對于真核生物來說，從DNA新轉(zhuǎn)錄的前體mRNA含有內(nèi)含子和外顯子序列，通過RNA剪接的過程切除內(nèi)含子，剩余的外顯子序列連接在一起以形成成熟mRNA，然后將其翻譯成蛋白質(zhì)。這也是真核生物編碼基因和原核生物編碼基因最大的區(qū)別。
之前的研究通常認(rèn)為內(nèi)含子是外顯子連接的可有可無的副產(chǎn)物，因為它們在剪接后迅速降解。
對于最簡單的真核生物酵母菌來說，酵母中大約5％的編碼基因含有內(nèi)含子，只有9個編碼基因含有一個以上內(nèi)含子。
對于哺乳動物來說，90％的編碼基因含有內(nèi)含子，每個基因平均有8個內(nèi)含子，而且內(nèi)含子長度通常比外顯子長很多。
但是切除內(nèi)含子、連接外顯子，這一過程非常復(fù)雜精確。而且更高等的生命內(nèi)含子更多，如果內(nèi)含子僅僅作為可有可無的副產(chǎn)物，顯然不符合進化的規(guī)律。
2019年1月16日，Nature雜志同期在線發(fā)表了兩篇關(guān)于內(nèi)含子的研究論文（Article）。這兩項研究都很好地證明了內(nèi)含子在營養(yǎng)不良條件下的重要性。內(nèi)含子對于細胞在營養(yǎng)匱乏的培養(yǎng)穩(wěn)定期的生存是必要的，而且與內(nèi)含子所在的基因編碼的蛋白質(zhì)無關(guān)。
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Excised linear introns regulate growth in yeast （切除的線性內(nèi)含子調(diào)節(jié)酵母的生長）
通訊作者：霍華德休斯醫(yī)學(xué)中心，David P. Bartel研究員
該團隊開發(fā)了一種測序工作流程，用于檢測在穩(wěn)定期內(nèi)在酵母細胞中積累的內(nèi)含子，并發(fā)現(xiàn)這些內(nèi)含子處于切除和脫支形式。他們觀察到缺乏這些內(nèi)含子中的一種或多種的菌株在營養(yǎng)貧乏的條件下比野生型酵母更難以存活。他們分離出一個積累的內(nèi)含子，發(fā)現(xiàn)它與一組類似于內(nèi)含子-套索剪接體（ILS）蛋白復(fù)合物的蛋白質(zhì)相關(guān)，這些蛋白復(fù)合物在RNA剪接過程中組裝。他們提出，與切除的內(nèi)含子結(jié)合的剪接相關(guān)蛋白可以保護它免于降解。以前的研究表明Prp43是一種參與剪接的蛋白質(zhì)，可以主動分解ILS復(fù)合物。確定Prp43活性是否在穩(wěn)定期降低，使ILS樣復(fù)合物持續(xù)存在將是有趣的，特別是因為Prp43在核糖體的產(chǎn)生中也起作用，這一過程在穩(wěn)定期同樣下調(diào)。
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Introns are mediators of cell response to starvation （內(nèi)含子是細胞對饑餓的反應(yīng)的介質(zhì)）
通訊作者：加拿大Sherbrooke大學(xué)，Sherif Abou Elela 教授
該團隊構(gòu)建了295個酵母菌株的文庫，每個酵母菌株都有一個從其基因組中刪除的單個不同的內(nèi)含子，另外還有9個基因最初包含兩個內(nèi)含子的菌株，這兩個內(nèi)含子都已被去除。 當(dāng)與培養(yǎng)物中的野生型菌株一起生長時，一旦達到穩(wěn)定期，許多突變菌株不能與野生型菌株競爭，并且這些細胞群消失。 這種生長缺點與含有缺失內(nèi)含子的基因的功能無關(guān)。
然后，研究團隊合成了一個含有該基因的小DNA分子，該基因產(chǎn)生一個在穩(wěn)定期累積的內(nèi)含子。 當(dāng)他們將這種基因?qū)刖哂袃?nèi)含子缺失的酵母細胞時，就會修復(fù)內(nèi)含子缺失酵母的生長缺陷。 甚至當(dāng)基因已經(jīng)突變以使其編碼不能進行剪接或翻譯的RNA分子時也是如此。
這些發(fā)現(xiàn)表明，當(dāng)營養(yǎng)物質(zhì)受限時，使細胞生長的元素是內(nèi)含子本身，而不是信使RNA或由基因編碼的蛋白質(zhì)。 有趣的是，只有當(dāng)包含RNA分子的5'末端和第一個外顯子的序列未被修飾時，才發(fā)生這種生長缺陷的修復(fù)。 作者得出結(jié)論，RNA分子5'末端的3D結(jié)構(gòu)在饑餓條件下有助于內(nèi)含子的功能。
這兩項研究都很好地證明了內(nèi)含子在營養(yǎng)不良條件下的重要性，內(nèi)含子的存在有助于酵母更好的適應(yīng)壓力條件下的生存。但這兩項研究發(fā)現(xiàn)了兩種不同形式，尚不清楚確定的兩種不同形式的內(nèi)含子RNA是以相同還是不同的方式起作用，具體機制還需要進一步研究確定。
但這些研究通過令人信服的實驗證據(jù)，給我們展示了對內(nèi)含子作用的新的認(rèn)知，為我們進一步理解內(nèi)含子的功能和作用奠定了基礎(chǔ)。
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