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어떤 유기체에 인트론이 있습니까?

어떤 유기체에 인트론이 있습니까?


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예를 들어, 인트론은 단백질 코딩 유전자가 거의 항상 여러 개의 인트론을 포함하는 고등 척추동물(예: 인간 및 생쥐)의 핵 게놈 내에서 매우 일반적이지만 일부 진핵 미생물의 핵 유전자 내에서는 인트론이 드물다[8]. 제빵사/맥주 효모(Saccharomyces cerevisiae). 대조적으로, 척추동물의 미토콘드리아 게놈은 인트론이 전혀 없는 반면, 진핵 미생물의 게놈은 많은 인트론을 포함할 수 있습니다. 인트론은 박테리아 및 고세균 유전자에서 잘 알려져 있지만 대부분의 진핵생물 게놈에서보다 드물게 발생합니다.

생화학 과정에서 우리는 박테리아에는 인트론이 없고 진핵생물에는 거의 항상 인트론이 있다는 것을 배웠습니다. 뭐가 맞나요?

Wikipedia 기사에서 주장하는 것처럼 바이러스에 인트론이 있습니까?


일반적으로 생물학의 포괄적인 진술은 항상 거짓으로 간주되어야 합니다.

박테리아가 시스 작용 자가촉매 그룹 I 및 II 인트론의 의미에서 '인트론'(또는 적어도 인트론 게놈 서열이 결정됨)을 갖는 경우가 있습니다. 이들은 mRNA 전사체로부터 그들 자신의 절단을 촉매하기 위해 그러한 형태를 채택하는 RNA의 서열이고, 따라서 리보핵산으로 만들어진 효소인 리보자임으로 간주될 수 있다.

일반적으로 고려되지는 않지만 RNA의 '인트론' 분절은 원핵생물과 진핵생물 모두에서 tRNA 과정에서 제거됩니다.

이제 스플라이세오솜의 작용에 의해 제거된 인트론은 박테리아에 스플라이세오솜이 없기 때문에 진핵생물에서 엄격하게 발견됩니다.

인트론(특히 스플라이세오솜) 계통발생에 관한 질문과 관련하여 관심이 있다면 비교적 쉽게 찾을 수 있는 많은 논문이 있는 것 같습니다.

바이러스 인트론(그룹 I)이 보고된 한 가지 예시 논문: http://nar.oxfordjournals.org/content/22/13/2532.abstract


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인트론의 진화적 중요성에 대한 귀하의 전문 지식과 개념에 정말 감사드립니다. 진핵생물 게놈에서 그들은 무엇을 하며 원핵생물에는 인트론이 없는 이유는 무엇입니까?

- 북아일랜드의 호기심 많은 어른

이것은 좋은 질문입니다! 과학자들은 왜 원핵생물에 스플라이스좀체 인트론*이 없는지 알아내려고 노력하고 있습니다. 그리고 왜 효모와 같은 일부 진핵생물은 소수만 가지고 있고 인간과 같은 다른 진핵생물은 수만 개를 가지고 있습니다.

실제로 두 가지 경쟁 이론이 있습니다. 하나는 인트론 초기(IE)라고 합니다. 인트론은 원핵생물과 진핵생물 모두에 존재했지만 박테리아와 다른 원핵생물은 그 이후로 인트론을 잃어버렸다고 합니다.

짐작할 수 있듯이 다른 이론은 IL(intron-late)이라고 합니다. 인트론은 원핵생물에서 분열한 후 진핵생물에서 발달했다고 합니다.

타임머신이 없으면 이 모델 중 어느 것이 옳다고 말하기 어렵습니다. 과학자들은 인트론이 어디서 왔는지에 대한 단서를 찾기 위해 다양한 짐승의 많은 DNA를 조사하고 있습니다.

결과에 대해 이야기하기 전에 우리는 모두 같은 페이지에 있는지 확인해야 합니다. 먼저 유전자, 게놈, 인트론 등을 간단히 살펴보겠습니다. 그런 다음 이러한 성가신 인트론이 있는 이유에 대한 몇 가지 아이디어를 좀 더 깊이 파고들 수 있습니다.

유전자, 인트론, 단백질, 오 마이!

이미 알고 계시겠지만, DNA에는 생명체를 만들고 운영하기 위한 지침이 있습니다. 그리고 생물의 각 유형에는 서로 다른 DNA 명령 세트가 있습니다. 예를 들어, 개에게는 4개의 다리를 만드는 지침이 있고 문어는 8개의 다리를 만드는 지침이 있습니다.

이러한 지침 중 많은 부분이 유전자라고 하는 긴 DNA에서 발견됩니다. 각 유전자에는 특정 작업을 수행하는 특정 단백질을 만들기 위한 지침이 있습니다.

일부 단백질은 혈액에 산소를 운반합니다. 다른 사람들은 음식에서 전분을 소화합니다. 또는 다른 사람들은 우리의 눈, 머리카락, 피부를 착색하는 안료를 만듭니다. 등등. 기본적으로 단백질은 우리 각자를 만들고 실행하는 대부분의 작업을 수행합니다.

스플라이소좀 인트론은 실제로 유전자 중간에 붙어 있는 큰 DNA 조각입니다. 그들이 하는 일은 단백질 지침을 분해하는 것입니다. 세포가 이러한 인트론에 대해 뭔가를 하지 않으면 대부분 왜곡된 단백질을 만들 것입니다. 그리고 세포는 죽을 것입니다.

운 좋게도 우리의 세포는 지침을 읽기 전에 이러한 인트론을 제거할 수 있습니다. 그들은 RNA 단계에서 그것들을 제거합니다.

인트론과 엑손: 자르기 및 붙여넣기

우리의 세포는 유전자의 DNA 지시에서 단백질로 직접 이동하지 않습니다. 첫째, 그들은 그 지시를 RNA라고 불리는 것에 복사합니다. 이 RNA(메신저 또는 mRNA라고 함)는 그런 다음 특정 단백질로 번역됩니다.

인트론은 RNA가 DNA에서 만들어진 후 잘립니다. 그런 다음 단백질 지침 조각(엑손이라고 함)을 함께 붙여넣습니다. 이 두 가지 과정을 함께

스플라이싱은 때때로 유전자의 다른 지점에서 발생할 수 있습니다. 그러면 서로 다른 비트의 명령이 함께 붙여져 서로 다른 단백질이 만들어집니다. 스플라이싱으로 인해 단일 유전자에서 하나 이상의 단백질을 얻을 수 있습니다. 이러한 서로 다른 단백질을 스플라이스 변이체라고 합니다.

대체 스플라이싱은 동일한 유전자에서 두 개의 다른 단백질을 만듭니다.

이 모든 것이 '웅장함'이라는 단어를 사용하여 어떻게 작동하는지 봅시다. 우리는 '웅장함'이 유전자인 척 할 것입니다.

다양한 문자 청크(인트론)를 제거하고 다양한 단어(스플라이스 변형)를 얻을 수 있습니다. 당신이 얻는 몇 단어는 '마법', '멋지다' 또는 '나이'입니다. 이 단어들은 같은 곳에서 왔지만 모두 다른 의미와 다른 길이를 가지고 있습니다.

이제 "Harry Potter is magic"이라는 문장을 작성해야 한다고 상상해 보십시오. 이제 당신이 엄청난 잘못을 엮어서 '마법'이 아닌 '멋진'으로 끝났다고 상상해 보십시오. "해리포터는 멋지다." 여전히 의미가 있지만 다른 의미가 있습니다. 그리고 '나이'는 말도 안되는 문장이 될 것입니다!

mRNA의 스플라이싱에서도 같은 일이 발생할 수 있습니다. mRNA를 자르고 붙여넣는 위치에 따라 다른 일을 하는 다른 단백질이 생길 수 있습니다. 해리가 어떤 경우에는 마술사이고 다른 경우에는 친절하듯이.

그리고 때때로 접합이 잘못된 위치에서 발생할 수 있습니다. 그런 다음 작동을 멈추거나 새로운 기능을 얻는 단백질로 끝날 수 있습니다. 이러한 스플라이스 변형은 암이나 질병과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.

그렇기 때문에 올바른 접합을 하는 것이 매우 중요합니다. 이 모든 것을 감안할 때 인트론은 중요한 역할을 하는 것이 더 낫습니다. 그렇지 않으면 아예 없는 것이 더 쉬울 것입니다.

인트론의 진화적 의미

처음에 말했듯이 인트론의 수는 세포당 수백에서 수십만 종까지 매우 다양합니다. 각 인트론의 크기도 크게 다릅니다. 단순한 유기체에서는 매우 짧을 수 있지만 고등 진핵생물에서는 매우 길 수 있습니다.

그렇다면 인트론은 어디에서 왔습니까? 인트론 초기(IE)와 인트론 후기(IL)라는 두 가지 경쟁 가설이 있음을 기억하십시오. 어떤 일이 발생했는지는 모르지만(둘 중 하나라도 해당되는 경우) 이 두 모델의 기본 사항을 설명하고 각각에 대한 몇 가지 증거를 제시하겠습니다.

IE 가설은 인트론이 매우 오래되었고 원핵 생물과 진핵 생물 조상 모두에서 발견되었다고 제안합니다. 아이디어는 우리의 초기 조상은 많은 매우 작은 단백질 단위를 가졌다는 것입니다. 그런 다음 Intron은 이러한 명령을 혼합하고 일치시켜 유전자 수를 빠르게 확장했습니다.

시간이 지남에 따라 인트론은 단백질을 보다 효율적으로 만드는 방법으로 원핵생물에서 손실되었습니다. 이것은 가능한 한 빨리 성장하는 것이 종종 생존에 중요한 박테리아의 바쁘고 거친 세계에서 중요합니다.

IL 가설에서 인트론은 원핵생물과 진핵생물이 각자의 길을 간 후에 나타났다. 따라서 인트론 대신 잃어버린 원핵생물에서 그들은 얻은 진핵생물에서.

인트론과 엑손의 장점이 있습니까? 대부분의 진핵생물은 다세포 유기체임을 기억하십시오. 동일한 유전자의 엑손을 혼합하고 일치시키면 다른 기능을 가진 단백질이 생성될 수 있습니다.

진핵생물은 동일한 유전자 세트를 가진 많은 유형의 세포를 가지고 있기 때문에 단백질에서 이러한 다양성이 필요할 수 있습니다. 따라서 인트론은 세포 유형에 고유한 다른 단백질 또는 다른 양의 단백질을 생성하는 방법입니다.

Intron은 또한 더 빠른 진화를 허용할 수도 있습니다. 예를 들어, 기존 유전자에서 엑손을 잘라내어 붙여넣는 것도 새로운 유전자를 만들 수 있습니다.

인트론은 일찍 또는 늦게? 아마 그 사이에.

따라서 과학자들은 두 모델에 대한 근거를 제시할 수 있습니다. 어느 것이 옳은지 알아내기 위해 과학자들은 다른 유기체에서 인트론이 어디에 위치하는지 비교하고 있습니다.

원핵생물에서 인트론이 손실된 경우(IE 이론), 진핵생물의 인트론이 같은 위치에 있어야 한다고 예측할 수 있습니다. 적어도 가장 오래된 사람들에게는.

이것은 진핵생물이 원핵생물과 분열하기 훨씬 전에 인트론을 가지고 있기 때문입니다. 그리고 이 초기 조상들로부터 진화하는 진핵생물은 이러한 동일한 인트론 중 일부를 유지해야 합니다.

인트론이 진핵생물에서 얻은 경우(IL 이론), 먼 종 사이의 인트론은 더 무작위적인 위치에 있어야 합니다. 진핵생물이 진화함에 따라 더 많은 수의 인트론을 가진 종일수록 DNA의 더 다양한 위치에 삽입해야 하기 때문입니다. (이것은 DNA에 인트론이 무작위로 삽입된다고 가정합니다. 그건 또 다른 이야기입니다!)

인트론 위치의 실제 비교는 모든 것이 유사하지 않고 모든 것이 무작위적이지 않은 그 사이에 무언가를 보여줍니다. 예를 들어, 인간 인트론의 25%는 식물 인트론과 정확히 같은 위치에 있습니다. 그러나 인트론의 20-68%는 해당 종에만 해당됩니다.

따라서 여러분이 알 수 있듯이 과학자들이 여러분의 질문에 답하기 위해 해야 할 일이 여전히 많이 있습니다. 더 많은 종의 DNA 서열을 알아내고 밀접하게 관련된 종의 더 많은 비교를 수행하면 인트론 진화의 미스터리를 푸는 데 도움이 될 수 있습니다.

*원핵생물에는 실제로 특정 유형의 인트론이 있기 때문에 나는 spliceosomal 인트론을 지정했습니다. 그들은 tRNA 및 rRNA에서 발견되는 "그룹 I 및 II" 인트론이라고 하는 진핵생물 인트론과 관련이 있습니다. 이러한 인트론에서 생성된 RNA는 자체적으로 접합할 수 있는 고유한 특수 활성을 가지고 있습니다. 일부 과학자들은 스플라이소좀이 인트론은 이 원핵생물 인트론에서 진화했습니다.


인트론

RNA로 전사되는 DNA의 두 가지 주요 부분은 엑손이라고 하는 단백질 코딩 부분과 인트론이라고 하는 비단백질 코딩 부분입니다. 인트론은 생물학적 기능이 이제 막 밝혀지기 시작한 많은 양의 DNA로 구성됩니다.

