Введение

Область транскрибированного гена, присутствующая в конечной функциональной молекуле мРНК.

Экзон – это любая часть гена, которая входит в состав конечной зрелой РНК, образующейся из этого гена после удаления интронов посредством сплайсинга РНК. Термин «экзон» относится как к последовательности ДНК в гене, так и к соответствующей последовательности в РНК-транскриптах. В процессе сплайсинга РНК интроны удаляются, а экзоны ковалентно соединяются друг с другом для формирования зрелой РНК. Подобно тому, как весь набор генов организма составляет геном, весь набор экзонов составляет экзом.

История

Термин «экзон» происходит от «экспрессируемой области» и был введен американским биохимиком Уолтером Гилбертом в 1978 году: «Представление о цистроне должно быть заменено представлением о транскрипционной единице, содержащей области, которые будут удалены из зрелой мРНК, которые, как я предлагаю, мы будем называть интронами (для внутригенных областей), чередующимися с областями, которые будут экспрессированы – экзонами». Это определение изначально было сформулировано для кодирующих белки транскриптов, которые подвергаются сплайсингу перед трансляцией. Позже термин стал включать последовательности, удаляемые из рРНК и тРНК, а также других некодирующих РНК, и впоследствии использовался для РНК-молекул, происходящих из разных частей генома, которые затем лигируются посредством транссплайсинга.

Вклад в геном и размерное распределение

Хотя у одноклеточных эукариотов, таких как дрожжи, либо нет интронов, либо их очень мало, у метазоев и особенно в геномах позвоночных большая доля ДНК является некодирующей. Например, в геноме человека экзоны занимают всего 1,1% генома, в то время как интроны – 24%, а 75% генома составляет межгенная ДНК. Это может дать практическое преимущество в омикс-ориентированном здравоохранении (например, в прецизионной медицине), поскольку коммерческое секвенирование всего экзома является менее сложной и дорогостоящей задачей, чем коммерческое секвенирование всего генома. Значительное разнообразие в размере генома и C-значении у различных форм жизни породило интересную проблему, известную как C-значенческая загадка. По всем эукариотическим генам в GenBank (по данным на 2002 год) в среднем приходилось 5,48 экзонов на ген, кодирующий белок. Средний экзон кодирует 30–36 аминокислот. Хотя самый длинный экзон в геноме человека имеет длину 11555 пар оснований, обнаружены экзоны длиной всего в 2 пары оснований. Из генома Arabidopsis был описан однонуклеотидный экзон. У человека, как и в случае мРНК, кодирующей белки, большинство некодирующих РНК также содержат несколько экзонов.

Структура и функция

В генах, кодирующих белки, экзоны включают как кодирующую последовательность белка, так и 5'- и 3'-нетранслируемые области (UTR). Часто первый экзон включает как 5'-UTR, так и первую часть кодирующей последовательности, но экзоны, содержащие только области 5'-UTR или (реже) 3'-UTR, встречаются в некоторых генах, то есть UTR могут содержать интроны. Некоторые некодирующие РНК-транскрипты также имеют экзоны и интроны. Зрелые мРНК, происходящие из одного и того же гена, не обязательно должны включать одни и те же экзоны, поскольку различные интроны в пре-мРНК могут быть удалены в процессе альтернативного сплайсинга. Экзонизация – это создание нового экзона в результате мутаций в интронах.

Экспериментальные подходы с использованием экзонов

Экзонная ловушка или "генная ловушка" – это метод молекулярной биологии, использующий существование сплайсинга интронов и экзонов для поиска новых генов. Первый экзон "захваченного" гена сплайсируется в экзон, содержащийся во вставной ДНК. Этот новый экзон содержит открытую рамку считывания (ORF) для репортерного гена, который теперь может быть экспрессирован с использованием энхансеров, контролирующих целевой ген. Ученый понимает, что новый ген был захвачен, когда экспрессируется репортерный ген. Сплайсинг может быть экспериментально модифицирован таким образом, чтобы целевые экзоны исключались из зрелых мРНК-транскриптов путем блокирования доступа малых ядерных рибонуклеопротеиновых частиц (snRNP), направляющих сплайсинг, к пре-мРНК с помощью антисенсовых олигонуклеотидов Morpholino. Это стало стандартной методикой в биологии развития. Олигонуклеотиды Morpholino также могут быть нацелены на предотвращение связывания с пре-мРНК молекул, регулирующих сплайсинг (например, энхансеров сплайсинга, супрессоров сплайсинга), изменяя паттерны сплайсинга.

Частое неправильное использование термина

Общее некорректное использование термина «экзон» заключается в утверждениях, что «экзоны кодируют белок», «экзоны кодируют аминокислоты» или «экзоны транслируются». Однако подобные определения применимы только к генам, кодирующим белки, и не учитывают экзоны, которые входят в состав некодирующей РНК или нетранслируемой области мРНК. Такие неверные определения всё ещё встречаются в надёжных и авторитетных вторичных источниках.