Кодирующие и регуляторные последовательности: экзоны, интроны, нетранслируемые области, опероны

Если прочитать ген человека от начала до конца, выяснится, что белок кодирует лишь малая его часть. Остальное — участки, которые указывают, где начать и где закончить транскрипцию, когда и в какой клетке включить ген, сколько белка синтезировать, а ещё длинные вставки, которые вырезаются из РНК и не доходят до рибосомы. У бактерий всё устроено экономнее: несколько генов могут стоять подряд и включаться общим регуляторным участком.

Ниже по порядку разобрано, из каких частей состоит ген, как работают промоторы, операторы и энхансеры, что такое экзоны, интроны и нетранслируемые области и почему одни и те же гены дают разные белки.

• 1. Ген — больше, чем кодирующая часть
• 2. Как это открывали
• 3. Ген бактерии
• 4. Опероны
• 5. Ген эукариот и его регуляторные участки
• 6. Экзоны и интроны
• 7. Альтернативный сплайсинг
• 8. Нетранслируемые области
• 9. Мутации в разных частях гена
• 10. Сколько в геноме кодирующей ДНК
• 11. Сравнение
• 12. Частые ошибки
• 13. Интересные факты
• 14. Частые вопросы
• 15. Что пока не решено
• 16. ЕГЭ
• 17. Для олимпиад
• 18. Задания с разбором
• Литература

1. Ген — больше, чем кодирующая часть

В школе ген часто определяют как участок ДНК, кодирующий один белок. Это определение удобно, но неполно. Чтобы белок был синтезирован в нужное время и в нужном количестве, кроме кодирующей части нужны ещё участки, которые сами ничего не кодируют, но управляют работой гена.

Три уровня, на которых работает ген

Удобно различать три «этажа» гена.

• Участки, которые управляют транскрипцией. Промотор — место, где начинает работу РНК-полимераза. Рядом и вдали от гена лежат участки, к которым присоединяются белки-регуляторы: у бактерий это операторы, у эукариот — энхансеры и сайленсеры.
• Транскрибируемая часть. Это всё, что переписывается в РНК. У эукариот сюда входят экзоны и интроны, а в экзонах — не только кодирующая часть, но и нетранслируемые области на обоих концах.
• Сигналы окончания. У бактерий это терминатор транскрипции, у эукариот — сигнал, после которого РНК разрезается и получает поли(А)-хвост.

Слова «кодирующая» и «некодирующая» относятся к белку. Участок может не кодировать белок, но кодировать функциональную РНК, например транспортную или рибосомную. В этой статье речь идёт главным образом о генах, кодирующих белки.

Как это выглядит в последовательности

Ниже — условный короткий ген эукариот, записанный по кодирующей цепи ДНК. Настоящие гены в тысячи раз длиннее, но порядок частей тот же.

Если переписать этот ген в РНК, вырезать интрон и прочитать кодирующую часть, получится короткий пептид: Мет-Ала-Лиз-Фен-Гли. Обратите внимание: промотор в РНК не попадает, интрон вырезается, а нетранслируемые области остаются в мРНК, но в белок не переводятся.

Как записывают направление

Ген читается в одном направлении. Транскрипция идёт по матричной цепи ДНК, а РНК растёт от 5′-конца к 3′-концу. Поэтому говорят «выше по течению» о том, что лежит перед геном, со стороны 5′-конца мРНК, и «ниже по течению» о том, что лежит после. Промотор находится выше по течению, сигнал окончания — ниже. Подробно о направлении цепей и о том, как кодоны переводятся в аминокислоты, рассказано в статье о генетическом коде.

2. Как это открывали

Первую модель регуляции гена предложили Ф. Жакоб и Ж. Моно в 1961 году. Изучая усвоение лактозы кишечной палочкой, они пришли к выводу, что рядом со структурными генами есть участок, к которому присоединяется белок-репрессор, и что группа генов включается и выключается вместе [1]. Так появились понятия оператора и оперона.

В середине 1970-х годов научились читать последовательности нуклеиновых кислот, и регуляторные участки стали буквально видны. В работе Д. Прибноу была определена последовательность участка ДНК, который защищала от разрушения связанная с ним РНК-полимераза. В нём нашлась короткая последовательность, общая для разных промоторов [2]. Дж. Шайн и Л. Дальгарно обнаружили, что конец рибосомной РНК бактерий комплементарен участку мРНК перед стартовым кодоном. Так нашли место, где рибосома садится на мРНК [3].

Самым неожиданным стало открытие 1977 года. Две группы — Ф. Шарпа и Р. Робертса — изучали мРНК аденовируса и сравнивали её с ДНК вируса под электронным микроскопом. Оказалось, что части одной мРНК соответствуют участкам ДНК, далеко отстоящим друг от друга. Между ними в ДНК были вставки, которых в мРНК не было [4][5]. Гены оказались прерывистыми. В 1978 году У. Гилберт предложил называть сохраняющиеся в мРНК участки экзонами, а вырезаемые — интронами [6]. За это открытие Ф. Шарп и Р. Робертс получили Нобелевскую премию 1993 года.

Метод, позволивший это увидеть, был наглядным. Одноцепочечную ДНК вируса смешивали с мРНК, и там, где последовательности были комплементарны, РНК образовывала с ДНК двойную спираль. Под электронным микроскопом гибрид выглядел как нить с петлями: участки ДНК, которым не нашлось пары в мРНК, выпячивались наружу. Эти петли и были будущими интронами [4][5].

В 1981 году выяснилось, что работу гена эукариот могут усиливать участки ДНК, расположенные далеко от него. Участок ДНК вируса SV40 увеличивал число транскриптов гена β-глобина в 200 раз [7]. Такие участки назвали энхансерами.

3. Ген бактерии

Ген бактерии устроен компактно. Разберём его части по порядку, от начала к концу.

Промотор

Промотор — участок ДНК перед геном, к которому присоединяется РНК-полимераза. У кишечной палочки в промоторах есть две короткие узнаваемые последовательности: примерно за 10 и за 35 нуклеотидов до точки начала транскрипции. Первая из них описана в работе Д. Прибноу [2]. Чем ближе последовательность промотора к «идеальной», тем чаще с него начинается транскрипция. Поэтому одни гены работают сильнее других, даже без всякой дополнительной регуляции.

Оператор

Оператор — участок рядом с промотором или внутри него, к которому может присоединяться белок-репрессор. Пока репрессор связан с оператором, РНК-полимераза не может транскрибировать гены. Оператор ничего не кодирует: это «место посадки» для белка.