모든 유전자는 엑손(단백질 코딩 부분)으로 시작하지만 대부분은 엑손과 번갈아가며 다양한 수의 인트론을 가지고 있습니다. 인트론은 1977년 단백질을 암호화하는 데 사용되는 mRNA가 거의 항상 더 짧은 그것이 전사된 DNA보다. 6

mRNA는 결핍 때문에 결국 더 짧은 것으로 밝혀졌다. 논코딩 DNA의 코딩 영역(엑손) 사이의 서열(인트론). 7 인트론은 mRNA(messenger RNA), rRNA(ribosomal RNA) 및 tRNA(transfer RNA)가 세포에서 기능을 완료하기 전에 효소를 접합함으로써 정상적으로 제거된다는 것이 발견되었습니다. 인트론은 뉴클레오타이드 서열을 방해하기 때문에 처음에는 중단 된 유전자. 인트론의 “int”은 다음을 나타냅니다. 개입 인트론은 항상 엑손 사이에 존재하기 때문입니다. 진핵생물에서는 핵 내에서 인트론 제거 및 접합이 완료됩니다. 단백질을 암호화하는 서열은 엑손(exon)이라고 불리는데, 그 이유는 이들이 단백질을 암호화하기 위해 핵 밖으로 이동(출구)하고 따라서 발현되는 DNA 서열(용어에서 접두사 ex)이기 때문입니다. 엑손 표현)에서 유래합니다.


소개

인트론이 발견된 지 25년이 넘도록 인트론의 기능과 진화적 기원에 대한 근본적인 질문은 풀리지 않은 채로 남아 있습니다. 인트론 밀도는 유기체마다 근본적으로 다르지만 유전자 좌위에서 인트론이 삽입 및 삭제되는 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다. 인트론 밀도와 위치 편향 간에 상관 관계가 관찰되었습니다(Mourier 및 Jeffares 2003). 인트론은 인트론이 풍부한 유기체의 유전자 코딩 서열 내에서 고르게 분포되어 있지만, 인트론이 부족한 유기체의 유전자의 5' 말단 쪽으로 편향되어 있습니다. 이 편향은 효모 Saccharomyces cerevisiae에서 특히 두드러집니다. 효모에서 인트론의 부족과 위치 편향은 모두 3' 폴리아데닐화된 꼬리에서 역전사된 스플라이싱된 메시지의 상동 재조합 메커니즘을 통한 인트론 손실 때문일 수 있다고 제안되었습니다(Fink 1987). 이 역전사 메커니즘은 효모의 인트론 함유 Ty 요소를 사용한 실험에서 처음으로 입증되었습니다(Boeke et al. 1985). 보다 최근에, Mourier와 Jeffares(2003)는 cDNA의 상동 재조합이 모든 인트론이 부족한 진핵생물에서 관찰되는 위치 편향에 대한 가장 간단한 설명이라고 결론지었습니다. 그러나 인트론 진화의 실제 메커니즘과 역학에 관한 데이터는 거의 없습니다.

곰팡이 게놈은 여러 면에서 인트론 진화의 문제를 탐구하는 데 이상적입니다. 인트론 생물학의 기본적인 측면은 균류와 다른 진핵생물 간에 공유되어 균류를 인트론 연구에 적합한 모델 유기체로 만듭니다. 식물이나 동물에 비해 비교적 단순한 유전자 구조로 유전자 밀도가 높기 때문에 유전자 예측이 더 정확합니다. 곰팡이는 또한 유전자당 하나의 인트론보다 훨씬 적은 범위에 이르기까지 다양한 유전자 구조를 나타냅니다. S. 세레비지애, 최근에 시퀀싱된 많은 자낭균류(이 연구의 유기체 포함)의 경우 유전자당 평균 약 1-2개의 인트론, 일부 담자균류(예: 크립토코커스). 마지막으로, 곰팡이는 인트론 위치에서 강한 5' 편향을 나타내므로 이 현상의 기저에 있는 과정을 조사할 수 있습니다.

원칙적으로 5' 인트론 편향은 인트론 이득과 손실의 다양한 조합을 통해 발생할 수 있으며 인트론 위치 편향을 완전히 이해하려면 이 두 프로세스의 기여도를 평가해야 합니다. 다수의 연구는 개별 유전자 또는 유전자 패밀리에서 인트론 획득 및 손실의 발생을 보여줍니다. Logsdon et al. (1995)는 다양한 진핵생물의 트리오스-인산 이성질화효소 유전자를 비교함으로써 잘 뒷받침되는 인트론 이득의 초기 예를 제공했으며 수많은 인트론이 후속 손실 없이 단일 이득으로 가장 간결하게 설명될 수 있음을 보여주었습니다. O'Neill et al. (1998) 나중에 인트론이 없는 포유류의 성 결정 유전자에 새로운 인트론 삽입에 대한 증거를 제공했습니다. SRY. 여러 개의 독립적인 인트론 손실의 발생에 대한 증거는 Caenorhabditis elegans의 화학 수용체 계열에서 이득 및 손실 이벤트를 추론한 Robertson(2000)의 연구와 같은 연구에서도 보고되었습니다.

보다 최근에, 인트론 역학에 대한 많은 게놈 차원의 연구가 수행되었습니다. Roy et al. (2003)은 인간과 마우스 사이의 전체 게놈 비교를 설명했습니다. 복어 인트론 손실의 희소성과 밀접하게 관련된 유기체에서 인트론 획득의 완전한 부재를 관찰했습니다. 한편, Rogozin et al. (2003) 깊게 분지하는 진핵생물에서 이종상동 유전자 클러스터를 분석할 때 계통 특이적 인트론 손실과 이득이 풍부함을 관찰했습니다. 유사하게, Qiu et al. (2004)는 원핵생물 외집단이 하나인 멀리 떨어진 진핵생물에서 10개의 단백질 패밀리를 분석하고 현존하는 인트론이 주로 인트론 획득의 결과라는 증거를 얻었습니다. 인트론 이득의 메커니즘을 이해하기 위한 단서를 찾기 위해 Fedorov et al. (2003) 다양한 진핵생물의 인트론을 정렬했고 Coghlan과 Wolfe(2004)는 선충에 대한 비교 연구에서 유사한 접근 방식을 적용했습니다. 이러한 연구 중 어느 것도 인트론 이득 및 손실 이벤트의 위치 편향을 다루지 않았습니다. 여기에서 우리는 인트론 위치에 강한 5' 편향이 있고 적절한 진화 거리에 있는 유기체에서 인트론 진화의 게놈 전체 비교 분석 결과를 보고하여 인트론 획득 및 손실의 위치 추세를 나타냅니다.


대체 접합은 어떻게 작동합니까?

대체 접합은 1차 mRNA DNA에서 생성됩니다. 이 과정을 전사, RNA와 DNA의 언어는 기본적으로 동일하기 때문입니다. 둘 다 4개의 뉴클레오티드 염기에 의존합니다. 리보솜이 이 언어를 읽을 때 번역하다 약 21개의 아미노산으로 구성된 단백질의 언어로 메시지를 전달합니다.

따라서 일차 mRNA가 단백질로 번역되기 전에 먼저 변형되고 편집되어야 합니다. 정상적인 스플라이싱에서는 스플라이세오솜 1차 mRNA에 자신을 붙인다. 일차 mRNA는 다음과 같은 다양한 영역을 가지고 있습니다. 인트론 그리고 엑손. 이들 영역은 함께 혼합되고 인트론은 기능적 단백질을 생성하기 위해 제거되어야 합니다.

spliceosome은 인트론을 제거하기 위해 특별히 장착되어 있습니다. Spliceosome은 4개의 다른 소단위로 구성되어 있습니다. 작은 핵 리보핵단백질 (snRNP 또는 "스너프"). 각 "스너프"에는 두 가지가 있습니다. 작은 핵 RNA (snRNA). 이 특별한 RNA 가닥은 엑손의 특정 위치와 일치하고 결합하는 뉴클레오티드 서열을 포함합니다. 그러면 spliceosome의 단백질 부분은 효소로 작용하여 인트론을 제거하고 엑손을 함께 결합합니다. 이 접합된 mRNA는 이제 단백질로 번역될 준비가 되었습니다.

다음으로 알려진 대체 접합의 또 다른 형태가 있습니다. 트랜스 접합, 두 개의 서로 다른 유전자의 엑손이 스플라이세오솜에 의해 함께 조립됩니다. 이 유전적 과정은 소수의 단세포 유기체에서만 관찰되었지만 유성 생식 없이 유전적 다양성을 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 유성 생식 유기체는 유전학을 혼합하고 새로운 품종을 생산하기 위해 번식해야 하지만 이 유기체는 훨씬 더 빨리 할 수 ​​있습니다. 이러한 형태의 대체 접합은 이러한 유기체에서 완전히 새로운 기능을 쉽게 생성할 수 있으며 이는 유익한 것으로 판명될 수 있습니다.


리뷰어 코멘트

리뷰어 리포트 1

W. Ford Doolittle, Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Canada 생화학 및 분자 생물학과

유진 쿠닌(Eugene Koonin)의 논문은 진화 생물학의 많은 사변적 리뷰와 마찬가지로 두 가지 서로 얽힌 이야기를 제시합니다. 진화론 생물학적 세계의 특정 측면을 낳은 과거의 사건과 힘, 그리고 과학 이야기의 역사 커뮤니티로서의 우리가 어떻게 그러한 사건과 힘에 대한 현재의 신념을 유지하게 되었는지에 대해 - Koonin이 이제 재구성하기를 희망하는 신념. 적어도 인트론이 핵막의 진화를 주도하는 부분까지의 쿠닌의 진화 이야기는 시기적절하고, 제 생각에는 대체로 합리적입니다. 현장의 대부분의 작업자(Gilbert와 그의 동료는 제외)는 이제 Koonin이 여기에서 설명하는 인트론에 대한 일반적인 견해를 지지합니다. 에 도입 미토콘드리아의 원핵 조상에 의해 알려진 모든 현존하는 진핵 생물의 마지막 공통 조상의 핵 게놈.

저자 답변: 이 리뷰의 몇 가지 세부 사항을 언급하기 전에, 우리가 이해하는 많은 부분을 알고 있는 작성자 중 한 명(Jim Darnell과 함께)이 이 원고를 검토하게 된 것은 큰 영광이며 매우 특별한 기회라는 점을 미리 말씀드리고 싶습니다. 인트론과 그 진화, 그리고 원래 용어의 저자. 독자가 내러티브를 즐길 수 있도록 이 리뷰의 역사적 부분에 최대한 간섭하지 않으려고 노력합니다. 적어도 나에게 이것은 정말로 흥미 진진한 독서입니다..

나는 과학사 관점에서 볼 때 Koonin이 초기 단계를 가지고 있다고 생각합니다. 일찍 인트론 약 절반이 맞습니다(그런데 작업의 고유한 어려움을 감안할 때 우수한 점수). 실제로 용어를 만들어 보았기 때문에 일찍 인트론 그리고 늦게 인트론 (자주 인용되지 않는 1987년 리뷰에서 [American Naturalist 130: 915-928]), 나는 이러한 이론이 어떻게 처음 생겨나고 진화했는지에 대한 특별한 지식과 현재 데이터가 말해야 할 것을 판단할 특별한 권리를 주장하고 싶습니다. 그들의 진실에 대해. 어떤 이론도 처음 공식화되었을 때와 정확히 일치하지 않습니다. 이론은 진화하며 원래 형태로 확인되거나 반박되는 경우는 거의 없습니다. 따라서 과학 과정의 일부는 현재 형태가 원본의 자연스러운 자식인지, 따라서 이론의 창시자가 정당하게 옳고 그름을 말할 수 있는지 여부에 대한 협상입니다. 그러한 협상은 쉽지 않습니다. 자신의 아이를 아는 것은 현명한 아버지뿐입니다.

저자 응답: 슬프게도 나는 American Naturalist 리뷰도 알지 못했습니다(PubMed가 아님). 기록을 정확하게 유지하기 위해 기사 본문에서 인용하지 않습니다. 관심 있는 독자를 위해 이 리뷰에서 저자가 직접 인용한 것입니다..

방법은 다음과 같습니다. NS 이론의 역사를 기억하십시오. 그의 1978년 "유전자 조각이 필요한 이유" Wally Gilbert는 진핵생물 유전자의 모자이크 구조가 진핵생물의 유전자가 진화할 수 있는 것보다 더 미묘하고 빠른 속도로 진화할 수 있게 해준다고 주장한 것으로 유명합니다. 엑손 셔플링. 이것은 아직 그의 것이 아니었다. 유전자의 엑손 이론, 1987년에 그에 의해 명명되었으며 "RNA 세계"에 대한 그와 다른 사람들의 후속 생각의 대부분을 유전자 기원에 대한 일반적인 견해에 통합했습니다. 물론, "유전자 조각이 필요한 이유"는 기원을 다루거나 (모든) 진핵생물의 핵 게놈에 스플라이소좀 인트론의 존재와 (모든) 원핵생물의 게놈에서 인트론의 부재를 설명하려고 하지 않았습니다. 그러나 당시 지배적인 개념은 진핵생물이 출현했다는 것이었습니다. 원핵생물 내에서, 여러 계보(Margulis와 Taylor의 연속 내생 공생 가설)의 결합을 통해 그리고 진핵 생물의 핵 게놈은 원핵 생물의 복잡한 후손이라는 사실이 밝혀졌습니다. 따라서 Parsimony는 이 원핵생물-진핵생물 전환 시기에 인트론이 원래의 원핵생물 유전자에 도입되었다고 지시했을 것입니다.

