот.
Размер интронов иногда составляет всего несколько десятков пар нуклеотидов, а иногда, например в случае ряда генов дрозофилы (D. melanogaster), достигает нескольких десятков тысяч пар нуклеотидов.
Рассмотрим некоторые особенности строения интронов. Одной из характерных черт является консервативность локализации интронов в родственных генах одного вида или в одинаковых генах разных видов. В то же время нуклеотидная последовательность самих интронов мало консервативна и подвергается быстрым изменениям в эволюции. Поэтому интроны, расположенные в одних и тех же местах родственных генов, могут сильно различаться по нуклеотидным последовательностям. Они, во всяком случае, гораздо менее консервативны, чем экзоны.
Интроны крайне разнообразны по структуре и не содержат каких-либо строго специфических для интронов нуклеотидных последовательностей. Только на границе между экзонами и интронами удается обнаружить сходство между разными интронами. Так, на границе между экзоном и началом интрона выявляется последовательность ^A_C AG / GT ^A_G AGT. Это так называемый донорный сайт сплайсинга. На другом конце интрон-экзонное сочленение, или донорный сайт сплайсинга, представлено последовательностью YYYYYYYYYYYNYAG/N, где Y - пиримидин и N - любой нуклеотид.
Однако это лишь усредненные последовательности, которые на самом деле варьируют в широких пределах. По-настоящему консервативны лишь два первых и два последних основания в интронах: GT ... AG. Они выявляются практически во всех интронах. Кроме того, на расстоянии в 10-30 нуклеотидов от 3'-конца интрона выявляется еще одна общая для разных интронов последовательность CT^G_AA^C_T. Эти последовательности, как будет видно из дальнейшего изложения, участвуют в реакциях сплайсинга.
Теперь мы рассмотрим более подробно экзон-интронную структуру двух генов, клонирование которых было осуществлено в нашей лаборатории.