Участок посадки рибосомы

У бактерий трансляция может начаться, пока мРНК ещё синтезируется. Рибосома узнаёт короткую последовательность мРНК перед стартовым кодоном: она комплементарна концу рибосомной РНК малой субъединицы [3]. Этот участок называют последовательностью Шайна — Дальгарно. Он входит в 5′-нетранслируемую область мРНК.

Кодирующая часть и терминатор

За стартовым кодоном идёт кодирующая часть, а за стоп-кодоном — короткая 3′-нетранслируемая область. Транскрипция заканчивается на терминаторе. Часто это участок, РНК которого сворачивается в шпильку, после чего РНК-полимераза отсоединяется от ДНК.

Как бактерия переключает целые группы генов

РНК-полимераза бактерий узнаёт промотор с помощью отдельной субъединицы — сигма-фактора. У бактерий есть несколько разных сигма-факторов, и каждый узнаёт свой тип промотора. Когда условия меняются, например при нагревании или при образовании спор, клетка начинает синтезировать другой сигма-фактор, и РНК-полимераза переходит к другой группе генов. Так одним изменением включается сразу много генов, разбросанных по хромосоме.

Интронов в белковых генах бактерий почти нет. Поэтому кодирующая часть бактериального гена совпадает с непрерывным участком ДНК, и по последовательности белка легко найти её в геноме, и наоборот.

4. Опероны

мРНК, кодирующую несколько белков, называют полицистронной. Рибосома садится на неё перед каждым геном по отдельности, поэтому из одной мРНК получается несколько разных белков. Оперон удобен тем, что ферменты одного пути синтезируются одновременно и в согласованном количестве.

Как Ф. Жакоб и Ж. Моно пришли к модели

Модель оперона выросла из изучения мутантов. Одни мутанты синтезировали ферменты для лактозы постоянно, даже без лактозы. Жакоб и Моно вводили в такие бактерии второй, нормальный участок ДНК и проверяли, какой признак проявится. Мутации одного типа исправлялись нормальной копией, лежащей на другой молекуле ДНК: значит, нормальный участок даёт какое-то вещество, которое перемещается по клетке, — репрессор. Мутации другого типа нормальная копия не исправляла: они действовали только на гены той же молекулы. Так был найден оператор — участок ДНК, к которому присоединяется репрессор [1]. Это рассуждение до сих пор используют для того, чтобы отличать регуляторные участки ДНК от регуляторных белков.

Индуцибельный оперон: лактозный

Лактозный оперон кишечной палочки содержит гены ферментов, нужных для использования лактозы. Его ген-регулятор кодирует белок-репрессор [1].

Такой оперон называют индуцибельным: по умолчанию он выключен и включается при появлении вещества, которое нужно расщепить. Вещество, включающее оперон, называют индуктором. Работа лактозного оперона зависит и от глюкозы: пока в среде есть глюкоза, бактерия использует в первую очередь её, и оперон работает слабо даже при наличии лактозы. Это обеспечивает дополнительный белок-активатор, который помогает РНК-полимеразе связаться с промотором, когда глюкозы мало.

Репрессибельный оперон: триптофановый

Обратная ситуация — опероны синтеза веществ. Триптофановый оперон содержит гены ферментов, синтезирующих аминокислоту триптофан. Когда триптофана в клетке много, синтезировать его незачем.

Здесь сама аминокислота служит сигналом: соединяясь с репрессором, она делает его активным. Такой оперон по умолчанию включён и выключается конечным продуктом. Его называют репрессибельным.

Ч. Янофски показал, что у триптофанового и других оперонов синтеза аминокислот есть и второй, более тонкий способ регуляции — аттенуация. В начале мРНК находится участок, кодирующий короткий пептид, богатый той самой аминокислотой. Если аминокислоты мало, рибосома задерживается на её кодонах, и РНК сворачивается так, что транскрипция продолжается. Если аминокислоты хватает, рибосома проходит быстро, РНК сворачивается иначе, образуется шпилька-терминатор, и транскрипция обрывается ещё до генов ферментов [8]. Такой механизм возможен только у прокариот, где транскрипция и трансляция идут одновременно.

Негативная и позитивная регуляция

Один и тот же оперон может регулироваться обоими способами сразу. У лактозного оперона репрессор сообщает, есть ли лактоза, а активатор — есть ли глюкоза. Гены работают в полную силу, только когда лактоза есть, а глюкозы нет.

Опероны у эукариот

Долгое время считалось, что опероны есть только у бактерий и архей. Но у круглого червя Caenorhabditis elegans нашли группы генов, которые транскрибируются вместе в одну длинную РНК, а затем разрезаются на отдельные мРНК. Каждая получает свой начальный участок из короткой отдельной РНК. Этот способ называют транс-сплайсингом [9]. Похожие случаи найдены и у других эукариот, от протистов до хордовых [10]. Однако у эукариот это исключение, а не правило: обычно каждый ген имеет собственный промотор.

5. Ген эукариот и его регуляторные участки

Промотор и точка начала транскрипции

У многих генов эукариот примерно за 25–30 нуклеотидов до точки начала транскрипции есть последовательность, богатая аденином и тимином, — ТАТА-блок [11]. К нему присоединяются общие белки, которые затем привлекают РНК-полимеразу. В отличие от бактериальной, эукариотическая РНК-полимераза сама к промотору не садится: ей нужен целый набор помощников.

Энхансеры и сайленсеры

Энхансер — участок ДНК, который усиливает транскрипцию гена. Он может находиться перед геном, после него, внутри интрона и даже очень далеко от гена. К энхансеру присоединяются белки — факторы транскрипции. Нить ДНК образует петлю, и энхансер со связанными белками оказывается рядом с промотором. Белки-активаторы привлекают к промотору РНК-полимеразу и другие нужные белки [12]. Сайленсер, наоборот, ослабляет работу гена.

Насколько далеко может действовать энхансер, показывает ген SHH, который управляет развитием пальцев. Его энхансер, отвечающий за работу гена в зачатке конечности, лежит в интроне соседнего гена на расстоянии около миллиона пар нуклеотидов. Точечные замены в этом энхансере вызывают у человека лишние пальцы, хотя сам ген SHH не изменён [13].

Другой пример — переносимость молока у взрослых. У большинства млекопитающих после окончания вскармливания ген фермента лактазы почти перестаёт работать. У многих людей он продолжает работать всю жизнь. Связанный с этим вариант — замена одного нуклеотида примерно в 14 тысячах пар нуклеотидов перед геном лактазы, в регуляторной области; в самом гене и его промоторе различий не нашли [14].

Факторы транскрипции

Факторы транскрипции — белки, которые узнают определённые короткие последовательности ДНК и влияют на работу генов. Одни из них есть почти во всех клетках и нужны для работы любого промотора. Другие синтезируются только в определённых тканях или в ответ на сигнал, например гормон. Работа гена обычно зависит от сочетания нескольких факторов: ген включается, только когда на его регуляторных участках собрался нужный набор белков. Поэтому даже небольшое число факторов транскрипции позволяет управлять тысячами генов.

