En intron er en del av et gen som transkriberes til RNA , innenfor et forløper-RNA, og som deretter elimineres ved en programmert eksisjonsprosess og som derfor ikke finnes i modent RNA. Introner finnes hovedsakelig i gener som koder for proteiner , der de er tilstede i pre-messenger-RNA og kuttet i modent mRNA . Intronene er derfor ikke-kodende regioner . Introner finnes også i gener som koder for ikke-kodende RNA som ribosomalt RNA eller overførings-RNA .
Et gen forsynt med introner kalles diskontinuerlig gen , genfragmentert eller genmosaikk .
Prosessen med å excise intron kalles spleising . Segmentene av RNA som beholdes etter skjøting av introner kalles eksoner .
Introner finnes hovedsakelig i gener som koder for proteiner i eukaryote organismer . Eukaryote gener består av en veksling av eksoner og introner, som starter og slutter med et ekson. For eksempel :
Exon 1 - Intron 1 - Exon 2 - Intron 2 -… - Intron n -1 - Exon n
Etter transkripsjon vil det syntetiserte forløper- RNA gjennomgå en rekke modifikasjoner, inkludert spleising , der intronene vil bli skåret ut av RNA . De eksonene vil for sin del sutureres til å gi den modne RNA ved denne spleising mekanisme . Vi får derfor et RNA av typen Exon 1 - Exon 2 - Exon 3 - ... - Exon n
Intronene spiller derfor ingen rolle i funksjonen av modent RNA (oversettelse til protein for mRNA, inkorporering i ribosomet for rRNA, etc.), slik at deres mulige funksjon fortsatt er vanskelig å bestemme til dags dato. Deres viktigste rolle er å tillate kombinatorikk under skjøting. Dette gjør at visse gener kan kode flere proteiner eller varianter av det samme proteinet, ved alternativ spleising av samme pre-messenger RNA . Dette tillater for eksempel visse retrovirus å produsere flere mRNAer og derfor flere virale proteiner fra en enkelt transkripsjonspromotor og derfor fra et enkelt pre-mRNA.
Størrelsen på intronene er veldig variabel, alt fra noen få titalls basepar, opp til flere titusener. Gjennomsnittlig størrelse varierer mellom arter og har en tendens til å øke med størrelsen på genomet.
Sjeldnere finnes introner også i visse gener i arkeobakterier og i prokaryoter . Dette er introner av en bestemt type, kalt selvspleisende introner.
Oppdagelsen av introner skyldes Phillip Allen Sharp og Richard Roberts , som ga dem Nobelprisen for fysiologi eller medisin i 1993 . De observerte dem først i adenovirus messenger RNA i 1976, kort tid før Pierre Chambons team også fant dem i cellulære messenger RNA som ovalbumin . Det var Walter Gilbert som i 1978 oppfant navnet intron for disse ikke-kodende sekvensene satt inn mellom kodingsregionene: Intron er sammentrekningen av INTragenic RegiON .
Det er tre viktigste intron-spleisningsmekanismer som avhenger av arten av intronen som vurderes: intron-spleising av spliceosomet , ribonukleoprotein-maskineri som virker i trans , autokatalytiske introner som er ribozymer som er i stand til å skille seg ut i et transautonomt i cis , og spleising av spesifikke nukleaser .
Den vanligste metoden for å spleise introner av pre-messenger RNA i eukaryoter er spleisosomsspleising. Spliceosomet består av fem partikler kalt lite nukleært ribonukleoprotein (engelsk lite nukleært ribonukleoprotein eller snRNP). Hver snRNP består av et spesifikt RNA ( snRNA eller lite kjernefysisk RNA) og flere proteiner assosiert i komplekser. Disse forskjellige snRNAene kalles U1, U2, U4, U5 og U6. Det hele danner et stort kompleks som samles på intronen for å oppnå skjøtingen.