즉 "가 있었다.유전자 조각이 필요한 이유" 당시 지배적인 계통 발생 패러다임 내에서 인트론 기원을 다루었다면 다음과 가장 유사했을 것입니다. 늦게 인트론. 그러나 그렇지 않았고, 기원 문제는 모자이크 유전자 조직이 처음 생겨난 방법과 이유(어떤 메커니즘에 의해 어떤 선택적인 힘에 반응하여)를 설명하려는 시도에서 먼저 제기되었습니다. 결국, 엑손 셔플링은 많은 인트론이 도입된 후에만 유용합니다. 그리고 그때에도 이점은 장기적인 것입니다. 진화는 앞을 내다보지 않으며 단기적인 비용은 어마어마했을 것입니다. 그래서 그들의 존재는 진화론적 미스터리였습니다.

이 문제를 해결하는 방법은 진핵생물이 결국 원핵생물 내에서 출현한 것이 아니라 고대에 세포 및 게놈 진화의 초기 단계에서 그들로부터 분기된 평행 혈통이라고 상상하는 것이었습니다. 그러면 우리는 인트론을 원핵생물에서 잃어버렸지만("합리화"를 통해) 진핵생물에서 유지되었기 때문에 간결함을 동등하게 존중하면서 인트론을 원시 게놈 특징으로 볼 수 있습니다.유전자 조각이 필요한 이유". 우리 중 몇몇은 이미 인트론이 발견되기 전에도 바로 그런 방식으로 생각하고 있었습니다. 특히 Jim Darnell은 진핵생물이 mRNA로 하는 기이하고 겉보기에 매우 낭비적인 일들이 원시성을 유지한다고 이미 추측했습니다. 그에게 ( 그리고 나에게) 유전자 발현을 위한 원핵생물 기계의 우아한 효율성은 인트론의 손실이 이 개선의 일부에 불과하여 진화적으로 더 세련되어 보였습니다. 저에게 이 "진핵생물의 초기" 개념을 합리적으로 보이게 만드는 데 중요한 추가 구성요소는 연결이었습니다. George Fox와 Carl Woese의 세 영역 개념과 생명의 나무를 다시 그리는 것(1977년에 진핵생물의 핵 유전자에서 인트론이 발견된 것과 거의 동시에 일어났습니다) 이 나무의 첫 번째 버전과 그 때까지 1980년대 후반, 세 영역은 원시 조상 상태("프로제노트")에서 독립적으로 나타납니다.

따라서 원핵생물에 인트론이 없다는 것은 Koonin이 "설명할 필요가 있는 잠재적으로 난처한 합병증"이 아니라 이론의 발전에서 중요한 요소라고 주장한 것과 같습니다! 루팅되지 않은 3도메인 트리의 맥락에서, 일찍 인트론 더 이상 "확실히 인색하지 않은 시나리오"가 아니었습니다. 늦게 인트론. 실제로, 인트론이 Darnell과 나(PNAS 83: 1271–1275)와 Gilbert가 그의 "엑손 유전자 이론", 조상과 그 이전에 이들의 존재는 복잡한 단백질의 급속한 진화를 위한 전제 조건이었을 수도 있습니다. 실제로 우리는 유전자가 어떻게 생겨났는지에 대해 전혀 알지 못하며, 비암호화 폴리뉴클레오티드로부터 완전한 길이로 생겨났다고 가정하는 것이 더 많은 것 같습니다. 그것들이 더 작은 올리고펩티드 인코딩 모듈에서 함께 조약돌로 되어 있다고 상상하는 것보다 스트레치입니다. 간결함은 종종 보는 사람의 눈에 들어오며, 진화를 재구성하는 것과의 관련성은 어떤 경우에도 의심스럽습니다. 확실히 우리는 실제 역사가들에게 다음을 요구하지 않습니다. 인간의 문화적 또는 정치적 과거에 대한 내러티브를 구성하는 주요 기준은 가능한 최소한의 역사적 힘과 사건만을 불러일으키는 것입니다!

저자 응답: 역사를 최소한 실제 그림에 더 가깝게 하기 위해 소개 텍스트는 본격적인 엑손 이론이 원래의 인트론보다 나중에 발전된 것임을 강조하기 위해 약간 수정되었습니다. 이 논평의 보다 실질적인 측면과 관련하여 나는 우리가 단백질의 출현에 대해 (옆에서) 아는 것이 전혀 없다는 데 동의해야 합니다. 짧은 펩타이드로부터의 조립은 가능한 경로 중 하나이며 RNA 분자 간의 (자가촉매) 재조합이 이에 기여할 수 있었습니다. 그러나 이것은 introns-early와 동일하지 않습니다. 그러한 추정되는 비암호화 서열과 현대의 인트론 사이에 진화적 관계의 증거가 없는 한, 이것은 다른 시나리오인 것 같습니다. 단백질의 기원은 일반적으로 이 문서의 범위를 벗어나지만(인트론이 관련되어 있는 경우에만 관련됨) 이 문제에 대한 명확한 설명이 결론에 추가되었습니다..

좀 더 일반적으로 말하자면, 과거의 재건과 인간 문명의 역사가들("실제 역사가들")과의 비교에서 간결함의 상태는 약간의 논평이 필요한 것 같습니다. 나는 절약의 역할이 고려하는 역사의 깊이에 달려 있다고 믿습니다. 확실히, 1917년 2월에 레닌의 볼셰비키 당이 두 체제 사이의 중간을 고려하는 것은 간결함을 위반할 것이라는 근거로 니콜라이 2세로부터 직접 러시아의 권력을 빼앗았다고 주장하는 것은 약간 터무니없을 것입니다. 1917년 2월에 권력이 다원주의적인 과도정부로 넘어갔고, 그해 10월에야 볼셰비키가 일어날 수 없는 조합을 통해 권력을 장악했다는 사실을 알고 있기 때문입니다. 그러나 사용할 수 있는 유일한 증거가 고고학적(아마도 일부 비교 언어학과 함께)인 문명 역사의 초기 단계와 관련하여 "실제 역사가"는 어떤 지침 원칙을 가지고 있습니까? 나는 인색함이나 다른 말로 하면 Occam 면도기에 의존하는 것 외에 다른 선택의 여지가 없다고 생각합니다. 생물학적 진화의 재구성에도 동일하게 적용되기 때문에 나는 간결함의 역할이 의심스럽다는 데에는 동의하지 않습니다. 인색함이 "보는 사람의 눈"에 있다는 것은 사실 또 다른 문제이고 더 어려운 문제라고 생각합니다. e., 우리는 종종 순수한 직관이나 어떤 근거에 따라 결정된 다른 문자의 가중치를 사용하여 가중된 간결함을 효과적으로 적용합니다. 여기에 깊은 재건에 많은 문제가 있는 것으로 보이며 많은 주의가 필요합니다..

무엇에 대해 균형을 기울였는가 일찍 인트론 – 어쨌든 나를 위해 – ~였다 그럼에도 불구하고 계통발생학적 합의의 수정에 기초한 강력한 간결한 주장이다. 1980년대 후반까지 우리는 일반적으로 다음을 믿게 되었습니다. 뿌리를 내린 고세균과 진핵생물 자매가 있는 3영역 트리, 박테리아가 더 깊이 발산합니다. 그래서 이제 우리는 일찍 인트론 옹호자들은 진핵생물 진화 초기에 상상했던 훨씬 더 간결한 단일 이득보다는 합리화를 통한 인트론 손실의 두 가지 독립적인 에피소드(하나는 박테리아로 이어지는 라인에서 다른 하나는 고세균으로 이어지는 라인에서)를 상상해야 할 것입니다. 늦게 인트론. 더 중요한 것은 그때쯤이면 우리는 (겉보기에는) 가장 깊이 발산하는 진핵생물 계통(지아르디아, 트리코모나스 microsporidia)는 미토콘드리아와 인트론이 모두 부족했습니다. 인트론을 조기에 유지하려면 이러한 여러 진핵생물 계통 각각에 대해 독립적인 손실 에피소드를 상상해야 합니다. John Logsdon과 Jeff Palmer는 우리(또는 어쨌든)가 이 시나리오의 심각한 비인격성을 처음으로 인식하게 했습니다. 그리고 당시 가능성이 있는 것처럼 보였던 것처럼 미토콘드리아를 가진 진핵생물에 인트론이 있고 그러한 세포소기관을 획득한 적이 없는 진핵생물에는 인트론이 없다면, 1991년 Tom Cavalier-Smith가 한 것처럼 후자가 전자와 함께 도입되었다고 가정하지 않는 이유는 무엇입니까? 박테리아의 그룹 II 인트론에서 인트론의 도입을 위한 벡터와 유전적 개체로서의 기원에 대한 특정 시나리오를 획득했습니다.

그러나 천년기의 전환기 이후로 계통발생학적 논쟁의 균형은 일찍 인트론 다시 이동하여 중립 위치로 돌아갑니다! 모든 진핵생물에는 인트론이 있을 가능성이 있으며 모두 미토콘드리아를 가지고 있거나 한 번은 가지고 있을 가능성이 높습니다. 그래서 Koonin은 문이 다시 열려 있다고 주장합니다. 무엇 처럼 일찍 인트론. 그러나 우리가 그 용어를 의미하는 것이 중요합니다. 오히려 초기에 일찍 인트론 - 늦게 인트론 토론을 통해 대부분의 주인공에게 다음 개념이 분명해졌습니다. 모두 인트론은 상실의 역사를 가진 원시 유물이며 씻지 않습니다. 주어진 유전자의 모든 이용 가능한 오르토로그 중 적어도 하나에서 인트론이 알려진 모든 위치를 나열하면 조상 엑손이 신뢰할 수 있는 단백질 구조 모듈을 코딩하는 데 필요한 것보다 훨씬 짧다는 결론을 내릴 수 있습니다. 나를 위해 "약한"또는 "개정된"버전 일찍 인트론, 밀레니엄이 시작되기 전 20년 동안 대부분의 기간 동안 논쟁의 대상이 된 이론이며, 내 판단에 1978년 버전 이론의 정당한 자식은 다음과 같습니다. 첫 번째 유전자는 더 작은 단백질 코딩 모듈인 인트론에서 조립되었습니다. 이러한 모듈이 결합된 위치를 표시하고 일부 현대 진핵생물 핵 유전자의 적어도 일부 인트론(또는 인트론 위치)은 해당 조립 과정의 직접적인 유물입니다. 따라서 LECA의 유전자가 Group II 인트론이나 퇴행성 spliceosome 의존성 산물로 가득 차 있다 하더라도 이러한 인트론이 핵 게놈에 "도입"된 것으로 보는 한(폭발적인 감염 확산을 일으키며 Koonin은 "인트론 재앙"이라고 부릅니다. ), 우리는 늦게 인트론 대본.

그러나 우리는 반드시 그렇게 볼 필요가 있습니까? 우리는 진핵생물과 고세균이 자매라고 믿는 이유는 대부분 번역 및 정보 처리 기계의 기타 구성 요소인 이 자매 관계를 생성하는 유전자가 진핵 생물의 기원에 대한 실화를 말해주기 때문입니다. 그리고 우리는 진핵생물 게놈의 비고세균 유전자가 진핵생물 세포 계통에 "도입"된 것으로 봅니다. 왜냐하면 우리는 이러한 유전자 중 많은 부분이 유래될 가능성이 있는 미토콘드리아 전(박테리아) 세포 계통을 여전히 도입된 것으로 보기 때문입니다. "endosymbiont") 일부 post-archeal 숙주 세포 계통으로. 또는 우리 대부분은 어쨌든 그렇게 봅니다.

그러나 진핵 세포의 복잡성과 다른 세포를 삼킬 수 있는 능력이 박테리아와 조상의 부모 계보가 긴밀하게 통합된 후에만 발생하는 진핵 기원 시나리오가 점점 더 대중화되고 있습니다(Embley and Martin, 2006, Nature 440: 623–630 참조). 이러한 시나리오에서 한 혈통을 숙주로 지정하고 다른 혈통을 공생자로 지정하는 것(그리고 한 세트의 유전자가 다른 세트로 "도입"되었다는 개념)은 매우 임의적입니다. 실제로 우리가 대다수의 유전자를 선택하고 Esser의 분석을 받아들인다면 알에서. (2004, Mol. Biol. Evol. 21: 1643–1660) 대부분의 효모 핵 유전자가 박테리아 조상의 것이라고 제안한다면, 확실히 우리는 "효모는 진균과 자매 그룹 관계를 공유하고, 고세균이 아닙니다."

박테리아 계통과 많은 그 유전자는 그룹 II 인트론이기는 하지만 이미 인트론으로 적당히 채워져 있을 것입니다. 현재 진핵생물의 핵 게놈 지형에 점재하고 있는 모든 스플라이소좀 인트론이 드 노보 이러한 그룹 II 인트론의 전치 이벤트. 다시 말해서, 박테리아 유산의 일부인 유전자에 있는 그룹 II 인트론 중 일부가 단순히 변환되었다고 가정하지 않을 이유가 없습니다. 현장에서, 왼쪽이나 오른쪽으로 뉴클레오티드만큼 많이 이동하지 않고 불쌍한 퇴화로 이제 우리는 spliceosomal 인트론이라고 부릅니다. 그러한 시나리오는, 기적의 사전, 위험하게 가깝다 일찍 인트론 Koonin이 "수정된 형태"라고 부르지만 지지할 수 없는 것으로 간주하여 "미토콘드리아 내공생체에서 숙주로 탈출하는 그룹 II 인트론의 대규모 침입"을 선호합니다.