Гены, которые работают почти во всех клетках, иногда называют генами «домашнего хозяйства». Это, например, гены ферментов гликолиза или белков рибосомы. Другие гены работают лишь в некоторых тканях: ген гемоглобина — в предшественниках эритроцитов, ген инсулина — в бета-клетках поджелудочной железы.

Хроматин и метилирование ДНК

У эукариот ДНК намотана на гистоны, и плотно упакованный участок недоступен для РНК-полимеразы. Поэтому работа гена зависит ещё и от состояния хроматина. Химические метки на гистонах могут разрыхлять или уплотнять хроматин. На самой ДНК у позвоночных метки ставятся на цитозин в сочетании ЦГ: метилированный промотор обычно не работает. Такие метки сохраняются при делении клетки и помогают ей «помнить», какие гены должны молчать [15].

Регуляция целой группы генов

Гены цепей гемоглобина у человека расположены группой, и работают они в эритроидных клетках по очереди: одни в эмбрионе, другие у плода, третьи после рождения. Работу всей группы определяют регуляторные участки, расположенные далеко от генов. Ф. Гросвельд с соавторами соединили ген β-глобина с участками, которые в геноме лежат примерно за 50 тысяч пар нуклеотидов перед ним и за 20 тысяч после него. Такой «мини-локус» у трансгенных мышей работал только в эритроидных клетках и всегда сильно, где бы он ни встроился в геном [16]. Эти участки назвали областью контроля локуса.

Как изучают регуляторные участки

Регуляторный участок нельзя «увидеть» по белку, поэтому его ищут опытом. Удобный приём — репортёрный ген. Испытуемый участок ДНК соединяют с геном, продукт которого легко обнаружить, например с геном фермента, окрашивающего клетки, или светящегося белка. Затем смотрят, в каких клетках и насколько сильно работает такой искусственный ген. Так, соединив участки 3′-НТО мРНК β-актина с геном бактериального фермента, нашли последовательность, которая направляет мРНК к краю клетки [17]. Тем же способом проверяли действие коротких рамок в 5′-НТО на количество белка [18].

Энхансер гена SHH интересен и для эволюции: похожий участок управляет работой этого гена в зачатках плавников рыб [13]. Регуляторные участки, сохранившиеся у далёких животных, показывают, что строение тела во многом определяется не только набором генов, но и тем, где и когда они работают.

Почему регуляторные участки так важны

Все клетки многоклеточного организма содержат одинаковые гены. Клетка печени отличается от нервной клетки тем, какие гены в ней работают. Это определяется набором факторов транскрипции и состоянием регуляторных участков. Мутации в регуляторных участках меняют не сам белок, а то, где, когда и сколько его синтезируется. Многие эволюционные изменения строения тела связаны именно с такими мутациями.

6. Экзоны и интроны

Как созревает мРНК

В ядре все этапы обработки РНК идут почти одновременно с транскрипцией. Ген дистрофина, один из самых длинных генов человека, занимает около 2,3 млн пар нуклеотидов и содержит 79 экзонов. Его транскрипция длится около 16 часов, и экзоны в начале РНК успевают сшиться ещё до того, как транскрипция закончится [19].

Как сплайсосома находит интрон

Границы интронов помечены короткими последовательностями. Почти у всех интронов белковых генов эукариот интрон в ДНК начинается с ГТ и заканчивается на АГ, а в РНК — с ГУ и на АГ [11]. Внутри интрона есть ещё один важный участок, точка ветвления. Сплайсосома — крупный комплекс из белков и малых ядерных РНК — узнаёт эти сигналы, вырезает интрон и соединяет соседние экзоны.

Сплайсинг идёт в два химических шага. Сначала нуклеотид точки ветвления присоединяется к началу интрона, и интрон замыкается в петлю, похожую на лассо. Затем конец первого экзона соединяется с началом второго, а интрон освобождается в виде этой петли и разрушается. Узнавание границ обеспечивают малые ядерные РНК сплайсосомы: их участки комплементарны сигнальным последовательностям интрона. Этим объясняется, почему замена даже одного нуклеотида на границе экзона и интрона может нарушить сплайсинг.

Ошибка в сигнале сплайсинга может вызвать болезнь, даже если ни один кодон не изменён. При одной из форм β-талассемии замена единственного нуклеотида внутри интрона гена β-глобина создаёт новый, ложный сигнал конца интрона. Часть РНК сшивается неправильно, и нормального белка образуется мало [20].

Интроны, которые вырезают себя сами

Не все интроны вырезаются сплайсосомой. В 1982 году Т. Чек с сотрудниками показали, что интрон в гене рибосомной РНК инфузории тетрахимены вырезается без всяких белков: РНК сама катализирует свой сплайсинг [21]. Так впервые обнаружили, что РНК может быть ферментом. За это открытие Т. Чек получил Нобелевскую премию по химии 1989 года вместе с С. Олтменом.

Длина экзонов и интронов

Экзоны обычно короткие — сотни нуклеотидов, а интроны могут быть в десятки и сотни раз длиннее. Поэтому в гене человека интроны часто занимают большую часть длины. Ген титина, белка мышц, содержит 363 экзона, которые вместе кодируют 38 138 аминокислот [22].

Зачем нужны интроны

Однозначного ответа нет, но есть несколько известных объяснений.

• Перетасовка экзонов. У. Гилберт предположил, что экзоны могут соответствовать отдельным частям белка, и благодаря интронам такие части легче комбинировать при перестройках генов. Так могли возникать новые белки из готовых блоков [6]. Анализ большого числа геномов показал, что границы экзонов действительно часто совпадают с границами структурных доменов белков [23].
• Альтернативный сплайсинг. Разное сшивание экзонов позволяет получать с одного гена несколько белков (раздел 7).
• Регуляция. В интронах бывают энхансеры и другие регуляторные участки, как в примере с геном SHH.

7. Альтернативный сплайсинг

Если экзоны одного гена можно сшить по-разному, ген даёт несколько разных мРНК и белков. Это и есть альтернативный сплайсинг.

Альтернативный сплайсинг у человека — не исключение, а правило. По данным двух независимых работ 2008 года, ему подвергаются транскрипты 92–95 % генов человека, в которых больше одного экзона [24][25]. Набор вариантов часто различается в разных тканях. Поэтому число разных белков у человека намного больше числа белковых генов, которых около 20 тысяч.

