Az eukarióta gének kódoló és nem kódoló DNS-szakaszokból, úgynevezett exonokból és intronokból állnak.Első pillantásra felesleges tehernek tűnik, hogy egy génen belül nyilvánvaló funkció nélküli DNS-t hordozunk. Felismerték azonban, hogy ennek nagy evolúciós előnyei vannak. Amikor az evolúció során különböző gének részei új kromoszómahelyeken rendeződnek át, új gének épülhetnek fel korábban létező gének részeiből.
Exonok és intronok
1977-ben váratlanul kiderült, hogy egy eukarióta gén DNS-e hosszabb, mint a hozzá tartozó mRNS. Ennek oka az, hogy a kezdetben kialakult elsődleges RNS-átirat bizonyos szakaszait eltávolítják, mielőtt a transzláció megtörténne. Az elektronmikroszkópos felvételek azt mutatják, hogy a DNS és a hozzá tartozó transzkript (RNS) különböző hosszúságú (1). Az mRNS és a hozzá komplementer egyszálú DNS hibridizációjakor az egyszálú DNS hurkai keletkeznek, mivel az mRNS csak az egyszálú DNS bizonyos szakaszaival hibridizálódik. A (2) ábrán hét hurok (A-tól G-ig) és nyolc hibridizáló szakasz látható (1-től 7-ig és a vezető szakasz L). A gén (3) összesen 7700 DNS-bázispárjából csak 1825 hibridizál az mRNS-szel. A hibridizáló szakaszt exonnak nevezzük. A kezdetben átírt DNS-szakasz, amelyet később eltávolítanak az elsődleges transzkriptumból, intron. Az exonok és intronok mérete és elrendezése minden eukarióta génre jellemző (exon/intron szerkezet). (Elektronmikroszkópos felvétel Watson és mtsai., 1987).
Beékelődő DNS-szekvenciák (intronok)
A prokariótákban a DNS kolineáris az mRNS-sel, és nem tartalmaz intronokat (1). Eukariótákban az érett mRNS csak a DNS bizonyos szakaszaival komplementer, mert ez utóbbi intronokat tartalmaz (2). (Az ábra Stryer, 1995 alapján készült.)
Az eukarióta gének alapvető szerkezete
Az exonok és intronok számozása a kódoló szál 5′-3′ irányában történik. Mind az exonok, mind az intronok átíródnak egy prekurzor RNS-be (primer transzkriptum) Az első és az utolsó exonok általában olyan szekvenciákat tartalmaznak, amelyek nem kerülnek transzlálásra. Ezeket az 1. exon 5′ nem transzlált régiójának (5′ UTR) és az utolsó exon 3′ végén lévő 3′ UTR-nek nevezzük. A nem kódoló szakaszokat (intronok) eltávolítják az elsődleges transzkriptumból, és a kétoldali exonokat egy splicingnek nevezett folyamat révén összekapcsolják. A splicingnek nagyon pontosnak kell lennie, hogy elkerülhető legyen a helyes leolvasási keret nemkívánatos megváltozása. Az intronok szinte mindig a GT nukleotidokkal kezdődnek az 5′-3′ szálon (GU az RNS-ben), és AG-val végződnek. Az intron 5′ végén lévő, GT-vel kezdődő szekvenciákat nevezzük splice donor helynek, a 3′ végén lévő, AG-val végződő szekvenciákat pedig splice akceptor helynek. Az érett mRNS-t az 5? végén egy “sapkának” nevezett stabilizáló szerkezet hozzáadásával és a 3′-végen sok adenin hozzáadásával (poliadeniláció) módosítják.
Splicing pathway in GU-AG introns
Az RNS-splicing egy komplex folyamat, amelyet egy nagy RNS-tartalmú fehérje, a spliceoszóma közvetít. Ez ötféle kis nukleáris RNS-molekulából (snRNS) és több mint 50 fehérjéből (kis nukleáris riboprotein részecskék) áll. A splicing alapvető mechanizmusa sematikusan az intron 5′-es végén autokatalitikus hasítással jár, ami lariátumok kialakulásához vezet. Ez egy köztes körkörös szerkezet, amely az 5′ terminus (UG) és egy bázis (A) összekapcsolásával jön létre az intrononon belül. Ezt a helyet nevezzük elágazási helynek. A következő szakaszban a 3′-helyen történő hasítás felszabadítja az intront lariát formájúvá. Ezzel egyidejűleg a jobb oldali exon a bal oldali exonhoz ligálódik (splicing). A lariátus leágazása lineáris intront eredményez, és ez gyorsan lebomlik. Az elágazási hely azonosítja a 3′ véget a pontos hasításhoz a splice akceptor helyén. Ez 18-40 nukleotiddal (5′ irányban) a 3′ splice-helytől felfelé helyezkedik el. (Az ábra Strachan és Read, 1999 alapján készült)
.