그러나 이 시나리오는 실제로 동일하지 않습니다. 일찍 인트론으로진핵 세포의 핵 유전자에서 스플라이소좀 유도체로 살아남은 일부 개별 박테리아 그룹 II 인트론 자체가 유전자 조립의 원시 단계의 유물이라고 추가로 가정하지 않는 한. 박테리아에서 그룹 II 인트론이 단백질 코딩 유전자의 내부 영역을 피하는 것처럼 보인다는 점을 고려할 때 이것은 가능성이 없어 보일 수 있습니다. 하지만 누가 알겠습니까? 아마도 박테리아 게놈은 한 때 잔존 인트론으로 가득 차 있었을 것입니다. 번역이 점점 빨라지고 스플라이싱을 기다리는 부담이 늘어나면서 한 번에 하나씩 제거되었을 수 있으며 대부분 번역 간섭이 큰 문제가 되지 않는 곳에 남아 있습니다. 침입하는 인트론에 대한 방어와는 거리가 먼 핵막의 부과는 박테리아 유산의 일부인 상대적으로 소수의 기생충이 무자비하게 뛰도록 허용했을 수 있습니다. 따라서 핵 구획화가 "박테리아 역원소의 공격"에 대한 장벽으로 발생한 것이 아니라 다른 이유로 인해 발생한 것입니다. 허용 인트론의 후속 확산.

우리 중 누구도 자신의 진화론적 가설을 이전에 있었던 관련 사고에 대한 이야기에 포함시키지 않고 제시할 수 없습니다. 그렇지 않으면 우리는 표절자가 될 것입니다(또는 우리의 아이디어가 과거에 빚을 지지 않을 정도로 비현실적임). 그러나 우리 각자는 과거에 대해 다른 견해를 가지고 있으며, 우리 각자는 자신의 기여가 냉혹한 논리의 산물인 것처럼 보이기 위해 과거를 이야기합니다. 그것, 우리 자신. 생물학에 대한 Koonin의 주장은 38년 된 이론이 현재 데이터를 가장 간결하게 설명하기 때문에 여전히 고려할 가치가 있는지 여부를 결정하려는 그의 목표에 봉사하여 해당 지역의 사상사에 대한 그의 설명과 엮여 있습니다. 여부 일찍 인트론 이론이 간결하다고 판단되는(따라서 다소 믿을 수 있는) 추론된 유전 과정(합리화)의 상대적 가능성에 따라 달라집니다. ~ 대 대규모 인트론 감염) 및 그 간결함을 평가해야 하는 허용되는 계통발생학적 프레임워크(생명의 나무). 전자는 알 수 없고 후자는 이론의 수명 동안 근본적으로 변화했으며 여전히 현장의 개별 이론가 간에 근본적으로 다릅니다.

내가 이해하는 Koonin의 진화론은 이렇습니다.

• 유전자는 아마도 초기 버전에서 상상했던 것처럼 조각에서 처음으로 조립되었을 것입니다. 일찍 인트론 그리고 나중에 "유전자의 엑손 이론"에서 자세히 설명했습니다.

• 그룹 II 인트론은 전이 가능한 이기적인 요소의 한 부류로, 이 유전자 조립 시점에서 시작되었을 수 있습니다. 그것들은 비록 적당한 수준이기는 하지만 계속해서 박테리아 게놈을 감염시키고 있으며, 미토콘드리아 게놈이 된 (내공생) 박테리아 게놈은 그렇게 감염되었습니다.

• 숙주("고대") 게놈 혈통에는 (어떤 이유에서인지) 이러한 요소가 없었으며, 이러한 요소는 이 (내공생) 박테리아 게놈에서 전위에 ​​의해 도입되었습니다. 무방비 상태의 숙주 게놈은 전위 난교의 현장이되었습니다.

• 핵 게놈의 구획화 및 진핵 세포 생물학의 여러 다른 측면이 이 "인트론 재앙"에 대한 방어 수단으로 등장했습니다.

작성자 답변: 이것은 중요한 사항이며 설명이 필요합니다. 이 네 가지 중 첫 번째 진술은 내 이야기의 필수적인 부분이 아닙니다. 나는 첫 번째 단백질의 기원에 대한 문제는 널리 열려 있고(위 참조) RNA 분자 간의 재조합이 가능한 기여 메커니즘 중 하나라고 생각합니다(다시, 수정된 결론 참조). 그러나 이것은 내가 초기에 introns에 대한 링크와 부분적 근거를 보는 곳이 아닙니다. 이 연결은 주로 (ii) - 인트론의 (전구체) 진화적 고대와 (iV) - 진핵 생성에서 인트론의 중요한 역할에서 비롯됩니다..

그는 이 시나리오가 다음과 같은 측면을 결합한다고 주장합니다. 일찍 인트론 그리고 늦게 인트론 견해"를 갖고 있으며 "패자는 없을 수 있습니다. 일찍 인트론 대 늦게 인트론 두 관점 모두 진화적 현실의 중요한 측면을 포착하기 때문에 논쟁이 필요합니다." 그러나 "측면"이 Koonin의 버전을 정당화하기에 충분하다고 확신할 수는 없습니다. 일찍 인트론 1978 이론의 타고난 자식으로. 내 생각에 그 이론은 약한 형태일지라도 "최소한 일부 현대 진핵생물 핵 유전자의 일부 인트론(또는 인트론 위치)은 원시 유전자 조립 과정의 직접적인 유물"을 요구합니다.('직접적 유물'이란 복제를 통해 유전자와 후손의 원래 위치를 차지하는 것을 의미합니다.) 소스와 메커니즘이 무엇이든 간에 너무 많은 인트론이 추가되었다는 것은 신호가 너무 작아 감지할 수 없다는 의미일 수 있습니다. 이렇게 공식화된 이론은 반증할 수 없습니다. 이것은 그것이 거짓이거나 심지어 쓸모가 없다는 것을 의미하지는 않습니다. 과학적 이론. 생명 자체가 어떻게 처음 생겨났는지에 대한 흥미로운 아이디어가 많이 있습니다. 그 중 (화학적으로만 불가능한) 반증할 수 있는 것은 거의 없지만 그 중 하나 이상에는 진리의 요소가 있을 수 있으며 우리는 생명이 어떻게든 생겨났다는 것을 압니다. 그리고 그러한 이론에 대해 생각하는 것은 많은 데이터의 수집과 많은 새로운 아이디어의 생성을 자극합니다. 일찍 인트론 그리고 늦게 인트론, 분자 진화론자들의 마음과 정신을 위한 38년 간의 투쟁에서.

저자 응답: 제목을 포함한 원고의 일부(Bill Martin의 제안에 따름)는 토론이 "무승부"로 끝났다는 주장을 덜 강조하기 위해 수정되었습니다. 나는 이 논문에서 분명히 표현된 인트론의 진화 역사에 대한 현재의 견해가 초기 인트론의 참되고 정당한 자식이라고 주장하지 않습니다. 나는 연결이 있다는 것, 즉 현재 떠오르는 그림에서 그 관점 요소의 일부 유산이 있다는 것을 유지하고 싶습니다. 후자가 인트론의 진짜 자식이라면-늦었지만, 인트론의 조카일 뿐이라면-초기면 괜찮습니다..

리뷰어 리포트 2

James E. Darnell, 분자 세포 생물학 연구소, Rockefeller University, New York 10021, USA(W. Ford Doolittle 추천)

나는 진화의 세포 이전 단계로 돌아가지 않는 진핵 세포의 기원에 대한 추측이 어떤 비밀도 풀 수 없고 최악의 경우 공허할 것이라고 생각합니다. 따라서 나는 Koonin의 마지막 섹션인 "원시 유전자 풀의 유산으로서의 자가 스플라이싱 인트론"에 마음을 둡니다. Carl Woese의 말을 인용하자면 "다음은 진핵 세포 자체의 진화입니다. 생물학자들은 전통적으로 이것을 박테리아 세포의 단계를 넘어선 단계(염화)로 보았지만 저는 그렇지 않습니다." ["새로운 세기를 위한 새로운 생물학", Microbiol. 몰. 바이올. vol. 68, 173 (2004).] 그런 다음 그는 세포 구조와 조직(추론적으로는 구조적 단백질)의 엄청난 차이를 발전시켰습니다. 핵이 없는 세포 발달 이후에 진핵 세포 발달에 대한 그의 반대는 튜불린 및 액틴과 동일한 3차원 구조를 갖는 박테리아의 단백질 발견으로 해소될 것으로 생각될 수 있다[Lowe et al. (2004) 세균성 세포골격의 분자. 안누. Biophys 목사. 바이오몰렉. 구조. 33, 177 Amos et al. (2004) 박테리아와 진핵 세포 골격 사이의 구조적/기능적 상동성. 커 의견. 세포 바이오. 16, 24]. 그러나 그것이 진핵생물 기원을 세포 진화의 아주 초기 단계로 되돌리는 것에 대한 보다 일반적인 주장을 약화시키지는 않습니다. 이 모든 것이 나에게 시사하는 바는 우리가 알고 있는 지속 가능한 '생명'이 탄생할 때까지 본질적으로 모든 단백질 주름이 존재했다는 것입니다. 이것이 사실이라면 진핵생물이 발생한 플랫폼은 다른 두 왕국이 발생한 플랫폼과 동일할 수 있습니다. 그런 다음 문제는 현존하는 게놈이 구성되는 풀이 어떻게 생겼는지입니다. 지금 (그리고 항상 가지고 있는) 나를 놀라게 하는 것은 이미 고도로 발달된 단일 핵이 없는 세포가 있을 가능성이 없다는 것입니다. 이 세포는 진핵생물이 파생된 실체로서 성장하고 분열하는 것이 삶의 목표입니다. 세포 이전의 '생명'이 코딩된 단백질(펩티드) 합성과 아마도 기본 핵산 복제(심지어 DNA 합성)라는 루비콘을 통과했다는 것을 뒷받침하고 인정하는 것이 훨씬 더 그럴듯해 보입니다. 이 gemisch에서 상당히 다른 고분자 합성 기계, 고세균과 세균도 기능하는 세포 이전에 둘 다 존재했음에 틀림없다. 그리고 이 전 세포 단계가 두 가지(그리고 단 두 가지?) 유핵 세포 유형이 발생하고 증식하고 구별되는 상태로 유지되는 기반을 제공했다면(LGT 무시), 동일한 세포 전 단계이지만 정교한 단계에서 I 3 2(너무 강하고 관련 없는 단어) 진핵생물이 분열된 핵산(또는 최소한 자가 스플라이싱 인트론 도입 및 제거 능력)과 어울릴 수 있는 능력을 가지고 생겨났다고 믿습니다. 세포 풀은 부여되어야 하고 모든 다세포 진핵생물에서 유지되어야 하며 추론에 의해 다세포 진핵생물에 대한 하나(또는 그 이상?)의 단세포 전구체입니다. 확실히 작은 정보 조각이 큰 정보 덩어리보다 앞서 있었고 사용 가능한 펩타이드를 만들기 위해 충분히 큰 정보 조각을 어떻게든 결합하는 것은 초기(?일차) 작업이었습니다(예를 들어 아메바와 같은 조상 원생동물의 아이디어를 참조하십시오. 아마도 우리는 progenote를 사용해야 할 것입니다. 20년 된 단어입니다.) '유전적 용광로 역할을 할 수 있습니다.' (Ogata et al. 2006. PLoS Genetics 2, e76, May 12). 이 단계에 대한 더 많은 통찰력이 부족하면 분리된 스트레치에서 유용한 정보를 모집하는 메커니즘이 없는 원시적인 자체 유지 진핵생물을 삼키지 않으려고 합니다. 후자의 삼키는 일은 분명히 일어났지만 누구에 의해 일어났습니까? 나는 이 위치가 실험/측정/관찰을 거의 생성하지 않기 때문에 특별히 도움이 되지 않는다는 것을 알고 있지만, 진핵생물 기원을 박테리아나 고세균 또는 둘 다에서 반드시 발생하는 것으로 논의하는 것은 나에게 잘못된 방향으로 보입니다. Eugene Koonin의 논문은 합리적이고 잘 작성되었으며 많은 최신 세부 사항에 대해 매우 유익합니다. 그러나 진핵생물의 '나중에' 의존적 기원을 수용하는 그것의 도식적 단순성은 합리적인 제안이 올바른 제안이라는 것을 나에게 확신시키지 못한다.

저자 응답: 저는 현재 진핵생물에 대한 우리의 이해에 대한 창시자 중 한 사람의 사려 깊은 논평에 감사드립니다. 나는 실제로 세포 전 유전 풀 내에서 두 개의 별개의 DNA 복제 기계(고세균 및 박테리아)를 포함하여 생명체의 많은 복잡한 특징의 진화와 관련하여 많은 일치 지점이 있다고 생각합니다(이 주제에 대한 Bill Martin과의 논문 참조 , 참조 95). 우리가 동의하지 않는 것처럼 보이는 것은 (프로)진핵생물의 초기(동일한 풀 내에서) 대 후기(고세균-박테리아 융합을 통해) 기원입니다. 물론 합리적인 제안이 반드시 옳은 제안은 아닙니다. 그러나 우리는 합리적인 제안을 고수하려고 노력하고 그것이 거짓으로 드러날 때까지 그 함의를 탐구해야 하지 않겠습니까?

답변에 대한 검토자 2의 답변

James E. Darnell, 분자 세포 생물학 연구소, Rockefeller University, New York 10021, USA. (W. Ford Doolittle 추천)

당신 편에 이유가 있습니다.