Один из первых изученных примеров — ген кальцитонина. В щитовидной железе из его РНК получается мРНК гормона кальцитонина, а в гипоталамусе при другом сшивании экзонов — мРНК другого пептида; его так и назвали — пептид, родственный гену кальцитонина [26]. Один ген работает как два, в зависимости от ткани.

Какой экзон войдёт в мРНК, определяют белки-регуляторы сплайсинга. Они присоединяются к коротким последовательностям в экзонах и интронах и помогают сплайсосоме узнать границу либо мешают ей. Набор таких белков в разных тканях различается, поэтому одна и та же пре-мРНК в разных клетках сшивается по-разному.

Рекордный пример — ген Dscam плодовой мушки. В нём есть несколько групп взаимоисключающих экзонов: из каждой группы в мРНК попадает только один. Теоретически это даёт более 38 тысяч вариантов белка. Белки Dscam участвуют в выборе пути растущих отростков нервных клеток [27].

Сплайсинг и лечение болезней

Спинальная мышечная атрофия — тяжёлое наследственное заболевание, при котором гибнут двигательные нейроны. Её вызывает утрата гена SMN1. У человека есть почти такой же ген SMN2, но из-за одной замены, не меняющей аминокислоту, экзон 7 в его РНК обычно пропускается, и полноценного белка образуется мало [28]. Лекарство нусинерсен — короткая искусственная цепочка нуклеотидов, которая связывается с пре-мРНК гена SMN2 и меняет её сплайсинг так, что экзон 7 сохраняется. Полноценного белка становится больше. В испытании на младенцах со спинальной мышечной атрофией лекарство улучшало двигательное развитие [29]. Это пример того, как знание об экзонах и интронах превратилось в лечение.

Бывают и другие способы получить разные мРНК с одного гена: разные точки начала транскрипции и разные места присоединения поли(А)-хвоста. У дрожжей, где интронов мало, при одновременном определении обоих концов миллионов молекул РНК нашли огромное разнообразие таких вариантов даже у одного гена [30].

8. Нетранслируемые области

НТО — части экзонов. Они не вырезаются, как интроны, а остаются в зрелой мРНК, просто рибосома не переводит их в аминокислоты. При этом они очень важны: именно в них записаны многие указания о том, как, где и сколько раз мРНК будет прочитана.

Кэп и поли(А)-хвост

Зрелая мРНК эукариот получает на концах две особые метки. Кэп на 5′-конце — изменённый гуаниловый нуклеотид, присоединённый необычной связью. Он защищает мРНК от разрушения ферментами, которые «откусывают» нуклеотиды с конца, помогает выходу мРНК из ядра и служит местом посадки рибосомы. Поли(А)-хвост на 3′-конце — цепочка из многих адениловых нуклеотидов, которую фермент добавляет без всякой матрицы. С хвостом связываются белки, которые защищают мРНК и помогают трансляции. Постепенное укорочение хвоста служит своего рода часами: когда хвост становится коротким, мРНК разрушается.

5′-нетранслируемая область

У эукариот рибосома присоединяется к кэпу на 5′-конце мРНК и движется по 5′-НТО, пока не найдёт подходящий старт-кодон. На выбор кодона влияет его окружение. В опытах М. Козак, где менялся один нуклеотид вокруг кодона АУГ в гене проинсулина, наиболее благоприятным оказалось окружение АЦЦАУГГ (в ДНК — ACCATGG). Отдельные замены в этом окружении меняли количество белка примерно в 20 раз [31].

В 5′-НТО может быть и свой, дополнительный старт-кодон перед основным. Если за ним следует короткая рамка считывания, часть рибосом начинает трансляцию с него, и до основного старт-кодона доходит меньше рибосом. Такие короткие рамки в 5′-НТО есть примерно у половины мРНК человека и мыши, и они заметно снижают количество основного белка [18].

В 5′-НТО бывают и регуляторные участки, которые узнают белки. Пример — мРНК ферритина, белка, запасающего железо. В её 5′-НТО есть железочувствительный элемент. Когда железа мало, с ним связывается белок, и трансляция ферритина подавляется. Когда железа много, белок отходит, и ферритин синтезируется [32]. Так клетка регулирует запас железа, не меняя транскрипцию.

У бактерий в 5′-НТО некоторых мРНК есть рибопереключатели — участки РНК, которые сами связывают определённое вещество и при этом меняют форму. Например, мРНК генов синтеза витамина B₁ связывают его производные и, изменив форму, выключают работу этих генов [33]. Здесь регулятором служит сама РНК, без белков.

3′-нетранслируемая область

В 3′-НТО большинства мРНК эукариот есть сигнал ААУААА. Примерно через 20 нуклеотидов после него РНК разрезается, и к концу присоединяется поли(А)-хвост [34]. Хвост защищает мРНК от разрушения и помогает трансляции.

От 3′-НТО зависит и то, как долго мРНК живёт. Многие мРНК белков, которые нужны клетке ненадолго, например сигнальных белков иммунной системы, содержат в 3′-НТО участок, богатый аденином и урацилом. В опыте Г. Шоу и Р. Камена вставка такого участка из мРНК сигнального белка в 3′-НТО гена β-глобина сделала обычно устойчивую мРНК глобина очень недолговечной [35]. Ещё один пример — «почтовый индекс» мРНК: участок 3′-НТО мРНК β-актина длиной 54 нуклеотида направляет её к краю клетки, где этот белок нужен для движения [17].

Особенно важно, что с 3′-НТО связываются микроРНК — короткие РНК, подавляющие трансляцию. Первую такую регуляцию нашли у червя C. elegans. Ген lin-4 кодирует не белок, а маленькие РНК, комплементарные участкам 3′-НТО мРНК гена lin-14. Связываясь с ними, они уменьшают количество белка LIN-14, и это определяет смену стадий развития червя [36][37].

9. Мутации в разных частях гена

Если знать, из каких частей состоит ген, легко понять, почему мутации в разных местах действуют по-разному. Мутация в кодирующей части меняет строение белка. Мутация в остальных частях меняет то, сколько белка образуется, где и когда.

Мутации вне кодирующей части долго оставались в тени: их труднее найти, потому что по белку их не увидишь. Сейчас ясно, что многие наследственные особенности человека и многие эволюционные изменения связаны именно с регуляторными участками.

10. Сколько в геноме кодирующей ДНК

У человека участки, кодирующие белки, составляют менее 1,5 % генома [38]. По данным 2019 года, в ядерном геноме человека 19 116 известных белковых генов, а суммарная длина их транскрибируемых экзонов без повторов — около 59,3 млн пар нуклеотидов, то есть около 2 % генома [39]. Остальное — интроны, регуляторные участки, гены некодирующих РНК, повторы и участки неизвестного назначения.

