Um íntron é uma porção de um gene que é transcrito em RNA , dentro de um RNA precursor, e que é então eliminado por um processo de excisão programado e que, portanto, não é encontrado no RNA maduro. Os íntrons são encontrados principalmente em genes que codificam proteínas , onde estão presentes no RNA pré-mensageiro e excisados no mRNA maduro. Os íntrons são, portanto , regiões não codificantes . Os íntrons também são encontrados em genes que codificam RNAs não codificantes, como RNAs ribossômicos ou RNAs de transferência .
Um gene fornecido com íntrons é denominado gene descontínuo , gene fragmentado ou mosaico de genes .
O processo de excisão de íntrons é chamado de splicing . Os segmentos de RNA que são retidos após o splicing dos íntrons são chamados de exons .
Os íntrons são encontrados principalmente em genes que codificam proteínas em organismos eucarióticos . Os genes eucarióticos são constituídos por uma alternância de exões e intrões, começando e terminando com um exão. Por exemplo :
Exon 1 - Intron 1 - Exon 2 - Intron 2 -… - Intron n -1 - Exon n
Após a transcrição , o RNA precursor sintetizado passará por uma série de modificações, incluindo splicing , durante o qual os íntrons serão excisados do RNA . Os exons , por sua vez, serão suturados para dar o RNA maduro por esse mecanismo de splicing . Portanto, obteremos um RNA do tipo Exon 1 - Exon 2 - Exon 3 - ... - Exon n
Os íntrons, portanto, não desempenham nenhum papel na função do RNA maduro (tradução em proteína para o mRNA, incorporação no ribossomo para os rRNAs, etc.), de modo que sua possível função permanece difícil de determinar até o momento. Seu papel mais importante é permitir a combinação durante o splicing. Isso permite que certos genes codifiquem várias proteínas ou variantes da mesma proteína, por splicing alternativo do mesmo RNA pré-mensageiro . Isso permite, por exemplo, que certos retrovírus produzam vários mRNAs e, portanto, várias proteínas virais a partir de um único promotor de transcrição e, portanto, de um único pré-mRNA.
O tamanho dos íntrons é muito variável, variando de algumas dezenas de pares de bases até várias dezenas de milhares. O tamanho médio varia entre as espécies e tende a aumentar com o tamanho do genoma.
Mais raramente, os íntrons também são encontrados em certos genes em arqueobactérias e procariotos . Esses são íntrons de um tipo específico, chamados de íntrons de autossuplicação.
A descoberta dos íntrons deve-se a Phillip Allen Sharp e Richard Roberts , que lhes valeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1993 . Eles os observaram pela primeira vez em RNAs mensageiros de adenovírus em 1976, pouco antes da equipe de Pierre Chambon também os encontrar em RNAs mensageiros celulares, como o da ovalbumina . Foi Walter Gilbert quem inventou em 1978 o nome intron para essas sequências não codificantes inseridas entre as regiões codificantes: Intron é a contração do INTragenic RegiON .
Existem três mecanismos principais de splicing de íntron que dependem da natureza do íntron considerado: splicing de íntron pelo spliceossomo , maquinaria de ribonucleoproteína agindo em trans , introns autocatalíticos que são ribozimas capazes de extirpar-se em um trans autônomo em cis e splicing por nucleases específicas .
O método mais comum de splicing de íntrons de RNAs pré-mensageiros em eucariotos é o splicing de spliceossomos. O spliceosome é composto por cinco partículas chamadas ribonucleoproteína nuclear pequena ( pequena ribonucleoproteína nuclear inglesa ou snRNP). Cada snRNP consiste em um RNA específico ( snRNA ou pequeno RNA nuclear) e várias proteínas associadas em complexos. Esses diferentes sRNAs são chamados de U1, U2, U4, U5 e U6. O todo forma um grande complexo que se monta no íntron para realizar o splicing.
