אינטרון

מבנה גן המכיל אינטרונים ואקסונים

הוצאת אינטרונים מה-pre-mRNA, תהליך הקרוי שחבור

אינטרון (באנגלית: Intron) הוא רצף נוקלאוטידים ב-DNA המהווה חלק מגן ואשר אינו מקודד לחלבון. שאר חלקי הגן אשר מקודדים לייצור חלבון קרויים אקסונים.

מבט כללי

אינטרונים קיימים בתאים איקריוטיים כמעט באופן בלעדי; אינטרונים מועטים מאוד התגלו בחיידקים ובבקטריופאג'ים. שיעור האינטרונים בגנים משתנה רבות ממין למין. הסיבה לכך אינה ידועה. ברוב היצורים המפותחים מהווים האינטרונים את רוב הגנום. הגנים בשמרים (האיקריוטיים הפשוטים ביותר) כמעט ולא מכילים אינטרונים. 96% מהגנים של שמר האפייה אינם מכילים אינטרונים; שאר הגנים מכילים לא יותר משלושה אינטרונים. בזבוב הפירות מכילים כ-83% מהגנים אינטרונים, ובבעלי חיים אחרים—94%. ככל שהיצור מפותח יותר כן עולה המספר הממוצע של אינטרונים בכל גן. בבעלי חיים כמחצית מהגנים מכילים למעלה מעשרה אינטרונים. האינטרונים ביצורים מפותחים בדרך כלל ארוכים בהרבה מהאקסונים, והם מהווים את רוב אורכו של הגן (אשר ארוך בממוצע פי 5 מאורכו של ה-mRNA המתורגם לבסוף לחלבון).

האינטרונים נמצאים בתוך הגנים, ולפיכך אין לבלבלם עם רצפי DNA שתפקידם אינו ידוע ושנמצאים מחוץ לגנים. אינטרונים מופיעים אך ורק בתוך הגן ולא בקצותיו; בקצות הגן נמצאים תמיד אקסונים.

לאחר תהליך השעתוק, בו נבנה גדיל mRNA לפי תבנית ה-DNA, נחתכים האינטרונים מה-mRNA בתהליך הקרוי שחבור. לפיכך, האינטרונים אינם זוכים לצאת מגרעין התא אל הריבוזומים ולהיות מתורגמים לחומצות אמינו, אבני הבניין של החלבונים. גדיל mRNA שטרם עבר שחבור נקרא pre-mRNA או hnRNA.

תפקיד ואבולוציה

תפקידם של האינטרונים, או הגורמים לקיומם, עדיין לוט בערפל. האינטרונים תורמים למגוון הרב של החלבונים, שכן הם מאפשרים סידור מוֹדוּלרי של האקסונים בצירופים שונים; כל אקסון יכול לפיכך לקודד למקטע אשר ישמש בחלבונים שונים. תופעה זו נקראת שחבור חליפי. כמו כן הועלתה הסברה שהאינטרונים הם שרידים אבולוציוניים של קטעים שבעבר הרחוק אכן תורגמו לחומצות אמינו, אך התנוונו במרוצת הדורות. לעומת זאת, תאוריות אחרות גורסות כי האינטרונים מהווים "שומרי מקום" לגנים חדשים שייווצרו במהלך האבולוציה, שיהיו בעצם שילוב של גנים שכבר קיימים. העובדה שחלק מהגנים האנושיים הם אכן שילוב של מספר גנים קיימים מחזקת את טענה זו.

מן האינטרונים נוצרים כנראה MicroRNA.

בין גנים המשתייכים למשפחה מסוימת קיימת בדרך כלל זהות רבה באקסונים, זאת לעומת שוני באינטרונים. היות שהאקסונים מקודדים לחלבונים, הרי שקיים "צורך" אבולוציוני לשמר את רצף הנוקלאוטידים ככל שניתן; באינטרונים לא קיים צורך זה והם לפיכך מועדים יותר לשינוי. הדבר נכון גם לגבי גנים הומולוגיים ביצורים שונים; בדרך כלל קיימת זהות רבה באקסונים של גנים אלו, זאת לעומת אינטרונים שונים לחלוטין.

מוטציות באינטרונים אינן משפיעות באופן ישיר על מבנה החלבון שמיוצר מהגן, כיוון שהאינטרונים, כאמור, אינם מתורגמים לחלבון. למרות זאת, מוטציות באינטרונים עשויות לשבש את סינתזת החלבון, זאת באמצעות שיבוש תהליך שחבור האקסונים. מוטציות המשבשות את השחבור הן בדרך כלל מוטציות בהן מוחלף נוקלאוטיד בודד באזור הגבול בין האינטרון והאקסון. המוטציה עשויה לגרום לאחד האקסונים להישמט מה-mRNA הסופי; לאינטרון להיות כלול ב-mRNA; או לגרום לשחבור להתרחש במקום שונה. התוצאה השכיחה ביותר של מוטציה באינטרונים היא הכנסת קודון סיום וכתוצאה מכך סינתזה של חלבון מקוצר ובלתי-פעיל. כ-15% מהמוטציות הנקודתיות אשר גורמות למחלות באדם נגרמות כתוצאה משיבושים בתהליך השחבור.

בקרב חוקרי האבולוציה המולקולרית כיום קיימות שתי אסכולות עיקריות לגבי המקור האבולוציוני של האינטרונים. אסכולה אחת הקרויה "Intron early" גורסת כי האינטרונים התפתחו באבולוציה לפני הפיצול לתאים איקריוטיים ופרוקריוטיים ו"אבדו" במהלך האבולוציה של הפרוקריוטיים. אסכולה שנייה, "Intron late", טוענת מנגד שהאינטרונים התפתחו אחרי הפיצול המדובר. אף שמדענים רבים מצביעים על עדויות מסוימות לכל אחת מן הגישות, טרם הוברר מי מהאסכולות צודקת.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא אינטרון בוויקישיתוף