Какая часть некодирующей ДНК действительно нужна, остаётся предметом спора. В 2012 году проект ENCODE сообщил, что биохимическую активность имеют около 80 % генома. Критики возразили, что под действием отбора, судя по сохранению последовательностей в эволюции, находится менее 10 % генома, а биохимическая активность не означает полезную функцию [40]. Участники проекта позже написали, что разные способы определения функции дают разные оценки и их нужно сочетать [41]. Отдельный вопрос — длинные некодирующие РНК: многие из них регулируют работу генов, но назначение большинства неизвестно [42].

Как находят гены в прочитанном геноме

Найти ген в длинной последовательности ДНК непросто, особенно у эукариот. Программы ищут открытые рамки считывания, сигналы сплайсинга (ГТ на границе экзон—интрон и АГ на границе интрон—экзон) и типичные последовательности промоторов. Но надёжнее всего прочитать РНК, которая реально синтезируется в клетке: тогда сразу видно, где проходят границы экзонов и нетранслируемых областей. Подробнее об этом — в статье о функциональной аннотации геномов.

Гены, которые не кодируют белки

Не все гены кодируют белки. Гены транспортных и рибосомных РНК известны давно. Позже нашли множество генов малых РНК, в том числе микроРНК, и длинных некодирующих РНК. У таких генов тоже есть промоторы и регуляторные участки, многие из них содержат интроны и проходят сплайсинг, но рамки считывания для белка в них нет или она не используется [42]. Поэтому понятие «ген» сегодня шире, чем «участок ДНК, кодирующий белок».

О том, почему геномы разных организмов так различаются по размеру и доле некодирующей ДНК, подробно рассказано в статье о геномах бактерий, архей и эукариот.

11. Сравнение

12. Частые ошибки

13. Интересные факты

• Шестнадцать часов на одну РНК. Транскрипция гена дистрофина длиной 2,3 млн пар нуклеотидов занимает около 16 часов [19].
• Слова из одного письма. Термины «экзон» и «интрон» появились в коротком письме У. Гилберта в журнал Nature в 1978 году [6].
• Лишний палец из-за далёкой замены. Замена одного нуклеотида в энхансере, удалённом от гена на миллион пар, приводит к лишним пальцам [13].
• Белок из 38 тысяч аминокислот. Ген титина кодирует белок длиной 38 138 аминокислот в 363 экзонах [22].
• 38 тысяч вариантов одного гена. Ген Dscam плодовой мушки теоретически может дать более 38 тысяч вариантов белка [27].
• РНК-фермент. Интрон тетрахимены вырезает себя сам. Это открытие показало, что РНК может катализировать реакции, и поддержало идею мира РНК [21].
• Один ген — два гормона. Ген кальцитонина в щитовидной железе даёт гормон кальцитонин, а в мозге — другой пептид [26].
• Почтовый индекс в РНК. Участок 3′-НТО длиной 54 нуклеотида направляет мРНК β-актина к краю клетки [17].
• Две Нобелевские премии за интроны. Ф. Шарп и Р. Робертс получили премию по физиологии или медицине 1993 года за открытие прерывистых генов, а Т. Чек — премию по химии 1989 года, в том числе за самовырезающийся интрон.
• Интрон в форме лассо. При сплайсинге вырезанный интрон замыкается в петлю с хвостиком, похожую на лассо, и затем разрушается.
• Молоко и одна буква. Способность взрослого человека переваривать молоко связана с заменой одного нуклеотида далеко перед геном лактазы [14].

14. Частые вопросы

Чем ген отличается от кодирующей последовательности?
Кодирующая последовательность — только часть гена от старт-кодона до стоп-кодона. Ген включает ещё регуляторные участки, нетранслируемые области и у эукариот интроны.

Транскрибируются ли интроны?
Да. Интроны переписываются в пре-мРНК вместе с экзонами и вырезаются уже из РНК.

Есть ли интроны у бактерий?
В белковых генах бактерий их почти нет. У бактерий встречаются редкие самовырезающиеся интроны, но это исключение.

Зачем мРНК нетранслируемые области, если они не кодируют белок?
В них записаны сигналы для рибосомы, участки, определяющие срок жизни и место мРНК в клетке, места связывания белков и микроРНК, сигнал присоединения поли(А)-хвоста.

Чем индуцибельный оперон отличается от репрессибельного?
Индуцибельный по умолчанию выключен и включается веществом, которое нужно расщепить (лактозный). Репрессибельный по умолчанию включён и выключается конечным продуктом синтеза (триптофановый).

Можно ли по белку восстановить ген эукариот?
Только кодирующую часть, и то неоднозначно из-за вырожденности кода. Интроны, НТО и регуляторные участки по белку определить нельзя.

Что такое пре-мРНК?
Первичный транскрипт гена эукариот до обработки: с интронами, без кэпа и поли(А)-хвоста.

Может ли мутация в интроне быть вредной?
Да, если она нарушает сигнал сплайсинга или регуляторный участок, как при одной из форм β-талассемии.

Что такое сигма-фактор?
Субъединица РНК-полимеразы бактерий, которая узнаёт промотор. Разные сигма-факторы узнают разные промоторы, и так клетка переключает группы генов.

Почему метилированный ген не работает?
Метки на цитозинах промотора мешают присоединению белков, начинающих транскрипцию, и привлекают белки, уплотняющие хроматин.

Чем энхансер отличается от промотора?
Промотор — место начала транскрипции, он стоит прямо перед геном. Энхансер лишь усиливает транскрипцию и может находиться далеко от гена.

Что значит «цис» и «транс» в генетике регуляции?
Цис-элемент — участок ДНК или РНК, который действует только на гены той же молекулы: промотор, оператор, энхансер, НТО. Транс-фактор — белок или РНК, которые могут действовать на любую молекулу в клетке: репрессор, фактор транскрипции, микроРНК.

Сколько экзонов в генах человека?
По-разному: от одного до сотен. У гена титина их 363 [22], а у гена дистрофина 79 при длине гена 2,3 млн пар нуклеотидов [19].

Что такое полицистронная мРНК?
мРНК, в которой записано несколько белков подряд, каждый со своим старт- и стоп-кодоном. Такие мРНК типичны для оперонов бактерий.

Добавляется ли поли(А)-хвост по матрице ДНК?
Нет. В гене есть только сигнал, после которого РНК разрезается, а сам хвост фермент синтезирует без матрицы.

15. Что пока не решено

• Какая доля некодирующей ДНК нужна. Оценки различаются от нескольких процентов до большей части генома в зависимости от определения функции [40][41].
• Как интроны возникли. Были ли они у древних предков и были потеряны бактериями или появились позднее у эукариот, обсуждается.
• Сколько вариантов сплайсинга действительно работает. Вариантов найдено очень много, но для многих неизвестно, дают ли они полезные белки или это ошибки обработки РНК [24].
• Как читать регуляторный код. Предсказать по последовательности, в какой клетке и когда заработает энхансер, пока удаётся лишь частично.
• Что делают длинные некодирующие РНК. Для большинства из них функция не установлена [42].

