Интеины

Интеины являются сегментами белковых молекул, которые вырезают сами себя из большего по размеру белка и сращивают концы двух оставшихся белковых сегментов, в результате чего получается интеин и новый белок. Найдены во всех типах живых организмов. Интеины --- естественные генетические инженеры, ведь многие приобретают эндонуклеазную активность после вырезания из белка и могут разрезать геном, так что копия кодирующей интеин последовательности может быть вставлена в место разрыва [1]. Разрезание генома происходит исключительно в сайте, кодирующем большой белок,  но не имеющем кодирующей интеин последовательности (как, например, в случае аллелей одного и того же гена в гомологичных хромосомах). Включение ДНК интеина происходит за счет гомологичного замещения из сайта с интеиновой последовательностью. Таким способом интеин распространяется по организмам, которые имеют и пустой, и интеин-кодирующий вариант (аллель) одной и той же кодирующей последовательности. Заполненный сайт более не чувствителен к эндонуклеазной функции, так как включение разрывает последовательность, используемую для распознавания интеином. Таким образом, когда все пустые сайты заполнены, данный белок теряет свои мишени и может деградировать.



Эндонуклеазы интеинов входят в группу высокоспециализированных хоуминг эндонуклеаз (homing endonucleases), которые также кодируются некоторыми интронами группы I, способными к самосплайсингу, и подгруппой элементов LINE, которые включаются в уникальные разделительные сайты кодирующих рибосомную РНК последовательностей (rDNA).

У прокариот интеины находятся включенными в последовательности, кодирующие ключевые белки поддержания генома, такие как ДНК-полимераза, другие репликационные функции и RecA. Грибы демонстрируют разнообразие интеиновых включений в субъединицы РНК-полимеразы, факторы инициации трансляции и белки РНК-сплайсинга. Как и почему эти интеиновые включения появились изначально остается загадкой, однако их присутствие в таких ключевых белках поддержания генома и его экспрессии предполагает некоторую регуляторную роль, которую еще предстоит открыть.


Словарь

Эндонуклеаза --- белок, который делает разрыв ДНК цепи в ее середине (то есть не в конце цепи).

RecA --- белок, крайне необходимый для восстановления и поддержания ДНК. Структурные и функциональные гомологи RecA найдены в каждом виде.

Хоуминг -- это горизонтальный (внутри организма) перенос вставочной последовательности (либо интрона, либо интеина) в гомологичную аллель, которая не содержит этой последовательности.

Аллель -- другая форма одного и того же гена, расположенная в аналогичном локусе гомологичной хромосомы.
Литература

[1] механизм интеинового само-сплайсинга и включения в ДНК:
 - Liu, X.Q. Protein-splicing intein: Genetic mobility, origin, and evolution. Annu Rev Genet 34, 61-76 (2000).
 - Gimble, F.S. Invasion of a multitude of genetic niches by mobile endonuclease genes. FEMS Microbiol Lett 185, 99-107 (2000).