Pre-mRNA-Spleißen
Eukaryotische Gene bestehen aus Exons, die proteinkodierenden Sequenzen entsprechen (ex-on bedeutet, dass sie exprimiert werden), und dazwischen liegenden Sequenzen, die als Introns bezeichnet werden (int-ron bezeichnet ihre dazwischen liegende Rolle), die an der Genregulation beteiligt sein können, aber während der Verarbeitung aus der pre-mRNA entfernt werden (Abbildung 2). Intron-Sequenzen in mRNA kodieren keine funktionellen Proteine.
Die Entdeckung von Introns kam für Forscher in den 1970er Jahren überraschend, die erwartet hatten, dass prä-mRNAs Proteinsequenzen ohne weitere Verarbeitung spezifizieren würden, wie sie es bei Prokaryoten beobachtet hatten. Die Gene höherer Eukaryonten enthalten sehr oft ein oder mehrere Introns. Diese Regionen entsprechen möglicherweise regulatorischen Sequenzen; die biologische Bedeutung von vielen Introns oder sehr langen Introns in einem Gen ist jedoch unklar. Es ist möglich, dass Introns die Genexpression verlangsamen, weil die Transkription von prä-mRNAs mit vielen Introns länger dauert. Möglicherweise handelt es sich bei Introns aber auch um nicht funktionsfähige Sequenzreste, die bei der Fusion alter Gene im Laufe der Evolution übrig geblieben sind. Dafür spricht die Tatsache, dass getrennte Exons oft für getrennte Proteinuntereinheiten oder -domänen kodieren. In den meisten Fällen können die Sequenzen der Introns mutiert werden, ohne dass dies Auswirkungen auf das Proteinprodukt hat.
Alle Introns einer prä-mRNA müssen vor der Proteinsynthese vollständig und präzise entfernt werden. Wenn der Prozess auch nur um ein einziges Nukleotid fehlerhaft ist, würde sich das Leseraster der wieder zusammengefügten Exons verschieben, und das resultierende Protein wäre nicht funktionsfähig. Der Prozess der Entfernung von Introns und der Wiederverbindung von Exons wird als Spleißen bezeichnet (Abbildung 2 und 3). Introns werden entfernt und abgebaut, während sich die prä-mRNA noch im Zellkern befindet. Das Spleißen erfolgt durch einen sequenzspezifischen Mechanismus, der sicherstellt, dass Introns entfernt und Exons mit der Genauigkeit und Präzision eines einzelnen Nukleotids wieder zusammengefügt werden. Das Spleißen von prä-mRNAs wird von Komplexen aus Proteinen und RNA-Molekülen durchgeführt, die als Spleißosomen bezeichnet werden (Abbildung 3).
Beachten Sie, dass mehr als 70 einzelne Introns vorhanden sein können, und jedes muss den Prozess des Spleißens durchlaufen – zusätzlich zum 5′-Capping und dem Anfügen eines Poly-A-Schwanzes – nur um ein einzelnes, übersetzbares mRNA-Molekül zu erzeugen.