16. ЕГЭ

В кодификаторе ЕГЭ-2027 по биологии в разделе 2.5 есть элементы «Организация генома у прокариот и эукариот», «Регуляция активности генов у прокариот» и «Гипотеза оперона (Ф. Жакоб, Ж. Моно)» [43]. Темы экзонов, интронов и сплайсинга связаны с заданиями на транскрипцию и созревание РНК.

Что запомнить

• Оперон: промотор, оператор, структурные гены, терминатор; ген-регулятор кодирует репрессор.
• Лактозный оперон включается лактозой (индуцибельный), триптофановый выключается триптофаном (репрессибельный).
• У эукариот гены прерывистые: экзоны сохраняются в мРНК, интроны вырезаются при сплайсинге.
• Созревание мРНК: кэп на 5′-конце, сплайсинг, поли(А)-хвост на 3′-конце.
• НТО — части мРНК до старт-кодона и после стоп-кодона, они не транслируются.
• Альтернативный сплайсинг даёт с одного гена несколько белков.

Разобранный пример 1

Условие. У мутантной кишечной палочки оператор лактозного оперона изменён так, что репрессор не может с ним связаться. Как будет работать оперон в среде без лактозы?

Ответ. 1) Репрессор не присоединяется к оператору. 2) РНК-полимераза беспрепятственно транскрибирует структурные гены. 3) Ферменты синтезируются постоянно, даже без лактозы.

Разобранный пример 2

Условие. Пре-мРНК содержит 3600 нуклеотидов, из них на интроны приходится 2400. Сколько нуклеотидов в зрелой мРНК без кэпа и поли(А)-хвоста? Сколько аминокислот в белке, если 5′-НТО — 90 нуклеотидов, а участок от стоп-кодона до конца мРНК вместе со стоп-кодоном — 207 нуклеотидов?

Ответ. 1) Зрелая мРНК: 3600 − 2400 = 1200 нуклеотидов. 2) Кодирующая часть без стоп-кодона: 1200 − 90 − 207 = 903 нуклеотида. 3) Белок: 903 / 3 = 301 аминокислота.

Разобранный пример 3

Условие. Назовите не менее трёх отличий в строении и работе генов прокариот и эукариот.

Ответ. 1) У прокариот гены часто объединены в опероны и транскрибируются в одну мРНК; у эукариот у каждого гена обычно свой промотор. 2) В генах эукариот есть интроны, которые вырезаются при сплайсинге; у прокариот их почти нет. 3) мРНК эукариот получает кэп и поли(А)-хвост; у прокариот такой обработки нет. 4) У прокариот транскрипция и трансляция идут одновременно, у эукариот разделены ядерной оболочкой. 5) У эукариот работу генов регулируют также энхансеры, удалённые от гена, и состояние хроматина.

Какие вопросы встречаются

• Назовите части оперона и их функции.
• Объясните, почему лактозный оперон включается при появлении лактозы.
• Объясните, почему длина гена эукариот больше длины его зрелой мРНК.
• Объясните, почему число белков у человека больше числа генов.
• Объясните, почему ген человека без обработки не работает в бактерии.

17. Для олимпиад

Мутации лактозного оперона

Классические олимпиадные задачи основаны на мутациях частей оперона. Мутация оператора, при которой репрессор не связывается с ним, делает оперон постоянно работающим, причём только тот оперон, который лежит на той же молекуле ДНК. Мутация гена-регулятора, при которой репрессор не образуется, тоже даёт постоянную работу, но её можно исправить, если в клетку ввести нормальный ген-регулятор на плазмиде: его репрессор свободно перемещается по клетке и находит оператор. Мутация репрессора, при которой он не связывает индуктор, делает оперон невключаемым даже при наличии лактозы, и такой репрессор подавляет оперон даже в присутствии нормального.

Цис и транс

Регуляторные элементы делят на действующие в цис-положении и в транс-положении. Оператор, промотор, энхансер, НТО — цис-элементы: они влияют только на гены своей молекулы ДНК или РНК. Репрессор, факторы транскрипции, микроРНК — транс-факторы: это молекулы, которые перемещаются по клетке и действуют на любую подходящую копию. Различие проверяют опытом с двумя копиями участка: мутацию транс-фактора исправляет нормальная копия на другой молекуле, мутацию цис-элемента — нет. Именно так Ф. Жакоб и Ж. Моно отличили оператор от гена-регулятора [1].

Перебор вариантов сплайсинга

Если в гене есть k экзонов, каждый из которых может независимо включаться или пропускаться, число вариантов мРНК равно 2^k. Если же есть группы взаимоисключающих экзонов, число вариантов равно произведению размеров групп. Например, при группах из 12, 48, 33 и 2 экзонов получается 12 · 48 · 33 · 2 = 38 016 вариантов. Это расчёт для гена Dscam [27].

Скорость транскрипции

Если транскрипция гена длиной 2300 тысяч пар идёт со скоростью около 2,4 тысячи нуклеотидов в минуту, она займёт около 958 минут, то есть примерно 16 часов [19]. Поэтому для очень длинных генов важно, что сплайсинг начинается до окончания транскрипции.

Как устроена аттенуация

В начале мРНК триптофанового оперона есть четыре участка, которые могут спариваться друг с другом и образовывать шпильки. Участок 1 кодирует короткий пептид с двумя кодонами триптофана подряд. Если триптофана много, рибосома быстро проходит участок 1 и закрывает участок 2. Тогда участок 3 спаривается с участком 4, образуется шпилька-терминатор, и РНК-полимераза отходит от ДНК. Если триптофана мало, рибосома останавливается на его кодонах в участке 1, участок 2 свободен и спаривается с участком 3. Шпилька 3–4 не образуется, и транскрипция идёт дальше, к генам ферментов [8].

Аттенуация и сопряжение

Аттенуация работает только тогда, когда рибосома идёт сразу за РНК-полимеразой. У эукариот транскрипция идёт в ядре, а трансляция — в цитоплазме, поэтому такой механизм у них невозможен. Это хороший пример того, как устройство клетки ограничивает способы регуляции [8].

18. Задания с разбором

Задание 1

Установите соответствие между участком и его характеристикой: 1) промотор; 2) оператор; 3) интрон; 4) 3′-НТО. А) участок, вырезаемый из РНК; Б) место присоединения РНК-полимеразы; В) участок зрелой мРНК после стоп-кодона; Г) место присоединения репрессора.