리뷰어 리포트 3

William Martin, Institute of Botany III, 뒤셀도르프 대학교, D-40225 뒤셀도르프, 독일

현재의 제목이 그다지 좋지 않다고 생각하지만 이것은 흥미롭고 유익한 논문입니다. 이른 인트론과 늦은 인트론은 양립할 수 없는 견해이며 둘 다 옳을 수 없으므로 실제로 무승부가 아닙니다. 그리고 둘 다 틀리면 무승부가 아닙니다. 이 논문은 기본적으로 "진핵생물 인트론의 몇 가지 측면과 가능한 진화적 중요성"에 대한 에세이이며, 그 내용을 더 잘 알릴 수 있는 제목이 될 것입니다. 그 제목은 Stanier의 유명한 1970 SGM 제목(Symp. Soc. Gen. Microbiol. 20, 1–38). 2006 SGM 심포지엄 볼륨이 없다는 것이 너무 아쉽습니다. 이것은 잘 맞았을 것입니다.

작성자 답변: 이 점은 높이 평가되고 잘 받아들여졌습니다. 논문 제목이 제안된 대로 수정될 정도로. 새 제목은 실제로 현재 문서의 보다 실질적인(역사적 측면과 반대되는) 일부 측면에 대해 더 나은 정의를 제공하는 것 같습니다. 독자의 이해를 돕기 위해 원래 제목은 'Introns-early vs introns-late: is a draw?'였습니다. 나는 이것이 "실제" 무승부가 아니라는 데 동의하고, 토론을 '둘 중 하나/또는' 질문으로 공식화한다면 introns-late가 이겼다는 것을 받아들여야 합니다. 그러나 현재 형태를 취하고 있는 introns-late 버전은 introns-early와 매우 강한 반향을 나타내므로 원래 제목입니다. 개정된 제목에서도 같은 생각을 좀 더 조심스럽게 표현하고 있다. 초록의 문구도 새 제목과 함께 몇 가지 변경되었습니다. 제목을 변경하면 이 모든 논의를 생략하기로 결정할 수 있지만 독자의 관심을 끌 수 있고 출판된 기록에 보관할 가치가 있다고 생각합니다..

(내 관점에서) 그것의 주요 추진력으로서, 본문은 ref에서 아이디어를 확장하고 발전시킵니다. 59 인트론이 유비퀴틴화를 촉진했을 수도 있다는 양립 가능한 개념에 의해 인트론이 진핵 세포 핵의 기원(미토콘드리아 기원의 결과로서)과 NMD를 침전시켰을 수 있다는 점입니다. 이것은 몇 가지 의외의 진핵생물의 참신함이 있을 수 있음을 시사한다 더 잘 이해 (이 전제하에서) 침입하는 이동 요소에 대한 넓은 의미의 방어 반응으로서(가장 단순한 해석의 미토콘드리아에서 나온 그룹 II 인트론). 우리를 돕는 아이디어 이해 아이디어가 정확할 필요는 없습니다(어쨌든 초기 진화에 대해 어떻게 증명할 수 있습니까?). 그러나 그것들이 우리가 문제를 구조화하는 데 도움이 된다면(그리고 원핵생물에서 진핵생물로의 전환은 고세동물의 종말과 함께 상당한 재구성이 필요함) 그렇지 않으면 관련이 없는 것처럼 보이는 현상을 유형의 시간적, 기계론적 방식으로 연결함으로써 진행을 구성합니다. 이 종이 그 법안을 채웁니다.

작성자 답변: 이 의견에 감사드리며 대체로 동의합니다. 이것은 기본적으로 진핵생물과 관련된 일련의 놀라운 사건에 대한 이해를 조금이라도 발전시키기 위해 제가 하려고 했던 것입니다. 전면적인 철학적 논의는 확실히 여기에서 적절하지 않지만 간단한 논평을 던지고 싶은 유혹이 있습니다. 나는 초기 진화에 대해 어떤 것도 "증명"하는 것이 불가능하다는 데 동의하지만, 이것은 물리적 세계에 대한 가장 일반적인 진술, 심지어 먼 과거와 아무 관련이 없는 진술에도 적용됩니다. 일반적으로 그러한 진술은 i) 다양한 경험적 데이터와 양립할 수 있고 ii) 경제적이고 그럴듯한 방식으로 세계의 다양한 측면을 설명하는 한 "정확한" 것으로 받아들여집니다. 잘 알려진 Popperian 패러다임, 나는 여기에 독창적인 열망이 없습니다). 초기 진화와 관련하여, 우리는 확실히 계속 노력해야 하지만, 대부분의 경우 기준 (i)를 적절하게 충족시키는 것이 특히 어렵습니다. 따라서 기준 (ii)가 특히 중요해지고 있습니다..

동시에 이 논문은 유전자의 기원을 향한 진화를 더 거슬러 올라가 초기에 인트론의 측면과 후기에 인트론의 측면을 조화시키는 것을 목표로 합니다. 동물의 인트론 정체에 대한 중요한 증거는 인트론의 원래 공식화 후반부에 있는 인트론의 한 측면이 잘못되었음을 나타냅니다. 모바일로 활발하게 활동하던 시절이 있었지만 이미 지나간 것 같습니다. 내가 아는 한 아무도 게놈의 두 위치에서 동일한 인트론을 관찰한 적이 없다는 것, 즉 최근 스플라이소좀 인트론 전위가 관찰 가능한 속도로 발생하지 않는 것 같다는 것이 여전히 흥미롭습니다. 뒤늦게 Introns는 그것이 오늘 계속되어야 한다고 말했습니다. introns에 대한 1점은 늦었지만 아마도 잘못된 이유일 것입니다. 상당한 서열 유사성을 가진 인트론이 움직이는 최대 속도를 계산할 수 있는데, 이는 흥미로울 것입니다.

작성자 응답: 일반적으로 사실입니다. 인트론 손실, 즉 시계와 거의 달리 인트론 이득은 시간에 따라 균일하게 발생하지 않는 것 같습니다. 즉, 일부 계통에서 최근 인트론 증가의 징후가 있으며, 이 점을 뒷받침하기 위해 선충의 인트론 증가에 대한 Coghlan 및 Wolfe(Ref. 53)에 대한 참조가 추가되었습니다..

RNA 세계의 관점을 받아들인다면 재조합은 접합이므로 접합이 매우 초기에 있었다는 생각이 잘 맞습니다. spliceosomal 인트론이 유전자 발명의 그 단계(유전자의 엑손 이론)로부터 제자리에 남아 있다는 아이디어는 오늘날에도 여전히 진핵생물의 초기(또는 열환원) 아이디어의 일부이지만 뉴질랜드와 프랑스 섹션을 넘어서는 아주 많은 사람들이 더 이상 그 클럽의 카드 소지 회원이라는 사실을. 참조 98은 먼저 인트론을 엑손 이론과 구별하는데, 이는 snoRNA를 제외하고는 동일한 것을 말하고 있기 때문에 논쟁의 여지가 있습니다. Ref 98은 제목에 "인트론 게인"이 있어 최근 인트론 게인에 대한 몇 가지 증거가 있음을 시사하는데 그 증거가 구체적으로 무엇인지 궁금합니다.

작성자 답변: '인트론 우선'과 좋은 오래된 '인트론 조기'의 차이는 미미하다는 데 동의하는 경향이 있으므로 혼동을 피하기 위해 '인트론 우선'을 별도의 개념으로 논의하지 않습니다. 이득의 증거에 관해서는, 최근 선충류의 증가에 대한 Coghlan-Wolfe의 관찰과는 별도로, 나는 재구성이 적어도 진핵생물 진화의 일부 단계에서 인트론 이득을 뒷받침하는 충분한 증거를 제공한다고 믿습니다. 물론 이것은 "흡연 총"과 동일하지 않습니다. 이는 관련 없는 유전자에서 매우 유사한 한 쌍의 인트론이 최근의 이득을 나타내는 것입니다(Coghlan-Wolfe 결과와 같이 더 결정적임). 그러나 인트론 이득이 이 논문과 이전에 다른 곳에서 제안된 바와 같이 진핵생물의 진핵생물에서 일시적인 경우(ref. 50), 그러한 명백한 이득의 경우는 매우 적고 그 사이에 있을 가능성이 높으며 이는 그렇게 보입니다. 이 문제에 대한 완전한 분석은 분명히 이 문서의 범위를 벗어납니다. 아주 잘하면, 다른 곳에서.

인트론의 초기 대 후기 논쟁의 역사 측면은 그 논쟁의 중심에 있던 사람이 더 쉽게 정확하게 처리할 수 있습니다. 나는 이 논문의 새로운 측면을 이해하기 위해 전체 인트론 토론이 필요하다고 확신하지 않습니다. 요점에 더 빨리 도달하면 독자가 더 효과적으로 추적할 수 있습니다. 일찍 인트론 대 늦게 인트론이 끝났으므로 워밍업 백업을 권장하지 않습니다. 보다 유익한 제목의 부제로서 현재 제목은 초기 인트론 플레이어를 다시 경기장으로 끌어들일 수 있습니다. 이는 흥미로울 것입니다. 그러나 이 논문은 그들이 일어날 것 같지 않은 다른 아이디어에 대해 토론할 필요가 있음을 시사하고 있습니다.

저자 응답: 아마도 곧바로 추적을 중단하고 오래된 논쟁을 재가열하지 않고 진핵생물 진화에서 인트론의 역할에 대한 현재 아이디어만 논의하는 것이 더 쉽고 빠를 것입니다. 그러나 나는 그것을 다시 방문하는 것이 흥미로웠다고 생각했다. Ford Doolittle의 리뷰는 매우 두꺼운 부분에서 비롯되었으며 필요한 경우 내 역사적 수차를 수정합니다..

배경, 2번째 문단: 유전자에 대한 엑손 이론은 훨씬 나중에 나왔습니다.

작성자 답변: 기술적으로는 그렇습니다. 하지만 주요 아이디어는 거기에 있었던 것 같습니다. 어쨌든 이력을 보다 정확하게 반영하도록 수정.

결과 및 토론, 섹션 "진핵 생성에서 고대 인트론의 다중, 중추 역할. ". 4번째 문단: 유전자에 대한 엑손 이론, 그러나 진핵생물에서만 작동하는 이론.

작성자 답변: 예, 이것은 본문에 언급된 바와 같이 다소간 요지입니다..

답변에 대한 리뷰어 3의 답변

William Martin, Institute of Botany III, 뒤셀도르프 대학교, D-40225 뒤셀도르프, 독일

모든 의견, 특히 심판 1, 2, 4의 의견에 대한 답변은 첫 번째 버전에서 누락된 이 흥미로운 논문에 많은 것을 추가합니다. 이제 이 문서에는 인트론이 있는 초기 위치에 대한 가장 정확하고 정확한 요약이 포함되어 있지만 출판된 심판 보고서로서 이는 문헌에 새로운 것입니다. 어떻게 인용하는지 궁금합니다.

여기에서 말한 것에 대한 합의는 무엇입니까? 제 생각에는 다음과 같습니다. RNA 재조합이 아마도 유전자의 기원에 관여했기 때문입니다. ~이다 RNA 재조합, 인트론은 아마도 유전자의 원시 조립에 관여했을 것입니다. 그러나 (NB: 어느 것도) 진핵생물의 인트론은 첫 번째 유전자가 발생했을 때 현재 위치에 존재하지 않았습니다. 스플라이세오솜 인트론은 미토콘드리아를 통해 얻은 그룹 II 인트론의 변성을 통해 진핵생물 계통의 이차 발명품이기 때문입니다. 이것은 내가 기억하는 한 이른 인트론이나 늦은 인트론이 말한 것이 아닙니다. 그러나 그 논쟁은 게놈에서 현재 관찰을 상상할 수 있는 사건의 합리적인 시간적 순서로 분류하는 개념을 제공하는 방식으로 문제를 구조화했습니다. 그래서 아직까지는 타이틀이 제시하는 타협이 이루어지지 않았다고 생각한다. 현재의 견해는 초기의 인트론이나 유전자의 엑손 이론이 아니라 핵 기원의 인트론 이론입니다. 어떤 식으로든 인트론은 늦게 인트론이 말한 것보다 초기에 인트론이 말한 것에 더 가까운 급성장하는 진화론적 의미를 지니고 있는 것 같습니다.

