Էքզոն

Էքզոն, գենի ցանկացած մաս, որը կկազմի վերջնական հասուն ՌՆԹ-ի մի մասը, որն արտադրվում է այդ գենի կողմից ինտրոնների հեռացումից հետո ՌՆԹ-ի միացման միջոցով: Էքզոն տերմինը վերաբերում է և՛ ԴՆԹ-ի հաջորդականությանը գենի մեջ, և՛ համապատասխան հաջորդականությանը ՌՆԹ-ի տրանսկրիպցիաներում: ՌՆԹ-ի միաձուլման ժամանակ ինտրոնները հեռացվում են, իսկ էքզոնները կովալենտորեն միանում են միմյանց՝ որպես հասուն ՌՆԹ-ի առաջացման մաս: Ինչպես մի տեսակի գեների ամբողջ շարքը կազմում է գենոմը, էքզոնների ամբողջ հավաքածուն էլ կազմում է էքզոմը:

Ինտրոնները հեռացվում են և էքզոնները միանում են ՌՆԹ-ի միացման գործընթացում: ՌՆԹ-ները կարող են լինել իՌՆԹ կամ ոչ կոդավորող ՌՆԹ

Պատմություն

Էքզոն տերմինը բխում է արտահայտված տարածաշրջանից և ստեղծվել է ամերիկացի կենսաքիմիկոս Ուոլթեր Գիլբերտի կողմից 1978 թվականին. «Ցիստրոն հասկացությունը… պետք է փոխարինվի տրանսկրիպցման միավորով, որը պարունակում է շրջաններ, որոնք կկորչեն հասուն ինֆորմացիոն ՌՆԹ-ից, որը ես առաջարկում եմ անվանել ինտրոններ (ներգենային շրջանների համար) – փոփոխվող շրջաններով, որոնք արտահայտվելու են – էքզոններ»^[1]։

Այս սահմանումն ի սկզբանե տրվել է սպիտակուցային կոդավորող տառադարձումների համար, որոնք միացված են նախքան թարգմանվելը: Ավելի ուշ տերմինը ներառում էր ռիբոսոմային ՌՆԹ^[2] և փոխադրող ՌՆԹ^[3], և այլ միջուկային փոքր ՌՆԹ^[4]-ից հեռացված հաջորդականությունները, ինչպես նաև հետագայում օգտագործվեց գենոմի տարբեր մասերից ծագող ՌՆԹ մոլեկուլների համար, որոնք այնուհետև կապվում են տրանս-սփլայսինգի միջոցով^[5]:

Ներդրումը գենոմում և չափերի բաշխում

Չնայած միաբջիջ էուկարիոտները, ինչպիսիք են խմորասնկերը, կամ չունեն ինտրոններ, կամ շատ քիչ են, մետազոանները և հատկապես ողնաշարավորների գենոմները ունեն չկոդավորող ԴՆԹ-ի մեծ մասը: Օրինակ՝ մարդու գենոմում գենոմի միայն 1.1%-ն է ընդգրկված էքզոններով, մինչդեռ 24%-ը ինտրոններում է, ընդ որում գենոմի 75%-ը միջգենային ԴՆԹ է^[6]։ Սա կարող է գործնական առավելություն ապահովել օմիքսով օժանդակվող առողջապահական խնամքում (օրինակ՝ ճշգրիտ բժշկություն), քանի որ այն դարձնում է ամբողջ էքզոմների առևտրայնացված սեքվենավորումը ավելի փոքր և էժան մարտահրավեր, քան ամբողջ գենոմի առևտրայնացված սեքվենավորումը: Գենոմի չափի և C- արժեքի մեծ տարբերությունը կյանքի ձևերի միջև առաջացրել է հետաքրքիր մարտահրավեր, որը կոչվում է C-արժեքի էնիգմա:

GenBank-ի բոլոր էուկարիոտների գեներում կար (2002 թվականին) միջինը 5,48 էքզոն մեկ սպիտակուցի կոդավորման գենի համար: Միջին էքզոնը կոդավորում է 30-36 ամինաթթուներ^[7]։ Թեև մարդու գենոմի ամենաերկար էքզոնը 11555 bp երկարություն ունի, մի քանի էկզոններ հայտնաբերվել են ընդամենը 2 bp երկարությամբ^[8]: Arabidopsis-ի գենոմում արձանագրվել է մեկ նուկլեոտիդային էքզոն^[9]: Մարդկանց մոտ, ինչպես սպիտակուցը կոդավորող իՌՆԹ-ն, ոչ կոդավորող ՌՆԹ-ի մեծ մասը նույնպես պարունակում է բազմաթիվ էքզոններ^[10]։

Կառուցվածք և ֆունկցիա

Էքզոնները ինֆորմացիոն ՌՆԹ-ի պրեկուրսորում (նախնական իՌՆԹ): Էկզոնները կարող են ներառել ինչպես ամինաթթուների (կարմիր) ծածկագրող հաջորդականություններ, այնպես էլ չթարգմանված հաջորդականություններ (մոխրագույն): Ինտրոնները՝ նախնական իՌՆԹ-ի այն մասերը, որոնք չկան իՌՆԹ-ում, (կապույտ) հեռացվում են, և էքզոնները միանում են (կապվում) ձևավորելու վերջնական ֆունկցիոնալ իՌՆԹ-ն: իՌՆԹ-ի 5' և 3' ծայրերը նշված են երկու չթարգմանված շրջանները տարբերելու համար (մոխրագույն):

Սպիտակուցներ կոդավորող գեներում էքզոնները ներառում են և՛ սպիտակուցը կոդավորող հաջորդականությունը, և՛ 5'- և 3'- չթարգմանված շրջանները (UTR): Հաճախ առաջին էքզոնը ներառում է և՛ 5'-չթարգմանված շրջաններ, և՛ կոդավորման հաջորդականության առաջին մասը, սակայն էքզոնները, որոնք պարունակում են միայն 5'-չթարգմանված շրջանների կամ (ավելի հազվադեպ) 3'-չթարգմանված շրջաններըի տարածքները, տեղի են ունենում որոշ գեներում, այսինքն՝ չթարգմանված շրջանները կարող են պարունակել ինտրոններ^[11]: Որոշ ոչ կոդավորող ՌՆԹ տրանսկրիպցիաներ ունեն նաև էքզոններ և ինտրոններ։

Նույն գենից ծագող հասուն իՌՆԹ-ները պարտադիր չէ, որ պարունակեն նույն էքզոնները, քանի որ տարբեր ինտրոններ նախնական իՌՆԹ-ում կարող են հեռացվել այլընտրանքային միացման գործընթացով:

Էքսոնիզացիան նոր էքզոնի ստեղծումն է՝ ինտրոնների մուտացիաների արդյունքում^[12]։

Էքզոնների օգտագործման փորձարարական մոտեցումներ

Էքզոնների թակարդումը կամ «գենային թակարդումը» մոլեկուլային կենսաբանության տեխնիկա է, որն օգտագործում է ինտրոն-էքզոնների կտրման գոյությունը՝ նոր գեներ գտնելու համար^[13]: «Թակարդված» գենի առաջին էքզոնը միանում է ներդիր ԴՆԹ-ում պարունակվող էքզոնի հետ: Այս նոր էքզոնը պարունակում է ORF հիպոթետիկ գենի համար, որն այժմ կարող է արտահայտվել թիրախային գենը կառավարող ուժեղացուցիչների միջոցով: Գիտնականը գիտի, որ նոր գենը հայտնվել է թակարդում, երբ արտահայտվում է հիպոթետիկ գենը:

Կտրումը կարող է փորձարարական ձևափոխվել այնպես, որ թիրախային էքզոնները բացառվեն հասուն իՌՆԹ-ի տրանսկրպիցումներից՝ արգելափակելով միաձուլման ուղղորդող փոքր միջուկային ռիբոնուկլեոպրոտեինային մասնիկների (snRNPs) մուտքը մինչև իՌՆԹ՝ օգտագործելով Մորֆոլինո անտիսենս օլիգոներ^[14]: Սա դարձել է զարգացման կենսաբանության ստանդարտ տեխնիկա: Մորֆոլինո օլիգոները կարող են նաև թիրախավորվել՝ կանխելու զուգավորումը կարգավորող մոլեկուլները (օրինակ՝ միացման ուժեղացուցիչները, զուգակցման ճնշող միջոցները) միանալուց նախնական իՌՆԹ-ին՝ փոխելով զուգակցման ձևերը:

Տերմինի հաճախակի սխալ օգտագործում

Էքզոն տերմինի ընդհանուր սխալ օգտագործումը «էքզոնների կոդը սպիտակուցի համար», կամ «էքզոնների կոդը ամինաթթուների համար» կամ «էքզոնները թարգմանվում են» են: Այնուամենայնիվ, այս տեսակի սահմանումները ներառում են միայն սպիտակուցը կոդավորող գեները և բաց թողնում են այն էքզոնները, որոնք դառնում են ոչ կոդավորող ՌՆԹ-ի մաս^[15] կամ իՌՆԹ-ի չթարգմանված շրջանը^[16][17]: Նման սխալ սահմանումներ դեռևս առկա են ընդհանուր հեղինակավոր երկրորդական աղբյուրներում^[18][19]:

Ծանոթագրություններ

1. Gilbert W (February 1978). «Why genes in pieces?». Nature. 271 (5645): 501. Bibcode:1978Natur.271..501G. doi:10.1038/271501a0. PMID 622185.
2. Kister KP, Eckert WA (March 1987). «Characterization of an authentic intermediate in the self-splicing process of ribosomal precursor RNA in macronuclei of Tetrahymena thermophila». Nucleic Acids Research. 15 (5): 1905–20. doi:10.1093/nar/15.5.1905. PMC 340607. PMID 3645543.
3. Valenzuela P, Venegas A, Weinberg F, Bishop R, Rutter WJ (January 1978). «Structure of yeast phenylalanine-tRNA genes: an intervening DNA segment within the region coding for the tRNA». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 75 (1): 190–4. Bibcode:1978PNAS...75..190V. doi:10.1073/pnas.75.1.190. PMC 411211. PMID 343104.
4. Khan, MR; Wellinger, RJ; Laurent, B (August 2021). «Exploring the Alternative Splicing of Long Noncoding RNAs». Trends in Genetics. 37 (8): 695–698. doi:10.1016/j.tig.2021.03.010. PMID 33892960. S2CID 233382870.
5. Liu AY, Van der Ploeg LH, Rijsewijk FA, Borst P (June 1983). «The transposition unit of variant surface glycoprotein gene 118 of Trypanosoma brucei. Presence of repeated elements at its border and absence of promoter-associated sequences». Journal of Molecular Biology. 167 (1): 57–75. doi:10.1016/S0022-2836(83)80034-5. PMID 6306255.
6. Venter J.C.; և այլք: (2000). «The Sequence of the Human Genome». Science. 291 (5507): 1304–51. Bibcode:2001Sci...291.1304V. doi:10.1126/science.1058040. PMID 11181995.
7. Sakharkar M, Passetti F, de Souza JE, Long M, de Souza SJ (2002). «ExInt: an Exon Intron Database». Nucleic Acids Res. 30 (1): 191–4. doi:10.1093/nar/30.1.191. PMC 99089. PMID 11752290.
8. Sakharkar M.K.; Chow VT; Kangueane P. (2004). «Distributions of exons and introns in the human genome». In Silico Biol. 4 (4): 387–93. PMID 15217358.
9. Guo Lei, Liu Chun-Ming (2015). «A single-nucleotide exon found in Arabidopsis». Scientific Reports. 5: 18087. Bibcode:2015NatSR...518087G. doi:10.1038/srep18087. PMC 4674806. PMID 26657562.
10. Derrien, T; Johnson, R; Bussotti, G; Tanzer, A; Djebali, S; Tilgner, H; Guernec, G; Martin, D; Merkel, A; Knowles, DG; Lagarde, J; Veeravalli, L; Ruan, X; Ruan, Y; Lassmann, T; Carninci, P; Brown, JB; Lipovich, L; Gonzalez, JM; Thomas, M; Davis, CA; Shiekhattar, R; Gingeras, TR; Hubbard, TJ; Notredame, C; Harrow, J; Guigó, R (September 2012). «The GENCODE v7 catalog of human long noncoding RNAs: analysis of their gene structure, evolution, and expression». Genome Research. 22 (9): 1775–89. doi:10.1101/gr.132159.111. PMC 3431493. PMID 22955988.
11. Bicknell, AA (December 2012). «Introns in UTRs: Why we should stop ignoring them». BioEssays. 34 (12): 1025–1034. doi:10.1002/bies.201200073. PMID 23108796. S2CID 5808466.
12. Sorek R (October 2007). «The birth of new exons: mechanisms and evolutionary consequences». RNA. 13 (10): 1603–8. doi:10.1261/rna.682507. PMC 1986822. PMID 17709368.
13. Duyk G. M; Kim S. W.; Myers R. M; Cox D. R (1990). «Exon Trapping: a Genetic Screen to Identify Candidate Transcribed Sequences in Cloned Mammalian Genomic DNA». Proceedings of the National Academy of Sciences. 87 (22): 8995–8999. Bibcode:1990PNAS...87.8995D. doi:10.1073/pnas.87.22.8995. PMC 55087. PMID 2247475.
14. Morcos PA (June 2007). «Achieving targeted and quantifiable alteration of mRNA splicing with Morpholino oligos». Biochemical and Biophysical Research Communications. 358 (2): 521–7. doi:10.1016/j.bbrc.2007.04.172. PMID 17493584.
15. Khan, MR; Wellinger, RJ; Laurent, B (August 2021). «Exploring the Alternative Splicing of Long Noncoding RNAs». Trends in Genetics. 37 (8): 695–698. doi:10.1016/j.tig.2021.03.010. PMID 33892960. S2CID 233382870.
16. Lu, J; Williams, JA; Luke, J; Zhang, F; Chu, K; Kay, MA (January 2017). «A 5' Noncoding Exon Containing Engineered Intron Enhances Transgene Expression from Recombinant AAV Vectors in vivo». Human Gene Therapy. 28 (1): 125–134. doi:10.1089/hum.2016.140. PMC 5278795. PMID 27903072.
17. Chung, BY; Simons, C; Firth, AE; Brown, CM; Hellens, RP (19 May 2006). «Effect of 5'UTR introns on gene expression in Arabidopsis thaliana». BMC Genomics. 7: 120. doi:10.1186/1471-2164-7-120. PMC 1482700. PMID 16712733.
18. «Exon». Genome.gov (անգլերեն). Արխիվացված է օրիգինալից 2023-03-16-ին. Վերցված է 2023-03-23-ին.
19. «Exon». www.nature.com (անգլերեն). Scitable. Արխիվացված է օրիգինալից 2023-03-23-ին. Վերցված է 2023-03-23-ին.

Գրականություն

• Zhang MQ (May 1998). «Statistical features of human exons and their flanking regions». Human Molecular Genetics. 7 (5): 919–32. doi:10.1093/hmg/7.5.919. PMID 9536098.
• Thanaraj TA, Robinson AJ (November 2000). «Prediction of exact boundaries of exons». Brief. Bioinform. 1 (4): 343–56. doi:10.1093/bib/1.4.343. PMID 11465052.

Արտաքին հղումներ

Տես՝ exon Վիքիբառարան, բառարան և թեզաուրուս

• Exon-intron graphic maker