Задание 2

Выберите участки, которые есть в зрелой мРНК эукариот: 1) промотор; 2) 5′-НТО; 3) интрон; 4) кодирующая часть; 5) 3′-НТО; 6) энхансер.

Задание 3

Ген содержит четыре экзона длиной 150, 200, 120 и 330 нуклеотидов. 5′-НТО занимает первые 60 нуклеотидов первого экзона, 3′-НТО — последние 200 нуклеотидов последнего экзона, стоп-кодон стоит перед 3′-НТО. Найдите длину зрелой мРНК без кэпа и хвоста и число аминокислот в белке.

Задание 4

Как будет работать лактозный оперон в среде с лактозой у бактерии, у которой репрессор не может связать производное лактозы?

Задание 5

Почему триптофановый оперон называют репрессибельным, а лактозный — индуцибельным?

Задание 6

Пре-мРНК: 5′-АУГГЦАГУАААГУЦАГУУУГГЦУАА-3′. Подчёркнутый участок — интрон. Определите зрелую мРНК и пептид.

Задание 7

В гене пять экзонов. Первый и последний всегда входят в мРНК, а каждый из трёх средних может независимо включаться или пропускаться. Сколько вариантов мРНК возможно?

Задание 8

Почему ген человека нельзя просто вставить в бактерию, чтобы получить белок, а сначала получают ДНК-копию зрелой мРНК?

Задание 9

Замена одного нуклеотида произошла в 14 тысячах пар нуклеотидов перед геном лактазы, а белок лактаза у носителей обоих вариантов одинаков. Как такая замена может влиять на признак?

Задание 10

Замена нуклеотида внутри интрона гена β-глобина вызывает талассемию. Почему, ведь интрон вырезается?

Задание 11

Объясните, как одна и та же мРНК ферритина может давать разное количество белка в зависимости от количества железа в клетке.

Задание 12

Транскрипция гена длиной 2,3 млн пар нуклеотидов идёт со скоростью 2,4 тысячи нуклеотидов в минуту. Сколько часов она займёт?

Задание 13

По данным 2019 года, суммарная длина транскрибируемых экзонов белковых генов человека — около 59,3 млн пар нуклеотидов, а размер генома — 3,055 млрд пар. Какую долю генома это составляет? Почему эта доля больше, чем доля участков, кодирующих белки?

Задание 14

Мутация в гене-регуляторе лактозного оперона привела к тому, что репрессор не образуется. Как будет работать оперон? Можно ли вернуть нормальную регуляцию, введя в клетку плазмиду с нормальным геном-регулятором?

Задание 15

Мутация оператора не даёт репрессору связаться с ним. Можно ли вернуть регуляцию, введя плазмиду с нормальным геном-регулятором? А плазмиду с нормальным оператором без структурных генов?

Задание 16

Почему аттенуация невозможна у эукариот?

Задание 17

В трёх группах взаимоисключающих экзонов гена 4, 5 и 3 варианта. Сколько разных мРНК возможно? А если добавить один экзон, который может включаться или пропускаться?

Задание 18

Ген кальцитонина в щитовидной железе даёт мРНК гормона кальцитонина, а в гипоталамусе — мРНК другого пептида. Как это возможно, если ДНК в клетках одинакова?

Задание 19

При спинальной мышечной атрофии используют лекарство, которое связывается с пре-мРНК гена SMN2. Почему оно помогает, хотя ген SMN1 у больного не работает?

Задание 20

В 5′-НТО мРНК появился дополнительный кодон АУГ, за которым через несколько кодонов следует стоп-кодон. Как это может изменить количество основного белка?

Задание 21

В 3′-НТО устойчивой мРНК вставили участок, богатый аденином и урацилом, из мРНК сигнального белка. Что произойдёт с мРНК и почему такой участок полезен для мРНК сигнальных белков?

Задание 22

Укажите, какие из элементов действуют в цис-положении, а какие в транс-положении: 1) оператор; 2) репрессор; 3) энхансер; 4) фактор транскрипции; 5) 3′-НТО; 6) микроРНК.

Задание 23

Ген занимает 2,3 млн пар нуклеотидов, а его зрелая мРНК — около 14 тысяч нуклеотидов. Какую долю гена составляют экзоны? Что занимает остальное?

Задание 24

У двух людей последовательность белка одинакова, но у одного белка вдвое меньше. В каких частях гена можно искать причину? Назовите не менее трёх.

Задание 25

Ген эукариот состоит из трёх экзонов (240, 180 и 300 нуклеотидов) и двух интронов (900 и 1500 нуклеотидов). 5′-НТО — 45 нуклеотидов в первом экзоне, 3′-НТО — 72 нуклеотида в последнем, стоп-кодон стоит перед 3′-НТО. Найдите длину пре-мРНК, зрелой мРНК (без кэпа и хвоста) и число аминокислот в белке.

Задание 26

Оперон из трёх генов кодирует белки длиной 100, 250 и 150 аминокислот. Между генами по 20 нуклеотидов, 5′-НТО — 30 нуклеотидов, 3′-НТО — 40 нуклеотидов. Найдите длину полицистронной мРНК. Каждый ген включает свой стоп-кодон.

Задание 27

В клетке кишечной палочки мало триптофана. Объясните, почему транскрипция триптофанового оперона продолжается до генов ферментов. Что изменится, если в начале мРНК заменить оба кодона триптофана на кодоны аланина?