미토콘드리아의 기원에 대한 숙주가 정원 변종 고세균(인트론 부족, 핵 부족, 세포골격 부족, 식세포 작용 부족)이었다는 여기에서 표현된 견해는 현재 합성의 중요한 부분입니다. 이것은 우리 중 일부가 오랫동안 말해온 것입니다. 이 아이디어는 Ford Doolittle의 1996년 SGM 논문과 Jim Lake의 논문에서 찾을 수 있습니다.Proc Natl Acad Sci USA 95:6239–6244, 1998 자연 431:152–155, 2004), Dennis Searcy(In 세포의 기원과 진화. Hartman, H. 및 Matsuno, K. eds. World Scientific, 싱가포르. pp 47–78) 및 기타(자연 392:37–41, 1998 바이오에세이 21:99–104, 1996). 이 개념의 중요성은 아니였다 진핵생물형 유전자의 계보 또는 생명의 기원까지 거슬러 올라가는 세포 조직(대부분의 초기 인트론 공식에 내포된 가정). 고세균 숙주에 대한 견해는 진핵생물이 원핵생물을 낳게 한 동일한 유기 분자 집합체에서 직접적으로 발생하는 것이 아니라 완전한 기능을 갖춘 자유생활 원핵생물에서 직접 발생했음을 시사합니다. 따라서 이것은 초기에 인트론과 밀접하게 관련되어 있지만 진핵생물의 일부(전부는 아니지만) 공생적 관점과 양립할 수 있는 progenote 개념과 관련하여 상호 배타적입니다. 세포내공생 분야를 전문으로 하는 과학사가 Jan Sapp은 세포내 공생과 초기 세포 진화의 현대사에 대한 이러한 측면을 여러 번 잘못 이해했는데, 저자와 심사위원이 이를 보다 명확하게 설명하는 것을 볼 수 있어서 좋았습니다. 이 기여. 1981년 Woese는 6월호에 흥미로운 논문을 발표했습니다. 사이언티픽 아메리칸 (p 98ff) 진핵생물 기원에 대한 Margulis의 견해에 반대하여 진핵생물 기원에 대한 그의 선조 견해를 그림에서 정면으로 대면했다. progenote 견해는 초기에 introns가 유지했던 견해였습니다. 또는 introns early는 progenote 개념의 건물이었을 수도 있습니다. 25년 후, Woese 진영이나 Margulis 진영 모두 Koonin이 여기에서 제안한 친절한 타협을 찾을 의향을 나타내지 않았으며, 그들의 최신 논문을 조사하면 증명할 것입니다.이 두 수용소의 난민들은 언젠가 타협이 아닌 대중적인 해결책을 찾을 수 있을 것입니다! - 게놈의 관찰과 잘 일치합니다.

리뷰어 리포트 4

Anthony M. Poole, 스톡홀름 대학교 분자 생물학 및 기능 유전체학과, 스웨덴 스톡홀름

(이 리뷰의 수정된 버전은 Biology Direct에서 별도의 논평으로 출판될 예정입니다)

이 기사는 두 부분으로 나뉩니다. 첫 번째는 인트론에 대한 기존 문헌에 대한 철저하고 최신의 검토를 제공합니다. 초기/후기 토론은 따르기 쉽고 너무 자주 사용하는 분야에 대해 신선하게 공평합니다. 격렬한 당파적 지지를 받았다. Koonin 기사의 이 부분은 잘 작성되었으며 이 분야에서 항상 동의하지 않는 부분이 있지만 특별히 갈 도끼는 없습니다. 이 기사의 후반부에서는 Koonin이 Martin과 함께 개발한 아이디어를 확장하는 몇 가지 새로운 자료를 제공합니다(Martin & Koonin 2006 자연 440:41).

저자 응답: 다시 한 번, 몇 가지 세부 사항을 다루기 전에 이 신중하고 상세하며 건설적인 리뷰에 깊은 감사를 드린다는 점을 강조하고 싶습니다. 내 답변이 (상대적으로) 간단하고 모든 요점을 다루지 않고 내가 가장 중요하다고 느낀 부분만 언급한다면, 그 이유는 실제로 일부 철학 저널을 괴롭히는 무한 회귀의 유령을 피하고 싶은 소망 때문입니다..

논문의 두 번째 부분에는 문제가 될 만한 내용이 많이 있습니다. 때때로 냉철한 반박이 원래의 주장보다 더 길어지는 철학 저널의 현상을 피하기 위해 나는 두 가지 주요 주장으로 자신을 제한할 것입니다. 첫 번째는 이것 중 하나를 구입하려면 두 가지 주요 가정을 받아들여야 한다는 것입니다. 두 가지 모두 문제가 될 수 있습니다. 이것이 성립하지 않으면 전체 주장이 무너집니다. 두 번째는 Koonin이 자신의 모델에서 호출하는 호스트에서 intron이 증식했다는 좋은 논거를 만들 수 없다고 생각합니다.

그렇다면 우리가 받아들여야 할 가정은 무엇입니까? 첫 번째는 그룹 II 인트론이 spliceosomal snRNA 및 spliceosomal 인트론과 관련이 있으며 그룹 II 인트론에서 미토콘드리아 종자 가설(Logsdon 1998)에 따라 이들 인트론의 진화가 확립되었다는 것입니다. Curr Opin Genet Dev 8:637). 공통 조상의 가정은 실제로 논쟁의 여지가 없습니다. 왜냐하면 초기 인트론과 후기 인트론 지지자들은 비록 형태는 다르지만 이것을 주어진 것으로 받아들이기 때문입니다. 전자의 경우, 그룹 II 인트론이 RNA 세계의 유물이라고 주장되어 왔습니다(Gilbert & de Souza 1999 In: Gesteland et al. RNA의 세계) 및 중단된 RNA 유전자, 그리고 그룹 II 인트론의 절단은 기능성 RNA의 생산을 위해 필요했습니다. 따라서 그룹 II 인트론은 초기 기생충이 될 것이며 Koonin이 암시한 역사적 상황과 달리 introns-early와 유전자의 엑손 이론이 하나이며 동일하지만 수정된 intron-early 시나리오에서는 그렇지 않습니다. 그러나 이 시나리오에서 그룹 II 인트론이 어떻게 5개의 snRNA를 포함하는 트랜스-스플라이싱 시스템으로 진화할 수 있었는지에 대한 만족스러운 설명은 제공되지 않습니다. : spliceosome의 기원.

기계적으로, 인트론 후기에 대한 지지는 그룹 II 조각내 인트론이 발견된다는 관찰에 달려 있습니다(분명히 엽록체 게놈에서 – 클라미도모나스 레인하르티), 그리고 이 세 부분으로 된 자가 스플라이싱 인트론은 적어도 박테리아 내공생 기원의 세포 소기관에서 그럴듯한 중간체를 제공합니다(Stoltzfus 1999 참조). 제이몰 에볼 49:169(모델의 경우). 미토콘드리아 종자 가설의 맥락에서 이 관찰의 중요성은 부인할 수 없습니다. 조각의 다른 RNA 유전자는 미토콘드리아에서 발견됩니다(예: tmRNA - Keiler et al 2000 PNAS 97:7778), 분할 그룹 II 인트론이 지금까지 이러한 유형의 소기관에서 발견되지 않았더라도.

snRNA와 그룹 II 인트론의 공통 기원에 대한 증거는 그 자체로 약한 주장인 반응의 화학에 기초하여 상황에 따라 공통 기원이 필요하다는 것입니다(Weiner 1993 참조). 셀 72:161 비평). 더 중요한 것은 U5 snRNA가 그룹 II 인트론의 ID3 도메인을 대체할 수 있다는 것입니다(Hetzer et al 1997 자연 386:417). 또 다른 증거는 그룹 II 인트론의 D5 도메인과 U6 snRNA의 최근 구조적 비교에서 나옵니다(Sashital et al 2004 Nat Struct Mol Biol 11:1237 Seetharaman 외 2006 RNA 12:235) 두 머리핀 사이의 유사점을 찾는 것이 암시적이긴 하지만 불행히도 공통 기원에 대한 강력한 증거는 아닙니다.

전반적으로, Koonin은 이러한 유사성이 스플라이세오솜에 대한 그룹 II 인트론 기원을 주장하는 데 모두 사용되었으며, 위에서 언급한 바와 같이 그룹 II 인트론 조각이 나타날 것으로 예상되는 한 문헌에 공정합니다. 미토콘드리아에서. 인트론 초기 캠프에서 제공한 모델과 비교할 때 미토콘드리아 종자 가설이 더 발전된 가설이라는 데 의심의 여지가 없습니다. 단일 시스-스플라이싱 요소로부터 여러 RNA로 구성된 트랜스-스플라이싱 시스템의 단계적 출현을 잠재적으로 설명할 수 있습니다(단백질의 큰 보체가 더 어렵긴 하지만 - Collins & Penny 2005 참조) 몰비올 에볼 22:1053), 반면 유전자의 엑손 이론은 인트론의 기원에 대한 좋은 설명이 되지 못했습니다. 이것이 진화론적 선견지명으로 고통받는 인트론은 도메인의 셔플링을 촉진하기 위해 진화해야 했을 것이라는 점을 빠르게 깨달았습니다. 자연 273:267 두리틀 1978 자연 272:581). 그러나 엑손 이론이 인트론의 기원을 설명하지 못했다고 해서 인트론이 함축적으로 늦어야 한다는 것을 의미하지는 않습니다(Gilbert & de Souza op. cit. Poole et al 1999 바이오에세이 21:880).

실제로 Koonin이 주장하는 것처럼 스플라이소좀 인트론을 마지막 보편적 공통 조상의 특징으로 제안하는 것이 고세균과 박테리아에 인트론이 없기 때문에 옹호할 수 없다고 주장하는 것은 불공평합니다. Koonin이 지적한 바와 같이 group II 인트론은 박테리아와 고세균 모두에서 발견되며, 널리 추측되는 바와 같이 spliceosomal intron & snRNA와 group II intron이 공통 조상의 후손이라면 고세균과 박테리아의 유전체 합리화가 spliceosomal을 제거한다는 예측 인트론은 이러한 그룹에 그룹 II 인트론의 존재와 조화될 수 있습니다. 합리화에서 그룹 II 인트론은 환원적 진화 기간의 인트론 생존자를 나타냅니다. 궁극적인 조상이 그룹 II 인트론이라는 주장을 뒷받침하는 직접적인 증거는 없으며 오히려 많은 인트론 후기 지지자들이 사실로 주장하고 Koonin이 여기에서 반복한 가정입니다.

저자 답변: 만약 제가 그 아이디어를 올바르게 이해했다면, Group II 인트론이 많은 유전자를 중단시켰을 때 가상의 조상 진핵생물의 진화 단계가 있었다는 것을 암시합니다. 그것에 대해 본질적으로 불가능한 것은 없습니다. 더욱이, 그러한 단계가 내부 공생에 의해 촉발된 일시적 단계인 우리의 (Bill Martin과 함께) 시나리오와 분명한 유사점이 있습니다. 그러나 나는 후자 버전이 사용 가능한 데이터와 설명력과의 호환성 측면에서 뚜렷한 이점이 있다고 믿습니다. 첫째, 단백질 코딩 유전자에 그룹 II 인트론이 많은 유기체(구체적으로는 진핵생물의 스플라이소좀 인트론 밀도와 비슷한 밀도)는 알려져 있지 않습니다(일부 세포소기관은 가장 가깝지만 여전히 비슷한 밀도에는 미치지 못합니다). 적어도 그 상태를 일시적인 상태로 가정하는 것은 무리가 아닙니다. 두 번째로, 나는 그러한 유기체가 결코 발견되지 않은 데는 아주 좋은 이유가 있다고 생각합니다. 그것은 전사-번역 결합 방식의 발현 아래에 그러한 다중(자가 스플라이싱이더라도) 인트론을 갖는 것이 너무 큰 단점이 될 것이기 때문에 결코 존재하지 않았기 때문입니다. . 만약 그렇다면, 그러한 유기체는 이미 전사와 번역이 결합되지 않았을 것이라고 생각할 것입니다. 다시 말하지만, 우리는 물론 진핵생물이 아닌 다른 유기체에 대해 알지 못합니다. 나는 우리가 Bill Martin과 함께 제안한 가설(ref. 59)과 내가 현재 논문에서 어느 정도 확장한 가설이 모든 것을 하나로 묶는 그럴듯한 인과관계 사슬을 제공한다고 생각합니다..

인트론의 진화 시기에 대한 논쟁과 인트론 획득과 손실의 상대적 기여도에 대한 논쟁은 여전히 ​​뜨겁고, 쿠닌은 스플라이세오솜의 기원에 대한 논의의 출발점으로 미토콘드리아 종자 가설을 가정할 수 있는 완벽한 자격을 갖추고 있습니다. 모든 사람이 동의하지는 않더라도 인트론. 내가 문제로 삼는 두 번째 가정이다.

다시 두 번째 가정은 조상의 상태를 안다고 가정하는 경우이며, 이 경우는 진핵세포를 낳은 내생공생의 성질에 관한 것이다. 이것은 방어하기가 더 어려운 가정이며, 이 문서에서 설명하는 새로운 아이디어와 관련하여 가장 중요한 것이기도 합니다.

Koonin의 가정은 미토콘드리아로 진화한 내공생체의 숙주가 그가 말했듯이 '정원 변종 고고학자'라는 것입니다. 이것은 일반적으로 받아들여지는 가정이지만 자세히 살펴보면 실패합니다. 나는 최근에 이에 관한 다른 기사(Poole & Penny, 제출됨)를 제출했기 때문에 여기에서 완전한 주장을 전개하지 않겠지만 여기에 두 가지 중요한 문제가 있습니다. 첫째, 고세균이 진핵생물의 기원 이전에 이미 별개의 영역이 되었다면, 고세균 기원의 진핵생물 핵 유전자는 미토콘드리아 기원의 유전자가 현대 박테리아의 다양성에 속하는 것과 똑같은 방식으로 현대 고세균의 다양성 내에서 구체적으로 그룹화되어야 합니다. , 알파-프로테오박테리아와 특정한 관계를 보여줍니다. 우리는 미토콘드리아 기원 유전자에 대해 이것을 분명히 알 수 있지만, 이것은 고고학적 기원으로 추정되는 유전자의 경우에는 나타나지 않았습니다. 많은 고세균 유전자가 진핵생물 유전자와 유사하다는 사실은 두 영역의 공통 기원을 지지하지만 진핵생물이 고세균에서 진화했다는 것을 입증하지는 않습니다. 이를 뒷받침하기 위해서는 진핵생물 유전자와 특정 고세균 그룹(예: 메탄생성균)의 이종 유전자 사이의 명백한 계통발생적 친화력이 필요합니다.