Para que essas partículas possam identificar com precisão os íntrons e suas junções com os exons dentro de um gene, a sequência de nucleotídeos inclui motivos de consenso na junção íntron-exon, tornando possível identificá-los. Cada íntron tem em suas extremidades (5 'e 3') uma sequência que será então reconhecida pelos sRNAs e então clivada: em 5 ', há uma sequência "GURAGU" (consenso) e em 3' uma sequência "CAG" . ". Essas duas sequências são os locais de clivagem do íntron. Além disso, os íntrons que são excisados por spliceossomos contêm uma sequência dentro do íntron chamada de "caixa de ramificação", necessária para o splicing. A sequência 5 'também é chamada de sequência doadora.
A excisão do intron por um spliceossomo é bastante específica: o complexo irá clivar o intron por uma transesterificação de ligação fosfodiéster em sua extremidade 5 ', para reconectá-lo ao nível da caixa de ramificação, formando uma ligação incomum 5'-2' fosfodiéster e formar uma alça de RNA em forma de laço. A sequência de clivagem 3 'é então reconhecida e sofre uma segunda reação de transesterificação. A extremidade 3'-OH do exon a montante, liberada durante a primeira etapa, ataca a ligação fosfodiéster na junção do íntron com o exon a jusante. Isso resulta na formação de uma ligação fosfodiéster 5'-3 'entre os dois exons e na liberação do íntron excisado na forma de um laço. O íntron finalmente sofre uma reação de desconexão específica que abre a estrutura do laço no nível da ligação fosfodiéster 5'-2 ', antes de ser degradado pelas nucleases.
Quando todos os íntrons são excisados, o pré-mRNA torna-se um mRNA (RNA mensageiro maduro) pronto para tradução, após a exportação para o citoplasma.
Os íntrons autossplicáveis são íntrons especiais capazes de fazer o splicing autonomamente, sem a ação de moléculas trans como o spliceossomo. São altamente estruturados e dotados de uma atividade catalítica do tipo ribozima que garante o splicing. Existem duas classes principais de íntrons de auto-união, dependendo de sua organização estrutural e de seu mecanismo de ação. Eles são chamados de íntrons do grupo I e introns do grupo II . Os dois tipos de íntrons compartilham o princípio de um mecanismo de duas etapas, com duas transesterificações sucessivas, primeiro no lado 5 'do íntron, que libera o 3'-OH do exon a montante que atua como um nucleófilo para transportar a segunda transesterificação com o exon a jusante.
A proximidade estrutural e funcional entre o spliceossomo e os íntrons do grupo II levou à hipótese de que o spliceossomo atual teria evoluído de um íntron do grupo II que teria autonomizado, ao mesmo tempo em que adquiriu a capacidade de agir em trans .
Os íntrons autossplicáveis são encontrados em certas bactérias e eucariotos, particularmente no genoma de organelas celulares ( mitocôndrias ).
Em eucariotos, íntrons específicos são encontrados em RNAs de transferência, localizados na alça anticódon, que são processados pela ação de proteínas nucleares específicas. O íntron, cujo comprimento varia entre 14 e 60 nucleotídeos, está sempre localizado imediatamente a 3 'do anticódon. É primeiro excisado por uma nuclease de tRNA específica, as duas extremidades do tRNA são então suturadas por uma tRNA-ligase. Finalmente, o produto desta reação compreende um 2'-fosfato adicional que é removido por uma fosfotransferase.
Os íntrons também são encontrados às vezes em tRNAs bacterianos, mas são íntrons do grupo II de autossuplicação.
A origem dos íntrons e seu cenário de aparecimento no Evolution tem sido um assunto de discussão desde sua descoberta. Duas hipóteses principais para explicar que os íntrons excisados pelo spliceossomo estão presentes apenas em eucariotos foram propostas:
A hipótese inicial prevê que a posição dos íntrons nos genes foi fixada no início da evolução e deve ser conservada entre as espécies. A análise genômica que vem se desenvolvendo desde a década de 2000 sugere que o cenário provável é uma mistura das duas hipóteses, onde os íntrons atuais de eucariotos teriam surgido muito cedo, a partir dos íntrons do grupo II de autossplicing, do qual o spliceossomo seria derivado .