Литература

1. Jacob F., Monod J. Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins // Journal of Molecular Biology. 1961. Vol. 3. P. 318–356.
2. Pribnow D. Nucleotide sequence of an RNA polymerase binding site at an early T7 promoter // PNAS. 1975. Vol. 72. P. 784–788.
3. Shine J., Dalgarno L. The 3′-terminal sequence of Escherichia coli 16S ribosomal RNA: complementarity to nonsense triplets and ribosome binding sites // PNAS. 1974. Vol. 71. P. 1342–1346.
4. Berget S. M., Moore C., Sharp P. A. Spliced segments at the 5′ terminus of adenovirus 2 late mRNA // PNAS. 1977. Vol. 74. P. 3171–3175.
5. Chow L. T., Gelinas R. E., Broker T. R., Roberts R. J. An amazing sequence arrangement at the 5′ ends of adenovirus 2 messenger RNA // Cell. 1977. Vol. 12. P. 1–8.
6. Gilbert W. Why genes in pieces? // Nature. 1978. Vol. 271. P. 501.
7. Banerji J., Rusconi S., Schaffner W. Expression of a β-globin gene is enhanced by remote SV40 DNA sequences // Cell. 1981. Vol. 27. P. 299–308.
8. Yanofsky C. Attenuation in the control of expression of bacterial operons // Nature. 1981. Vol. 289. P. 751–758.
9. Spieth J., Brooke G., Kuersten S. et al. Operons in C. elegans: polycistronic mRNA precursors are processed by trans-splicing of SL2 to downstream coding regions // Cell. 1993. Vol. 73. P. 521–532.
10. Blumenthal T. Operons in eukaryotes // Briefings in Functional Genomics and Proteomics. 2004. Vol. 3. P. 199–211.
11. Breathnach R., Chambon P. Organization and expression of eucaryotic split genes coding for proteins // Annual Review of Biochemistry. 1981. Vol. 50. P. 349–383.
12. Ptashne M., Gann A. Transcriptional activation by recruitment // Nature. 1997. Vol. 386. P. 569–577.
13. Lettice L. A., Heaney S. J., Purdie L. A. et al. A long-range Shh enhancer regulates expression in the developing limb and fin and is associated with preaxial polydactyly // Human Molecular Genetics. 2003. Vol. 12. P. 1725–1735.
14. Enattah N. S., Sahi T., Savilahti E. et al. Identification of a variant associated with adult-type hypolactasia // Nature Genetics. 2002. Vol. 30. P. 233–237.
15. Bird A. DNA methylation patterns and epigenetic memory // Genes & Development. 2002. Vol. 16. P. 6–21.
16. Grosveld F., van Assendelft G. B., Greaves D. R., Kollias G. Position-independent, high-level expression of the human β-globin gene in transgenic mice // Cell. 1987. Vol. 51. P. 975–985.
17. Kislauskis E. H., Zhu X., Singer R. H. Sequences responsible for intracellular localization of β-actin messenger RNA also affect cell phenotype // Journal of Cell Biology. 1994. Vol. 127. P. 441–451.
18. Calvo S. E., Pagliarini D. J., Mootha V. K. Upstream open reading frames cause widespread reduction of protein expression and are polymorphic among humans // PNAS. 2009. Vol. 106. P. 7507–7512.
19. Tennyson C. N., Klamut H. J., Worton R. G. The human dystrophin gene requires 16 hours to be transcribed and is cotranscriptionally spliced // Nature Genetics. 1995. Vol. 9. P. 184–190.
20. Spritz R. A., Jagadeeswaran P., Choudary P. V. et al. Base substitution in an intervening sequence of a β+-thalassemic human globin gene // PNAS. 1981. Vol. 78. P. 2455–2459.
21. Kruger K., Grabowski P. J., Zaug A. J. et al. Self-splicing RNA: autoexcision and autocyclization of the ribosomal RNA intervening sequence of Tetrahymena // Cell. 1982. Vol. 31. P. 147–157.
22. Bang M. L., Centner T., Fornoff F. et al. The complete gene sequence of titin, expression of an unusual ≈700-kDa titin isoform, and its interaction with obscurin identify a novel Z-line to I-band linking system // Circulation Research. 2001. Vol. 89. P. 1065–1072.
23. Smithers B., Oates M., Gough J. «Why genes in pieces?» — revisited // Nucleic Acids Research. 2019. Vol. 47. P. 4970–4973.
24. Pan Q., Shai O., Lee L. J. et al. Deep surveying of alternative splicing complexity in the human transcriptome by high-throughput sequencing // Nature Genetics. 2008. Vol. 40. P. 1413–1415.
25. Wang E. T., Sandberg R., Luo S. et al. Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes // Nature. 2008. Vol. 456. P. 470–476.
26. Amara S. G., Jonas V., Rosenfeld M. G. et al. Alternative RNA processing in calcitonin gene expression generates mRNAs encoding different polypeptide products // Nature. 1982. Vol. 298. P. 240–244.
27. Schmucker D., Clemens J. C., Shu H. et al. Drosophila Dscam is an axon guidance receptor exhibiting extraordinary molecular diversity // Cell. 2000. Vol. 101. P. 671–684.
28. Lorson C. L., Hahnen E., Androphy E. J., Wirth B. A single nucleotide in the SMN gene regulates splicing and is responsible for spinal muscular atrophy // PNAS. 1999. Vol. 96. P. 6307–6311.
29. Finkel R. S., Mercuri E., Darras B. T. et al. Nusinersen versus sham control in infantile-onset spinal muscular atrophy // New England Journal of Medicine. 2017. Vol. 377. P. 1723–1732.
30. Pelechano V., Wei W., Steinmetz L. M. Extensive transcriptional heterogeneity revealed by isoform profiling // Nature. 2013. Vol. 497. P. 127–131.
31. Kozak M. Point mutations define a sequence flanking the AUG initiator codon that modulates translation by eukaryotic ribosomes // Cell. 1986. Vol. 44. P. 283–292.
32. Hentze M. W., Caughman S. W., Rouault T. A. et al. Identification of the iron-responsive element for the translational regulation of human ferritin mRNA // Science. 1987. Vol. 238. P. 1570–1573.
33. Winkler W., Nahvi A., Breaker R. R. Thiamine derivatives bind messenger RNAs directly to regulate bacterial gene expression // Nature. 2002. Vol. 419. P. 952–956.
34. Proudfoot N. J., Brownlee G. G. 3′ non-coding region sequences in eukaryotic messenger RNA // Nature. 1976. Vol. 263. P. 211–214.
35. Shaw G., Kamen R. A conserved AU sequence from the 3′ untranslated region of GM-CSF mRNA mediates selective mRNA degradation // Cell. 1986. Vol. 46. P. 659–667.
36. Lee R. C., Feinbaum R. L., Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14 // Cell. 1993. Vol. 75. P. 843–854.
37. Wightman B., Ha I., Ruvkun G. Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans // Cell. 1993. Vol. 75. P. 855–862.
38. International Human Genome Sequencing Consortium. Initial sequencing and analysis of the human genome // Nature. 2001. Vol. 409. P. 860–921.
39. Piovesan A., Antonaros F., Vitale L. et al. Human protein-coding genes and gene feature statistics in 2019 // BMC Research Notes. 2019. Vol. 12. Art. 315.
40. Graur D., Zheng Y., Price N. et al. On the immortality of television sets: «function» in the human genome according to the evolution-free gospel of ENCODE // Genome Biology and Evolution. 2013. Vol. 5. P. 578–590.
41. Kellis M., Wold B., Snyder M. P. et al. Defining functional DNA elements in the human genome // PNAS. 2014. Vol. 111. P. 6131–6138.
42. Mattick J. S., Amaral P. P., Carninci P. et al. Long non-coding RNAs: definitions, functions, challenges and recommendations // Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2023. Vol. 24. P. 430–447.
43. Кодификатор проверяемых требований и элементов содержания. Единый государственный экзамен 2027 года. Биология. М.: ФИПИ, 2026.