Удивительная история эукариотических интронов«Кусочное» (экзон-интронное) строение белок-кодирующих (и некоторых РНК-кодирующих) генов эукариот – поистине удивительная черта (она не всегда кажется нам таковой только потому, что нам так привычна концепция сплайсинга, да и открыта она, на момент написания этой книги, более 30 лет назад). Почему гены разрываются множеством некодирующих участков, большинство которых не выполняет никаких видимых функций и вырезается из транскрипта сложной молекулярной машиной (предназначенной специально для этой цели) только для того, чтобы быть разрушенными? Кажется, это превосходит все, что может нарисовать себе самое смелое воображение. Когда интроны были открыты в 1977 году, Уолтер Гилберт[66] немедленно выступил с привлекательной «гипотезой ранних интронов», послужившей основой так называемой «экзонной теории генов» (Gilbert, 1978). Вкратце, Гилберт предположил, что интроны сопутствовали жизни на самых ранних этапах эволюции и играли ключевую роль в эволюции белок-кодирующих генов, позволяя соединять короткие последовательности, кодирующие первичные пептиды, путем рекомбинации ближайших некодирующих последовательностей. Вслед за формулировкой этой идеи последовали 20 лет попыток подтвердить существование первичных интронов путем анализа разнообразных признаков интронов ныне существующих (de Souza et al., 1998). Мы не станем описывать здесь эту борьбу; достаточно лишь сказать, что убедительных свидетельств найдено не было. Безусловно, гипотеза ранних интронов не поддерживается тем фактом, что у прокариот не обнаружены сплайсосомы и интроны сплайсосомного типа, хотя Гилберт и его коллеги утверждают, что это результат эволюционного упрощения. Возможно, самый серьезный аргумент против «ранних интронов» – это обнаружение предковой связи между бактериальными самосплайсирующимися интронами и сплайсосомными интронами. Из этого открытия следует, что, даже если на самых ранних стадиях эволюции жизни существовали интроны (мы еще вернемся к этому моменту в гл. 10 и 11), эти интроны были совершенно не такими, как современные сплайсосомные интроны, и последние не могут нести какую-либо «память» о первичной эволюции. Сплайсосомные интроны и вся система сплайсинга, таким образом, суть чисто эукариотические черты из тех, что определяют «эукариотическое состояние». Так почему же эукариотические гены прерываются таким множеством интронов? По-видимому, единственный разумный ответ следующий: потому что их предки агрессивно встраивались в эукариотические гены во время эукариогенеза или вскоре после него, а механизмы, служащие для эффективного удаления их из первичных транскриптов, развились и обеспечили выживание линии организмов со странными «кусочными» генами. После этого давление отбора, направленное на устранение интронов, во многих линиях эукариот оказалось недостаточно сильным, чтобы избавиться от большинства из них, хотя именно это произошло в других линиях, эволюционировавших в условиях сильного очищающего отбора (см. гл. 8). Разумеется, это не отменяет функциональной значимости интронов вообще: известно, что некоторые из них вносят вклад в регуляцию экспрессии (Le Hir et al., 2003), а другие даже содержат встроенные гены (Assis et al., 2008). Более того, интроны обеспечивают возможность альтернативного сплайсинга, ключевого механизма, создающего структурное и функциональное разнообразие белков у многоклеточных эукариот (см. гл. 8). В целом, однако, неискоренимое присутствие интронов, по-видимому, в большой степени зависит от силы очищающего отбора, направленного на их устранение. Популяционно-генетические аспекты утраты и приобретения интронов будут рассмотрены в главе 8; здесь я кратко обсуждаю результаты реконструкций эволюции интронов и некоторые дополнительные идеи, касающиеся природы геномов самых ранних эукариот в свете рассмотренного выше сценария эукариогенеза. — 148 —
|