Gen naruby

Zhruba před dvaceti lety bylo objeveno, že geny eukaryotických ¹⁾ organizmů mají většinou složitou, segmentovanou či „mozaikovou“ strukturu a skládají se z tzv. exonů a intronů. Exony genu nesou v pořadí nukleotidů (stavebních kamenů nukleových kyselin) informaci o pořadí aminokyselin v bílkovině, jejíž syntézu daný gen zajišťuje. Mezi ně jsou vloženy introny (vmezeřené sekvence), jejichž pořadí nukleotidů takovou funkci nemá. Při realizaci genetické informace jsou exony i introny nejprve přepsány do mediátorové ribonukleové kyseliny (mRNA), při jejích úpravách jsou ale pro syntézu bílkovin nepotřebné introny přesně vystřiženy a degradovány. O původu a biologickém významu intronů vznikla řada hypotéz, z nichž nejznámější mluví o „míchání exonů“ ve vývoji bílkovin. Podle ní jsou geny pro bílkoviny jakousi stavebnicí exonů, kódujících jednotlivé oblasti (domény) bílkovin, které jim propůjčují dílčí vlastnosti (např. enzymovou aktivitu, schopnost vázat jiné molekuly a ionty apod.). V evoluci umožnily vmezeřené sekvence rekombinaci, přeskupování celých exonů, a tím urychlily vznik nových bílkovin s potřebnými kombinacemi vlastností. Podle této představy jsou introny pouhými mezerníky, na jejichž přesné délce a struktuře (sekvenci) nezáleží. Takový názor je podporován zjištěními, že ztráta jednoho i více intronů (vzniklá přirozeně nebo vyvolaná z pokusu) nemá na funkci řady genů zjistitelný vliv.

S pokrokem molekulární genetiky byly však nalezeny i případy, kdy uvnitř intronu jsou umístěny důležité regulační sekvence nebo sekvence kódující bílkovinné produkty, popřípadě funkční molekuly ribonukleové kyseliny (RNA). Posledního případu se týká objev pracovníků z Lékařského institutu Howarda Hughese v New Haven, USA (Tycowski, Shu a Steitzová, Nature 379, 464, 1996). Již dříve se vědělo, že podle jaderné genetické informace jsou syntetizovány také takzvané malé jadérkové RNA (označené U 1 až U 24), které mají důležitou úlohu při tvorbě ribozomů (buněčných organel syntetizujících bílkoviny) v jadérku buňky. Některé z genů pro tyto malé molekuly RNA byly nalezeny uvnitř intronů „klasických“ genů pro bílkoviny. Z nich se hotové produkty uvolňují, jakmile jsou přepisy intronů do mRNA vystřiženy ze společného přepisu exonů i intronů. Výše zmínění autoři nejen že popsali sedm nových malých jadérkových RNA (U 25 až U 31), ale zjistili také, že spolu s již známou U 22 má všech osm své geny umístěny v intronech jediného savčího genu, označovaného zkratkou UHG (U-hostitelský gen). V myším i lidském UHG je vždy po jednom genu pro malé RNA v jednom intronu. Co více, přepisy exonů jsou sice normálně spojovány a mediátorová RNA putuje z jádra do cytoplazmy, kde se spojuje s ribozomy, ale má jen malou schopnost řídit syntézu bílkoviny a brzo je v buňce likvidována. Kromě toho byly mezi lidským a myším genem nalezeny velké rozdíly v pořadí bází u exonů, což nepřímo svědčí o jejich malém významu pro život organizmu.

V UHG objevili tedy američtí autoři „gen naruby“, v němž jsou introny důležitější než exony a jen ony zřejmě tvoří v buňce potřebné a funkční produkty. Vznik takového genu si můžeme představit i jako „míchání intronů“ – introny s podobnou funkcí se postupně soustřeďovaly do jediného genu, kde byla naopak paralelně potlačována funkce exonů. Přítomnost genů pro osm malých molekul RNA v jediném klasickém složeném genu je pro buňku výhodná, protože všech osm genů se společnou funkcí je „zapínáno“ najednou a tvoří tedy stejný počet molekul produktu.