Eukaryoottien geenit koostuvat koodaavista ja ei-koodaavista DNA:n osista, joita kutsutaan vastaavasti eksoneiksi ja introneiksi.Ensi silmäyksellä näyttää tarpeettomalta taakalta kuljettaa DNA:ta, jolla ei ole ilmeisiä tehtäviä geenin sisällä. On kuitenkin tunnustettu, että tällä on suuria evolutiivisia etuja. Kun eri geenien osat järjestäytyvät evoluution aikana uusille kromosomipaikoille, uusia geenejä voidaan rakentaa aiemmin olemassa olleiden geenien osista.
Exonit ja intronit
Vuonna 1977 havaittiin yllättäen, että eukaryoottigeenin DNA on pidempi kuin sitä vastaava mRNA. Syynä on se, että tietyt kohdat alun perin muodostetusta primaarisesta RNA-transkriptista poistetaan ennen translaatiota. Elektronimikroskooppikuvat osoittavat, että DNA ja sitä vastaava transkripti (RNA) ovat eripituisia (1). Kun mRNA ja sitä täydentävä yksijuosteinen DNA hybridisoidaan, syntyy yksijuosteisen DNA:n silmukoita, koska mRNA hybridisoituu vain tiettyihin yksijuosteisen DNA:n osiin. Kuvassa (2) näkyy seitsemän silmukkaa (A-G) ja kahdeksan hybridisoituvaa jaksoa (1-7 ja johtava jakso L). Tämän geenin (3) yhteensä 7700 DNA-emäsparista vain 1825 hybridisoituu mRNA:n kanssa. Hybridisoituvaa jaksoa kutsutaan eksoniksi. Alun perin transkriptoitunut DNA-jakso, joka myöhemmin poistetaan ensisijaisesta transkriptistä, on introni. Eksonien ja intronien koko ja sijoittelu on ominaista jokaiselle eukaryoottigeenille (eksoni/intronirakenne). (Elektronimikroskooppikuva lähteestä Watson et al., 1987).
Sisäiset DNA-jaksot (intronit)
Prokaryooteissa DNA on kolineaarinen mRNA:n kanssa eikä sisällä introneja (1). Eukaryooteissa kypsä mRNA on komplementaarinen vain tiettyjen DNA:n osien kanssa, koska jälkimmäinen sisältää introneja (2). (Kuva mukailtu lähteestä Stryer, 1995).
Eukaryoottisten geenien perusrakenne
Eksonit ja intronit on numeroitu koodaavan säikeen 5′-3′-suunnassa. Sekä eksonit että intronit transkriboituvat esi-RNA:ksi (primääritranskriptio). ensimmäinen ja viimeinen eksoni sisältävät yleensä sekvenssejä, joita ei transliteta. Näitä kutsutaan eksoni 1:n 5′-transloimattomaksi alueeksi (5′ UTR) ja viimeisen eksonin 3′-päässä olevaksi 3′ UTR:ksi. Koodaamattomat segmentit (intronit) poistetaan primaarisesta transkriptistä, ja molemmin puolin olevat eksonit liitetään toisiinsa prosessilla, jota kutsutaan pilkkomiseksi. Splikoinnin on oltava erittäin tarkkaa, jotta vältetään oikean lukukehyksen ei-toivottu muuttuminen. Intronit alkavat lähes aina 5′:n ja 3′:n välisessä säikeessä nukleotideilla GT (RNA:ssa GU) ja päättyvät AG:hen. Intronin 5′ päässä GT:llä alkavia sekvenssejä kutsutaan liitoksen luovuttajakohdaksi (splice donor site) ja 3′ päässä AG:hen päättyviä sekvenssejä kutsutaan liitoksen hyväksymiskohdaksi (splice acceptor site). Kypsää mRNA:ta muokataan 5? päässä lisäämällä siihen stabiloiva rakenne, jota kutsutaan ”capiksi”, ja lisäämällä useita adeniineja 3′-päähän (polyadenylaatio).
GU-AG-intronien pilkkoutumisreitti
RNA:n pilkkoutumisreitti
RNA:n pilkkoutumisprosessi on monimutkainen prosessi, jota välittää suuri RNA:ta sisältävä proteiini, jota kutsutaan pilkkosomiksi. Se koostuu viidestä erityyppisestä pienestä ydin-RNA-molekyylistä (snRNA) ja yli 50 proteiinista (pienet ydinriboproteiinipartikkelit). Splikoinnin perusmekanismiin kuuluu kaavamaisesti autokatalyyttinen pilkkoutuminen intronin 5′-päässä, mikä johtaa lariatin muodostumiseen. Tämä on ympyränmuotoinen välirakenne, joka muodostuu yhdistämällä 5′-pääte (UG) intronin sisällä olevaan emäkseen (A). Tätä kohtaa kutsutaan haarautumiskohdaksi. Seuraavassa vaiheessa 3′-kohdan pilkkoutuminen vapauttaa intronin lariat-muodossa. Samalla oikea eksoni ligatoituu (liitetään) vasempaan eksoniin. Lariaatti haarautuu lineaariseksi introniksi, joka hajoaa nopeasti. Haarautumiskohta yksilöi 3′-pään tarkkaa pilkkomista varten liitosakseptorikohdassa. Se sijaitsee 18-40 nukleotidia ylävirtaan (5′-suunnassa) 3′-liitospaikasta. (Kuva mukailtu lähteestä Strachan ja Read, 1999)
.