イントロンとエクソン

Posted on 2024年 11月 6日

イントロンとエクソンは、DNAやRNAの中で異なる役割を持つ領域を指し、特に真核生物の遺伝子で見られます。エクソンはタンパク質の情報を含む部分であり、イントロンはその間に存在する非コード領域です。遺伝子の構造と機能において、これらの領域は重要な役割を果たしています。

エクソン(Exon)

  • 定義:エクソンは、タンパク質をコードする遺伝情報を持つ領域で、RNAが成熟する際に残る部分です。
  • 機能:エクソンはmRNAに転写され、その後リボソームで翻訳される際にアミノ酸配列としてタンパク質を形成します。エクソンが組み合わさることで、特定のタンパク質の配列が決定され、細胞内でそのタンパク質が機能を果たすことになります。
  • 特徴:エクソンはタンパク質合成に直接関与するため、イントロンが除去された後のmRNAに必ず含まれています。

イントロン(Intron)

  • 定義:イントロンは、タンパク質の情報を含まない遺伝子の非コード領域です。イントロンはエクソンの間に挟まれて存在し、mRNAの成熟過程で除去されます。
  • 機能:イントロンは直接タンパク質をコードするわけではありませんが、遺伝子の発現調節や多様なmRNAの生成に役立っています。また、イントロンがあることで、同じ遺伝子から異なるタンパク質を生み出す「選択的スプライシング」が可能になります。
  • 特徴:イントロンは成熟したmRNAには残らず、スプライシングと呼ばれる過程で取り除かれますが、遺伝子の調節や進化においても重要な役割を持つと考えられています。

スプライシングと選択的スプライシング

  • スプライシング:遺伝子が転写されてできた初期のRNA(前駆体mRNA)にはイントロンも含まれています。この前駆体mRNAはスプライシングという過程で、イントロンが除去され、エクソンが結合して成熟したmRNAが形成されます。
  • 選択的スプライシング:同じ遺伝子から異なるmRNAを生成する仕組みで、スプライシングの際に異なるエクソンの組み合わせが作られることで、多様なタンパク質を生成することができます。これにより、一つの遺伝子が異なる機能を持つ複数のタンパク質を生み出すことが可能になります。

イントロンとエクソンの意義

  • 進化的意義:イントロンは、遺伝子が新しい形質に適応する過程で役立っていると考えられ、選択的スプライシングによって多様なタンパク質を効率的に生産できるため、進化上の利点があります。
  • 遺伝子発現の調節:イントロンには遺伝子発現を制御するシグナルが含まれることがあり、遺伝子の働きを調整する役割を果たす場合もあります。

一般的に、真核生物の遺伝子の中でイントロンとエクソンの比率は、イントロンが圧倒的に多くなっています。具体的な比率は生物種によって異なりますが、以下の傾向が見られます。

  • ヒトの場合:ヒトの遺伝子には多くのイントロンが含まれており、全体の配列のうち約90%以上がイントロンで、エクソンはわずか1%〜2%程度を占めるとされています。
  • 他の真核生物の場合:他の哺乳類や植物も、遺伝子内のイントロンがエクソンよりも多い傾向にあります。例えば、マウスや酵母でもイントロンが多く、エクソンが遺伝子全体の数%程度と少ない割合です。

また、エクソンは通常短く、平均的に100〜200塩基程度であるのに対し、イントロンはそれに比べて非常に長く、数千塩基に及ぶこともあります。

まとめ

エクソンはタンパク質をコードする領域であり、成熟したmRNAに含まれます。一方、イントロンはタンパク質の情報を持たない非コード領域で、スプライシングによって除去されますが、遺伝子発現の調節や多様なタンパク質生成に寄与しています。イントロンとエクソンの存在により、遺伝情報が効率的に管理され、より多様で複雑な生命活動が可能となっているのです。

  • イントロン:遺伝子配列の90%以上を占めることが多い(ヒトの場合)。
  • エクソン:遺伝子配列の1%〜2%程度の割合。

この比率により、イントロンが遺伝子の構造において大きな部分を占め、エクソンがタンパク質コード領域として効率よく利用されている構造となっています。

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Posted on 2024年 11月 6日

Introns and exons refer to regions of DNA and RNA that have different roles, especially found in eukaryotic genes. Exons are the parts that contain protein information, and introns are the non-coding regions in between. These regions play important roles in gene structure and function.

Exon

  • Definition: An exon is a region of genetic information that encodes a protein and is the portion of RNA that remains when the RNA matures.
  • Function: Exons form proteins as amino acid sequences when transcribed into mRNA and subsequently translated by the ribosome. Exons combine to sequence a specific protein and cause that protein to perform a function in the cell.
  • Characteristics: Exons are always present in mRNA after introns have been removed because they are directly involved in protein synthesis.

Intron

  • Definition: An intron is a non-coding region of a gene that contains no protein information. Introns are located between exons and are removed during mRNA maturation.
  • Function: Introns do not directly code for proteins, but they help regulate gene expression and the production of diverse mRNAs. The presence of introns also enables “selective splicing,” in which different proteins are produced from the same gene.
  • Characteristics: Introns do not remain in mature mRNAs and are removed in a process called splicing, but are thought to play an important role in gene regulation and evolution.

Splicing and Selective Splicing

  • Splicing: The initial RNA (precursor mRNA) that is produced when a gene is transcribed also contains introns. In a process called splicing, introns are removed from the precursor mRNA and exons are joined to form mature mRNA.
  • Selective splicing: a mechanism that produces different mRNAs from the same gene. Different combinations of exons are created during splicing to produce a variety of proteins. This allows a single gene to produce multiple proteins with different functions.

Significance of introns and exons

  • Evolutionary significance: introns are thought to help genes in the process of adapting to new traits and have evolutionary advantages because they can efficiently produce diverse proteins through selective splicing.
  • Regulation of gene expression: introns may contain signals that control gene expression and may also play a role in regulating gene function.

In general, introns dominate the ratio of introns to exons in eukaryotic genes. The specific ratios vary among species, but the following trends are observed:

  • For humans: Human genes contain many introns, with introns accounting for about 90% or more of the total sequence, and exons for only 1% to 2%.
  • For other eukaryotes: other mammals and plants also tend to have more introns than exons in their genes. For example, even in mouse and yeast, introns are abundant and exons make up a small percentage, about a few percent of the total gene.

Also, exons are usually short, averaging 100-200 bases, whereas introns are much longer by comparison and can be thousands of bases long.

Conclusion

Exons are protein-coding regions and are found in mature mRNAs. Introns, on the other hand, are non-coding regions that do not contain protein information and are removed by splicing, but contribute to the regulation of gene expression and the production of diverse proteins. The presence of introns and exons enables efficient management of genetic information and more diverse and complex biological activities.

  • Introns: often account for more than 90% of the gene sequence (in humans).
  • Exons: 1% to 2% of the gene sequence.

This ratio results in a structure in which introns make up a large portion of the gene structure and exons are efficiently utilized as protein coding regions.

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