저자 답변: 나는 미토콘드리아 내공생에 대한 고대 숙주의 개념이 우리가 거부할 수 없는 귀무 가설로 남아 있다고 주장합니다. 진핵생물의 '고세균' 유전자가 고세균의 특정 가지에 모여 있어야 한다는 주장은 언뜻 보기에는 간단하고 실질적이지만 자세히 고려하면 실패합니다. 첫째, 미토콘드리아에서도 α-프로테오박테리아 기원은 실망스러울 정도로 적은 수의 유전자에 대한 계통수에 의해 입증될 수 있습니다[참조 Esser et al. (2004, Mol. Biol. Evol. 21: 1643-1660)]. 우리가 미토콘드리아의 기원에 대해 의심의 여지가 없는 것은 대부분 이러한 유전자 중 일부가 미토콘드리아 게놈에 남아 있기 때문입니다. 아마도 핵으로 이동한 유전자는 계통 발생 분석을 복잡하게 만드는 상당한 진화 가속을 경험했습니다. 동일한 가속이 아마도 숙주인 고세균 단백질에 영향을 미쳐 특정 고세균 그룹으로의 배정을 방해했을 것입니다. 게다가 미토콘드리아의 경우와 마찬가지로 내부 공생의 숙주 어느 쪽도 실제 유전자 세트를 알지 못하고 원핵 생물의 HGT 양을 감안할 때 이것은 논쟁의 여지가 없습니다. 진핵생물의 일부 '고세균' 단백질은 특정 고세균 계통과 계통발생적 친화성을 나타내지만 신호가 다소 상충된다는 것입니다. 더욱이, 숙주는 현재 특징지어지는 고세균 그룹 중 하나에 속할 필요조차 없었습니다. 그것은 우리가 알고 있는 나무 외부에 있었고 멸종되었거나 여전히 어딘가에 숨어 있는 고고생물 가지일 수 있습니다(고고생물 다양성에 대한 우리의 이해는 실제로 박테리아 다양성에 대한 이해보다 더 불완전합니다). 그런 경우에는 '정원-다양성'이라는 단어가 위험하더라도 여전히 고고학적일 것입니다. 요약하면, 진핵생물과 고세균 사이의 관계의 본질은 더 신중한 조사가 필요하지만 현재로서는 미토콘드리아 내공생에 대한 고세균 숙주의 직접적인 가설을 어떻게 거부할 수 있는지 알 수 없습니다..

두 번째 비판은 현대의 고세균이 박테리아 내공생체를 수용하고 있는 알려진 사례가 없다는 것입니다. 미토콘드리아 이후에 소기관(엽록체, 2차 및 3차 내공생)을 생성한 모든 내공생은 분명히 진핵생물을 포함합니다(Archibald 2005 IUBMB 생활 57:539), 진핵생물과 관련된 내공생의 현대적인 예가 널리 퍼져 있습니다. 진핵생물 내의 박테리아 내의 박테리아의 한 예가 있지만(von Dohlen et al 2001 자연 412:433) 이것은 세균-고세균 내공생과 동일하지 않습니다. 결과적으로, 전체 논문은 고세균이 내공생체를 수용할 수 있는 입증되지 않은 능력에 달려 있습니다.

저자 응답: 예, 세균-고세균 내공생의 직접적인 증거는 없습니다. 진핵 생성의 여러 사례에 대한 증거도 없습니다. 나는 이것이 누군가를 불편하게 할 수 있다는 것을 충분히 이해하지만, 여기서 우리가 인생의 역사에서 단 한 번만 상당한 진화적 결과를 가져온 드문 사건, 분명히 그 사건을 다루고 있다는 것은 의심하기 어렵다고 생각합니다. 나는 진핵 생성을 동반한 세포 조직의 변형의 바로 그 웅장함이 그것이 거의 유일한 경우(메타노사르시나와 관련하여 아래에 더 자세히 설명됨) 이외의 어떤 것도 될 수 없음을 시사한다고 생각합니다. 이것은 세포의 궁극적인 기원과 다르지 않습니다: 우리가 설득력 있는 시나리오를 가지고 있지 않을 수 있지만 우리는 "일부" 종류의 전세포(전)생명 형태에서 세포의 기원에 대해 의문을 제기하지 않을, 엄청나게 복잡한 진화적 전환입니다. 대안은 무엇입니까?

이 점을 염두에 두고 나는 이제 그룹 II 인트론이 알파-프로테오박테리아 내공생체를 통해 고세균에 들어갔다고 주장하는 Koonin의 논문의 추측 부분으로 넘어가겠습니다. 그 결과 인트론 수의 폭발적 증가, 전사 품질 조절 메커니즘의 보상적 진화(핵, Martin & Koonin op. cit.), 넌센스 매개 붕괴(NMD), 유비퀴티닐화) 및 다음과 같은 부작용이 발생합니다. 텔로미어와 텔로머라아제가 있는 선형 염색체의 진화. 여기서 논의해야 할 주요 사항은 그룹 II 인트론의 확장이지만, 이에 앞서 몇 가지 사소한 사항을 다루겠습니다.

Koonin은 진핵생물의 NMD가 박테리아 독소-항독소 시스템에서 진화했다고 제안된 논문을 인용했습니다(Anantharaman & Aravind 2003 게놈 바이오 4:R81), 이 독소-항독소 시스템에 대한 미토콘드리아 기원을 제안함으로써 이 추측을 확장합니다. 원본 논문은 범용 도메인인 PIN 도메인이 NMD에 관련된 두 단백질에서 모두 발견된다는 점에서 유사성을 보여줍니다. 그러나 Koonin의 가설은 계통 발생학적으로 테스트할 수 있습니다. 박테리아 유전자와 상동인 NMD 유전자는 유전자 트리에서 이러한 유전자의 알파-프로테오박테리아 예와 함께 그룹화되어야 합니다. 독소-항독소 시스템은 수평으로 이동할 수 있지만 계통 발생학적 분석 없이는 Koonin이 취하는 입장이 투기 단계를 넘어 발전할 수 없다는 점에서 합병증을 예상할 수 있습니다. 다시 유비퀴틴의 경우, 박테리아 대응물과의 유사성만으로는 진화의 방향을 설정할 수 없습니다. 이러한 암시적인 연결이 박테리아 또는 고세 '선조'로부터의 핵심 진핵 과정의 기원에 대한 가설의 기초를 형성하려면 보다 구체적인 테스트가 이루어져야 합니다. 나는 이러한 가능성에 대해 개방적이지만 존재의 위대한 사슬과 비슷한 유사성을 기반으로 진화의 방향을 결정하는 것은 불충분하다고 느끼고 우리는 더 잘할 수 있어야 합니다. 누군가는 그러한 유사성이 박테리아와 고세균의 환원적 진화 때문이라고 똑같이 주장할 수 있지만(위의 그룹 II 인트론에 대해 지적한 바와 같이), 더 구체적인 테스트가 없으면 두 가지 상반된 가설이 상충됩니다. 우리는 정확한 진화 역사를 항상 해결할 수는 없지만 적어도 대안적인 가설을 공식화하고 형식적인 테스트를 시도할 수 있습니다.

저자 응답: 물론 저는 형식 테스트에 찬성하지만 이 문서의 범위를 벗어납니다. 나는 부분적으로는 진핵생물의 가속화된 진화로 인해 높은 수준의 발산을 감안할 때 이러한 경우에 그러한 테스트가 상당히 어렵다고 덧붙이고 싶습니다. PIN 및 유비퀴틴과 같은 소규모 도메인의 경우 이는 엄청나게 어려울 수 있습니다..

그러나 Koonin의 주요 주장은 그가 이러한 품질 관리 메커니즘의 출현에 대한 선택 압력을 식별할 수 있다는 것입니다. 그의 가설에 중요한 것은 그룹 II 인트론이 고대 숙주에 도착했을 때 '분명히 숙주 세포 내에서 광포하게 변했다'는 주장입니다(Martin & Koonin op. cit. 참조). 이것은 핵심 요점이며 독자가 이어지는 추측을 받아들이기 위해 받아들여야 하는 것입니다. 이 주장은 이 새로운 '원핵생물 키메라'의 작은 유효 개체군 크기가 선택을 정화함으로써 침입하는 그룹 II 이동 요소의 제거를 배제했다는 주장에 기초합니다. 이 경우의 숙주는 인구 규모가 작은 고고학자(따라서 무성애자)이지만 모델을 비교할 좋은 예가 있는지 확신할 수 없습니다.

그룹 II 인트론은 고세균에서 최근에 발견되었습니다 메타노사르시나 아세토보란스 &M. 마제이 (Dai & Zimmerly 2003 RNA 9:14 Rest & Mindell 2003 몰비올 에볼 20:1134), 박테리아로부터 수평적 유전자 전달의 결과로 확립된 것으로 보입니다(최근 전달은 '원시 전핵생물' 숙주 게놈에 대한 이상적인 유사체를 나타냄). 여기에서 그룹 II 인트론 중 어느 것도 고고의 개방 판독 프레임에 삽입되지 않고 다른 그룹 II 인트론에 의해 암호화된 역전사효소 유전자에 삽입되어 중첩된 인트론을 생성하는 경향이 있는 것으로 보입니다. 나는 이 두 고세균의 유효 개체군 크기에 대해 전혀 모르지만, 이 요소들이 광포하지도 않고 고세균 단백질 코딩 유전자에 삽입되지도 않았다는 사실은 Koonin이 제시한 모델을 강화하는 데 도움이 되지 않습니다.

저자 응답: Methanosarcina의 경우는 실제로 매우 흥미롭습니다. 확실히, 그들의 게놈은 획득한 박테리아 유전자로 가득 차 있고 일부 그룹 II 인트론도 있지만 이 모든 것이 진핵생물이 되지는 않았습니다. 한편으로, 그것은 내가 이 백서에서 논의하는 모델을 강화하지 않습니다. 그러나 이것이 약해지지 않는다고 생각합니다. 이 사례가 확인하는 것은 진핵 생성이 작은 위업이 아니라는 것입니다(위 참조). 어떤 면에서는 Methanosarcina를 실패한 진핵생물로 생각하고 싶은 유혹을 받을 수 있습니다..

다음과 같이 인구 규모가 작은 무성 혈통의 예 부흐네라 숙주가 아니라 내공생체와 더 분명하게 유사하며, 여기서는 기존의 이기적 요소의 폭발적인 확장이 이러한 혈통의 특징이 아닌 것으로 보입니다. 그 반대는 사실입니다.인구 규모가 역할을 할 수 있고 원칙적으로 테스트 가능하지만 내가 아는 한 이기적인 요소의 대규모 확장의 유일한 예는 감수성을 가진 유기체에 있습니다. 여기서 기주에 대한 비용이 0.5 미만인 경우 외래 교배 허가가 확산되기 때문에 기주를 희생시키면서 이기적인 요소가 확장된다는 주장이 제기되었습니다(Hickey 1982 유전학 101:519). 더 작은 유효 개체군 크기를 가진 종은 더 높은 밀도의 요소(예: 복잡한 다세포 유기체)를 갖는 것처럼 보이지만 이들은 모두 유성입니다. 반대로, 무성 시스템에서 이론적 기대는 이기적인 요소가 숙주에게 선택적인 불이익을 주기 때문에 신속하게 제거되어야 한다는 것입니다. J 에볼루션 Biol 15:42).

Koonin의 시나리오에서 숙주 게놈에 삽입된 미토콘드리아 그룹 II 인트론은 드리프트를 통해 개체군에 고정되도록 휩쓸고 그 후 숫자가 확장됩니다. 물론 표류가 이기적인 요소를 고정으로 몰아가는 것은 히키의 모델 하에서도 불가능하지 않습니다. 그러나 더 긴 진화 기간에 걸쳐 그 수가 크게 확장되어야 합니까? 이 문제에 대한 Hickey의 원래 처리에서 나오는 한 가지 핵심 사항은 무성 생식 계통에서 주어진 요소에 의해 숙주에게 부여된 적합성의 감소가 요소에 대한 적합성 감소이기 때문에 이기적 요소 활동의 약화가 있어야 한다는 것입니다. 따라서 덜 독성이 되도록 요소에 대한 선택이 있습니다. 이것은 Koonin의 모델(그리고 실제로 Martin과 Koonin의 모델)이 요구하는 것과 정확히 반대입니다.

최근에는 요소 과부하가 유성 계통에서 진화한 무성 계통의 멸종 원인 중 하나라고 주장했습니다(Arkhipova & Meselson 2005 바이오에세이 27:76). 따라서 내 생각에 Koonin의 '광적인 인트론' 이론이 여러 복잡한 품질 관리 시스템이 나타날 만큼 충분히 오랜 시간 동안 작동하려면 그가 적어도 통성 감수 성의 출현을 불러일으켰어야 한다고 주장합니다. 이것의 문제는 번식 비용이 두 배인 섹스가 퍼질 때까지 '기다리고 있는' 프라이밍된 이기적인 요소의 인구가 있는 시나리오에서 호출되어야 한다는 것입니다. 섹슈얼리티 수준은 통성적으로 성적인 인구에서 증가할 수 있지만 무성 인구에서는 그렇지 않습니다(Johnson & Brookfield op. cit.). 성의 기원에 대한 모델의 항상 존재하는 어려움이 성에 대한 단기적인 선택적 이점을 설명하기 때문에 이것은 문제에 접근하는 다소 후진적인 방법을 나타냅니다!

