內含子

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內含子(introns)是基因內的間隔序列,不出現在成熟的RNA分子中,在轉錄後通過加工被切除。大多數真核生物的基因都有內含子。需注意的是,在古細菌中也有內含子。

在轉錄後的加工中,從最初的轉錄產物除去的內部的核苷酸序列。術語內含子也指編碼相應RNA內含子的DNA中的區域。

大多數真核結構基因中的間插序列(intervening sequence)或不編碼序列。它們可以轉錄,但在基因轉錄後,由這些間插序列轉錄的部分(也可用內含子這個術語表示)經加工被從初級轉錄本中準確除去,才產生有功能的RNA。基因的編碼部分稱外顯子。內含子常比外顯子長,且占基因的更大比例。真核基因所含內含子的數目、位置和長度不盡相同,如雞卵清蛋白基因的外顯子被7個內含子隔開,雞卵伴清蛋白基因有17個內含子,α-珠蛋白基因有2個內含子,卵粘蛋白基因有6個內含子等。

又稱沉默DNA(silent DNA)。真核基因中的非翻譯區,它不被表達於蛋白質分子或成熟的mRNA中。內含子把單個真核基因分成許多不連續的區域。內含子也可見於某些前核基因組,但較為少見,且也有許多調節功能。由核RNA轉錄產生的為不均一核RNA(hnRNA)含有內含子,經特殊的酶(如ribozyme)作用切去內含子序列,然後剩餘的外顯子(exon)被連接酶拼接成為成熟的mRNA。但是,還是有少數被切去的內含子可以發揮酶的作用,催化某些反應。  

內含子的發現

1977年國的Sharp和Roberts兩組科學家分別同時發現了斷裂基因(split gene),Crick稱此為分子遺傳學上的一次型革命,這項發現與1993年榮獲了諾貝爾獎。

就在Sharp和Roberts發現內含子之前,法國的科學家Chambon也率領一個小組進行了有關實驗。他們在思考一個問題,雞的輸卵管分泌卵清蛋白、卵粘蛋白和伴清蛋白,而其紅細胞(鳥類的紅細胞上有核的)只合成血紅蛋白,那麼兩種組織之間DNA有什麼不同呢?於是他們提取兩種組織的DNA,分別用酶(EcoR1和HindIII)切成幾段,走電泳,再用卵清蛋白mRNA來製備cDNA探針和以上兩片進行southern雜交,結果兩種組織中的DNA不論用哪一種酶來切,都出現了相同的多條陽性雜交帶。實驗表明不論是紅細胞還是輸卵管的細胞,雖基因表達不同,但DNA的結構沒有差異。但令它們不解的是cDNA序列內並沒有EcoRI和HindIII的切點,為什麼會出現多條陽性帶。

幾個月以後Berget,Sharp小組和Roberts小組同時發現了腺病毒外殼蛋白六聚體基因(Hexon gene)前導區有斷裂現象。他們用限制性內切酶EcoRI和HindIII分別消解腺病毒的DNA,得到了大小不同的很多片段,分別選擇兩種酶切片段中的最大的A片段DNA和Hexon的mRNA進行雜交,在電鏡下可以觀察到EcoRI酶切的A片段的3『段可以和上述mRNA形成雜合雙鏈,但在雜合雙鏈的5『端逸出3個單鏈DNA環,說明它們不能和mDNA完全互補。他們的解釋是Hexon基因5『端出現了斷裂,即有些區域在mRNA中已被刪除了,所以出現了不配對的單鏈環,而HindIII酶切的A片段是Hexon的3『段區域,不含有這一斷裂區域,故不出現單鏈環。

Berget在冷泉港作了有關發現斷裂基因的學術報告,提出在Hexon基因內近5『端有不編碼的部分。Chambon聽了報告後便意識到,他們的實驗結果也是可以用斷裂基因來解釋的。即卵清蛋白的基因上可能有多個斷裂區(內含子)。在這些斷裂區上有酶切位點的存在,可將卵清蛋白基因切成大小不同的片段,但它們都可以和mRNA進行雜交。事後Chambon(1977,1981)等用Berget的實驗方法進行了分子雜交,果然出現了7個單鏈DNA的環,表面有個斷裂區的存在,雖然錯過良機,但證實了自己的推測仍然是很值得稱讚的事。

1977年繼Sharp和Roberts後相繼發現了兔子的b珠蛋白基因(Jeffregs.A.J和R.A.Flavell 1977)、鼠的b珠蛋白基因 (Leder P 1978) 和卵清蛋白基因(Chamber 1977)等的斷裂基因。

1978年Gilbort創用了內含子 (intro) 和外顯子 (exon) 兩個名詞,內含子是指在成熟的mRNA中不出現的序列Exon是指在成熟的mRNA中出現的編碼序列。

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