外显子
| 外显子 | |
|---|---|
| 上级分类 | 脱氧核糖核酸、DNA molecule region  |
| 所属实体 | 外显子组、编码区、開放閱讀框架 |
| 相對概念 | 内含子 |
外显子（英語：Exon）是真核生物基因的一部分，它在剪接后仍会被保存下来，并可在蛋白质生物合成过程中被基因表达为蛋白质。而内含子则会在剪接过程中被除去。
“外显子”一词指基因中的DNA序列和RNA转录本中的对应序列。全部外显子共同构成了外显子组（exome）。并非所有外显子都编码蛋白质：一些外显子位于非编码RNA中，另一些则构成信使RNA的非翻译区（UTR）。[1]
历史
[编辑]“外显子”（exon）一词是“表达区域”（expressed region）的缩写，由美国生物化学家沃尔特·吉尔伯特于1978年提出：[2]
顺反子的概念……必须被一个转录单位的观念所取代——该转录单位包含将从成熟信使中丢失的区域（我建议称为内含子，即基因内区域）与将被表达的区域（外显子）交替排列。
真核生物基因的线性表达被内含子阻断，这就是所谓的断裂基因（split gene），该现象的发现者理查德·罗伯茨和菲利普·夏普获得了1993年诺贝尔生理学或医学奖。[3]
“外显子”这一术语最初用于蛋白质编码转录本，后来扩展到核糖体RNA、转运RNA[4]和其他非编码RNA。在反式剪接中，不同mRNA的外显子还可以被接合在一起。[5]
结构与功能
[编辑]在蛋白质编码基因中，外显子既包括编码氨基酸的序列，也包括5'端和3'端的非翻译区（UTR）。第一个外显子常同时包含5'-UTR和编码序列的开头部分，但也有一些基因的外显子仅包含UTR区域。[6]
一个外显子经常编码蛋白质的一个蛋白质结构域。剪接方式并不是唯一的（参见替代剪接），所以外显子只能在成体mRNA中被看出。即使是使用生物信息学方法，要精确预测外显子的位置也是非常困难的。
外显子化（exonization）是指由于内含子中的突变而创建出新外显子的过程。[7]此外，许多非编码RNA转录本也包含外显子和内含子，并非所有外显子都以蛋白质为最终产物——这一事实常被误解。[1]
在基因组中的分布
[编辑]尽管单细胞真核生物（如酵母）几乎不含内含子，但后生动物尤其是脊椎动物的基因组中有大量非编码DNA。以人类基因组为例，仅有约1.1%的序列由外显子覆盖，24%为内含子，约75%为基因间DNA。[8]
据GenBank统计，每个蛋白质编码基因平均有5.48个外显子，每个外显子平均编码30–36个氨基酸。[9]人类基因组中最长的外显子达11,555碱基对，而最短的外显子仅有2个碱基对。[10]在拟南芥基因组中甚至发现了仅含一个核苷酸的外显子。[11]
基因组中外显子占比相对较低这一事实为精准医学提供了实用优势：外显子组测序比全基因组测序成本更低、数据分析更为简便。
实验方法
[编辑]外显子捕获（exon trapping）是一种利用内含子-外显子剪接机制发现新基因的分子生物学技术。当一个“被捕获”基因的第一个外显子与插入DNA中的外显子发生剪接时，后者所含的报告基因开放阅读框便会在目标基因的增强子调控下表达。若报告基因得以表达，科学家便知道一个新基因已被捕获。[12]
剪接还可以通过实验手段加以调控：使用吗啉代反义寡核苷酸阻断剪接指导性小核糖核蛋白颗粒与前mRNA的结合，可使目标外显子被排除在成熟mRNA转录本之外。这一方法已成为发育生物学的标准技术。[13]
参见
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ 1.0 1.1 Aspden, Julie L.; Wallace, Edward W. J.; Whiffin, Nicola. Not all exons are protein coding: Addressing a common misconception. Cell Genomics. 2023, 3 (4). PMC 10112331
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