For at disse partiklene skal være i stand til å nøyaktig identifisere intronene og deres kryss med eksonene i et gen, inkluderer nukleotidsekvensen konsensusmotiver ved intron-exon-krysset slik at de kan identifiseres. Hvert intron har i endene (5 'og 3') en sekvens som deretter vil bli gjenkjent av sRNAene og deretter spaltet: i 5 'er det en "GURAGU" -sekvens (konsensus) og i 3' en "CAG" -sekvens . ". Disse to sekvensene er intronspaltingsstedene. I tillegg inneholder introner som er skåret ut av spleisosomer, en sekvens inne i intronen kalt "forgreningsboks", nødvendig for skjøting. 5'-sekvensen kalles også giversekvensen.
Eksisjon av intronet med en spliceosome er ganske spesifikk: komplekset vil spalte intronet av en fosfodiesterbinding omestring ved sin 5 'ende, for å feste det på nivå med forgreningsboksen ved å danne en uvanlig binding 5'-2' fosfodiester og danne en RNA-løkke i form av en lasso. 3'-spaltningssekvensen blir deretter gjenkjent og gjennomgår en andre transesterifiseringsreaksjon. 3'-OH-enden av oppstrøms exon, frigitt under første trinn, angriper fosfodiesterbindingen ved krysset mellom intron og nedstrøms exon. Dette resulterer i dannelsen av en 5'-3 'fosfodiesterbinding mellom de to eksonene og frigjøringen av det utskårne intronet i form av en lasso. Intronen gjennomgår endelig en spesifikk frakoblingsreaksjon som åpner lassostrukturen på nivået med 5'-2'-fosfodiesterbindingen, før den blir nedbrutt av nukleaser.
Når alle intronene er skåret ut, blir pre-mRNA et mRNA (modent messenger RNA) klart for oversettelse, etter eksport til cytoplasmaet.
Selvspleisende introner er spesielle introner som er i stand til å spleise autonomt, uten virkningen av transmolekyler som spleisosomet. De er svært strukturerte og utstyrt med en katalytisk aktivitet av ribozymtype som sørger for spleising. Det er to hovedklasser av selvspleisende introner, avhengig av deres strukturelle organisasjon og deres virkningsmekanisme. De kalles gruppe I- introner og gruppe II-introner . De to typene introner deler prinsippet om en to-trinns mekanisme, med to påfølgende transesterifiseringer, først på 5'-siden av intronen, som frigjør 3'-OH fra oppstrøms exon som fungerer fra den som en nukleofil å bære ut den andre transesterifiseringen med nedstrøms exon.
Den strukturelle og funksjonelle nærheten mellom spliceosome og gruppe II-intronene førte til hypotesen om at det nåværende spliceosomet ville ha utviklet seg fra et gruppe II-intron som ville ha autonomisert, samtidig som det tilegnet seg muligheten til å handle i trans .
Selvspleisende introner finnes i visse bakterier og eukaryoter, spesielt i genomet til cellulære organeller ( mitokondrier ).
I eukaryoter finnes spesielle introner i overførings-RNA, som ligger i antikodonsløyfen, som spleises ved virkningen av spesifikke kjerneproteiner. Intronen, hvis lengde varierer mellom 14 og 60 nukleotider, ligger alltid umiddelbart 3 'av antikodonet. Det blir først skåret ut av en spesifikk tRNA-nuklease, de to ender av tRNA blir deretter sydd av en tRNA-ligase. Til slutt omfatter produktet av denne reaksjonen et ytterligere 2'-fosfat som fjernes av en fosfotransferase.
Introner finnes også noen ganger i bakterielle tRNAer, men de er selvspleisende gruppe II-introner.
Opprinnelsen til introner og deres scenario for utseende i Evolution har vært gjenstand for diskusjon siden oppdagelsen. To hovedhypoteser for å forklare at intronene som er splittet av spliceosome bare er tilstede i eukaryoter, er blitt foreslått:
Den tidlige hypotesen forutsier at posisjonen til introner i gener ble løst tidlig i evolusjonen og må konserveres mellom arter. Den genomiske analysen som har utviklet seg siden 2000-tallet antyder at det sannsynlige scenariet er en blanding av de to hypotesene, der de nåværende intronene av eukaryoter ville ha dukket opp veldig tidlig, fra den selvspleisende gruppe II-intronene som spleisosomet ville bli avledet fra. .