Интрон как спейсер

С момента открытия интронов научное сообщество начало активные теоретические и экспериментальные попытки оправдать существование этих на первый взгляд бессмысленных вставок между белок-кодирующими областями эукариотического гена. И, надо заметить, весьма в этом преуспело.  Во-первых, было показано, что наличие интронов открывает возможность альтернативного сплайсинга, благодаря которому один ген может кодировать несколько различных белков.  Во-вторых, было показано, что некоторые интроны содержат энхансеры и способны активно регулировать экспрессию генов, которым они принадлежат.  И, наконец, третьим важным открытием оказалось то, что транскрибированные интроны, входящие в состав незрелых мРНК, способны участвовать в организации процессов авторегуляции. На примере рибосомальных белков L30 и S14 было показано, что эти белки способны специфически связывать участки одного из интронов своих собственных пре-мРНК, нарушая их дальнейшее созревание, а следовательно экспорт и трансляцию. Поскольку в условиях повышенного уровня L30 и S14 их синтез прекращается, а в условиях их недостатка - активно протекает, в клетке устанавливается равновесие, поддерживающие количества этих белков в клетке на оптимальном уровне. Исследования механизма авторегуляции в похожей системе - белка Yra1p почкующихся дрожжей и интрона его гена, открыли новую и как нельзя более простую функцию интрона - служить спейсером между двумя экзонами. Yra1p представляет собой белок, необходимый для экспорта мРНК из ядра в цитоплазму. В нормальных условиях количество Yra1p регулируется по принципу отрицательной обратной связи интроном его собственного гена, делеция которого приводит к увеличению внутриклеточного уровня Yra1p и в конечном счете – к гибели клетки, так как большие количества Yra1p токсичны. Интрон-регулятор белка Yra1p имеет нехарактерные для почкующихся дрожжей признаки:  1. он необычайно велик (второй по велечине в геноме этого вида дрожжей),  2. сильно удален от AUG-кодона,  3. а также не содержит консенсусных участков, по которым протекает вырезание большинства интронов дрожжей.  Особенности интрона, в первую очередь – его размер, приводят к тому, что сплайсинг пре-мРНК Yra1p протекает относительно медлено. Исследуя механизм действия этого интрона P.Preker и C.Guthrie из University of California, San Francisco показали, что его частичные делеции увеличивают эффективность сплайсинга пре-мРНК, но вместе с тем ухудшают способность интрона регулировать уровень Yra1p вплоть до ее полной потери. Ключевым экспериментом оказалась замена интрона на непохожий по последовательности, но похожий по размеру фрагмент ДНК, которая никак не отразилась на системе авторегуляции. Этот эксперимент показал, что в отличие от описанных систем авторегуляции L30 и S14 данный интрон в составе пре-мРНК скорее всего не содержит специфических участков связывания Yra1p.  Несмотря на то, что детальный механизм этого явления не установлен, складывается впечатление, что интрон функционирует как простой спейсер, удаляющий друг от друга экзоны, понижая эффективность сплайсинга пре-мРНК; последовательность случайных пар нуклеотидов определенной длины оказывается критически необходимой для жизни дрожжей.

5