고려해볼 가치가 있는 추가 요점은 Koonin의 고세균 모델이 이미 감수분열을 진화시킨 초기 진핵생물 줄기 계통에 미토콘드리아가 들어갈 가능성을 제거하기 때문에 인트론 후기 입장을 약화시킨다는 것입니다(참조 Ramesh et al 2005 커 비올 15:185) 감수분열의 진화 시기에 대한 최근 논의 참조). 현존하는 원시 아미토콘드리아 진핵생물의 부재와 상관없이 줄기 계통의 진핵생물 조상의 필요성을 받아들여야 합니다. (줄기 계통이란 고세동물로 지정된 현존하는 진핵생물을 의미하는 것이 아닙니다. 멸종되어 마지막 진핵생물 공통조상으로 이어지는 계통에서 분기된 진핵생물의 계보를 의미합니다. Donoghue 2005 참조 고생물학 31:553 줄기 및 왕관 그룹의 표준 정의) 이것은 Koonin이 주장하는 것처럼 진핵생물의 조상이 알파-프로테오박테리아 내공생체를 지닌 고세균이었다 하더라도 이 가상의 조상과 현대의 진핵생물 사이에 중간 단계가 없기 때문입니다(Poole & Penny , 제출 된). 유성 진핵생물 숙주를 불러냄으로써, 진핵생물에서 인트론의 확산은 유성 집단에서 이기적인 요소 확산에 대한 우리의 현재 이해에 따라 더 잘 설명될 수 있습니다.

작성자 답변: 이러한 사려 깊은 의견에 감사드립니다. 분명히, 진핵 생성 과정에서 성과 이기적인 요소의 번식 사이의 연관성은 충분히 자세히 조사되지 않았습니다. 그러나 "줄기 계통의 진핵생물 조상의 필요성"은 받아들이기 매우 어렵고, 만약 그렇다면 우리는 또한 그들이 어떻게, 어떤 종류의 선택적인 압력 하에서 진핵 세포의 복잡한 특징을 진화시킵니다. 분명히 저는 여기에서 약간 확장하는 Bill Martin의 모델(Ref. 59)이 진핵생물 발생에 대한 그럴듯한 인과 관계 사슬을 제안하는 데 어느 정도 진행된다고 믿습니다(참조 그림 2현재 논문에서) 신비하고 멸종된 생물을 불러일으키지 않고. 이것은 그러한 생물이 결코 존재하지 않았다는 것을 의미하는 것이 아닙니다. 단지 Occam 면도칼에 이어 우리는 그들의 도움 없이 가능한 한 진핵 생성을 설명하려고 노력해야 할 것입니다..

요약하면, 나는 현대의 진핵생물로 이어지는 내생공생의 숙주가 고세균이었다고 확신하지 못한다. 이것은 미토콘드리아에서 가능한 것과 똑같은 방식으로 진핵생물의 가장 가까운 친척으로 특정 고세균 그룹을 선택하여 계통발생학적으로 감지할 수 있어야 합니다. 둘째, 내공생 박테리아를 운반하는 고세균이 확인되지 않았으므로 Koonin의 가정을 수용하려면 현존하는 모든 고세균이 이후에 이 능력을 상실해야 합니다. 또한 나는 II족 인트론을 박테리아 내공생체에서 고고생물 숙주로 옮기는 것이 II족 원소의 대규모 확장을 초래했을 것이라고 확신하지 않는다. 이것은 무성 생식 방식으로 퍼진 이기적인 요소에 대한 우리의 현재 지식과 맞지 않는 것 같습니다. 그 속의 현대 메탄 생성 고세균 메타노사르시나 대규모 인트론 확장을 겪지 않았으므로 이 의혹을 확인하는 것 같습니다.


내용물

인트론은 진핵생물의 hnRNA에서 흔히 볼 수 있지만 원핵생물에서는 tRNA와 rRNA에서만 발견됩니다. 유전자의 비암호화 부분인 인트론과 달리 엑손은 mRNA 서열에 남아 있는 코딩 부분입니다.

인트론의 수와 길이는 종과 같은 종 내의 유전자에 따라 크게 다릅니다. 포유류 및 꽃 피는 식물과 같은 고등 유기체의 유전자에는 수많은 인트론이 있으며, 이는 근처의 엑손보다 훨씬 더 길 수 있습니다. 곰팡이 Saccharomyces cerevisiae 및 원생생물과 같은 덜 발달된 유기체에는 인트론이 거의 없습니다. 인간에서 가장 많은 수의 인트론을 가진 유전자는 362개의 인트론을 가진 단백질 Titin의 유전자입니다. [인용 필요]

인트론은 때때로 유전자의 대체 스플라이싱을 허용하여 일부 서열을 공통으로 공유하는 여러 다른 단백질이 단일 유전자에서 번역될 수 있습니다. mRNA 스플라이싱의 제어는 다양한 신호 분자에 의해 수행됩니다.

인트론은 또한 "오래된 코드" 또는 한 번 단백질로 번역되었지만 이후 폐기된 유전자 섹션을 포함할 수 있습니다. 일반적으로 주어진 인트론의 서열은 기능이 없는 정크 DNA라고 가정했습니다. 그러나 최근에는 이에 대해 논란이 되고 있습니다.[1]

인트론은 효율적인 스플라이싱에 중요한 몇 가지 짧은 시퀀스를 포함합니다. 이들에 대한 정확한 메커니즘 인트로닉 스플라이싱 인핸서 잘 알려져 있지는 않지만 spliceosome을 안정화시키는 단백질의 전사체에서 결합 부위로 작용하는 것으로 생각됩니다. 인트론 서열에 의해 형성된 RNA 2차 구조가 스플라이싱에 영향을 미칠 수도 있습니다.

발견

인트론의 발견으로 1993년 Phillip Allen Sharp와 Richard J. Roberts가 노벨 생리의학상을 수상했습니다. 용어 인트론 1978년 미국 생화학자 Walter Gilbert에 의해 소개되었습니다.

인트론의 분류

그룹 I 및 그룹 II 인트론과 같은 일부 인트론은 실제로 1차 RNA 전사체에서 자신의 스플라이싱을 촉매할 수 있는 리보자임입니다. 이 자기 접합 활동은 RNA의 촉매적 특성을 발견한 공로로 시드니 알트만과 함께 1989년 노벨 화학상을 공동 수상한 Thomas Cech에 의해 발견되었습니다.

4가지 클래스의 인트론이 존재하는 것으로 알려져 있습니다.

때때로 그룹 III 인트론은 구조와 기능의 유사성 때문에 그룹 II 인트론으로도 식별됩니다.

핵 또는 스플라이세오솜 인트론은 스플라이세오솜과 일련의 snRNA(작은 핵 RNA)에 의해 접합됩니다. 스플라이스솜에 의한 이러한 인트론의 스플라이싱(또는 식별)을 부추기는 특정 스플라이스 신호(또는 공통 시퀀스)가 있습니다.

그룹 I, II 및 III 인트론은 자가 스플라이싱 인트론이며 스플라이세오솜 인트론에 비해 상대적으로 드뭅니다. 그룹 II 및 III 인트론은 유사하고 2차 구조가 보존되어 있습니다. lariat 경로는 접합에 사용됩니다. 그들은 spliceosome과 유사한 기능을 수행하며 진화적으로 관련이 있을 수 있습니다. 그룹 I 인트론은 접합에 유리 구아닌 뉴클레오사이드가 필요한 유일한 부류의 인트론입니다. 그들은 그룹 II 및 III 인트론과 다른 2차 구조를 가지고 있습니다. 그들은 대부분의 박테리아와 원생동물에서 발견됩니다.

인트론 진화

스플라이세오솜 인트론의 기원과 초기 진화에 대한 대안 시나리오를 제공하는 두 가지 경쟁 이론이 있습니다(자체 스플라이싱 및 tRNA 인트론과 같은 다른 클래스의 인트론은 많은 논쟁의 대상이 아니지만 전자에 대해서는 [1] 참조). 이들은 일반적으로 Introns-Early(IE) 또는 Introns-Late(IL) 보기라고 합니다.

NS IE 모델Walter Gilbert가 옹호한 [2]는 인트론이 극도로 오래되었고 원핵생물과 진핵생물의 초기 조상(선조세포)에 많이 존재한다고 제안합니다. 이 모델에서 인트론은 이후에 원핵 생물에서 손실되어 성장 효율을 달성할 수 있었습니다. 이 이론의 중심 예측은 초기 인트론이 단백질 도메인을 나타내는 엑손의 재조합을 촉진하는 매개체였다는 것입니다. 그러한 모델은 새로운 유전자의 진화로 직접 이어질 것입니다.

NS 일리노이 모델 진핵 생물과 원핵 생물의 분기 후 인트론이 원래의 인트론이없는 인접 유전자에 더 최근에 삽입되었다고 제안합니다. 이 모델에서 인트론은 기생 전치 요소에서 기원했을 것입니다. 이 모델은 spliceosomal 인트론이 진핵생물에만 국한된다는 관찰을 기반으로 합니다. 그러나 초기 원핵생물-진핵생물 조상에서 인트론의 존재와 진핵생물 진화 동안 후속 인트론 손실 증가에 대한 상당한 논쟁이 있습니다. [3] 또한 인트론의 진화와 보다 일반적으로 인트론-엑손 구조는 코딩-서열 진화와 거의 무관하다고 제안됩니다. [4]


인트론

NS 인트론 유전자의 비암호화 서열이다.

유전자의 최종 RNA 산물을 얻기 위해 RNA 스플라이싱에 의해 제거되는 유전자 내의 모든 뉴클레오티드 서열입니다. [1] [2] 용어 인트론 유전자 내의 DNA 서열과 RNA 전사체의 해당 서열을 모두 의미합니다. [삼]

RNA 스플라이싱 후 최종 RNA에서 함께 결합되는 코딩 DNA의 서열은 다음과 같습니다. 엑손NS. 그들은 최종 폴리펩티드의 아미노산을 암호화합니다.

인트론은 대부분의 유기체와 많은 바이러스의 유전자에 있습니다. 그들은 단백질, 리보솜 RNA(rRNA) 및 전달 RNA(tRNA)를 생성하는 유전자를 포함하여 광범위한 유전자에 있을 수 있습니다. RNA 스플라이싱은 전사 후 번역 전에 발생합니다.

  • 인트론: 버려지는 유전자 부분: 작동하지 않는 비트.
  • 엑손: 발현되는 유전자의 부분: 단백질의 아미노산 서열을 코딩하는 유전자의 비트.

인트론의 발견으로 1993년 Phillip Sharp와 Richard Roberts가 노벨 생리의학상을 수상했습니다. 용어 인트론 미국 생화학자 Walter Gilbert에 의해 소개되었습니다. [4]

인트론에 대한 답이 없는 질문이 많이 있습니다. 인트론이 특정한 기능을 하는지, 아니면 기생충으로 스스로를 번식하는 이기적인 DNA인지는 불분명하다. [5]

전체 진핵 생물 게놈에 대한 최근 연구에 따르면 인트론의 길이와 밀도(인트론/유전자)는 관련 종 간에 상당히 다양합니다. 인트론에는 4~5가지 종류가 있습니다. 일부 인트론은 이동 가능한 유전 요소(트랜스포존)를 나타냅니다.

유전자 내 인트론의 대체 스플라이싱은 단일 유전자에서 다양한 단백질 동형을 허용합니다. 따라서 다중 관련 단백질은 단일 유전자 및 단일 전구체 mRNA 전사체로부터 생성될 수 있습니다. 대체 RNA 스플라이싱의 제어는 신호 분자의 복잡한 네트워크에 의해 수행됩니다. 인간에서,


9.5 유전자가 조절되는 방식

세포가 제대로 기능하려면 필요한 단백질이 적절한 시기에 합성되어야 합니다. 모든 유기체와 세포는 DNA의 전사와 단백질로의 번역을 제어하거나 조절합니다. 유전자를 켜서 RNA와 단백질을 생성하는 과정을 유전자 발현이라고 합니다. 단순한 단세포 유기체이든 복잡한 다세포 유기체이든, 각 세포는 유전자가 발현되는 시기와 방법을 제어합니다. 이것이 일어나기 위해서는 유전자가 언제 발현되어 RNA와 단백질이 만들어지는지, 얼마나 많은 단백질이 만들어지는지, 그리고 더 이상 필요하지 않기 때문에 그 단백질을 만드는 것을 멈출 때를 제어하는 ​​메커니즘이 있어야 합니다.

다세포 유기체의 세포는 다른 조직의 특수 세포로 매우 다르게 보이고 다른 기능을 수행합니다. 예를 들어, 근육 세포는 피부 세포와 매우 다른 간 세포와 매우 다릅니다. 이러한 차이는 각 세포에서 서로 다른 유전자 세트의 발현의 결과입니다. 모든 세포는 당 분자의 에너지를 ATP의 에너지로 전환하는 것과 같이 스스로 수행해야 하는 특정 기본 기능을 가지고 있습니다. 또한 각 세포는 발현되지 않는 유전자를 많이 가지고 있고, 다른 세포에서 발현되지 않는 많은 유전자를 발현하여 고유한 기능을 수행할 수 있습니다. 또한 세포는 환경 변화에 따라 다른 시간에 특정 유전자를 켜거나 끕니다. 진핵생물이든 원핵생물이든 단세포 유기체는 환경의 요구에 따라 유전자를 켜고 끄기 때문에 특수한 조건에 반응할 수 있습니다.

유전자 발현의 제어는 매우 복잡합니다. 이 과정의 오작동은 세포에 해롭고 암을 비롯한 많은 질병의 발병으로 이어질 수 있습니다.

원핵생물 대 진핵생물 유전자 발현

유전자 발현이 어떻게 조절되는지 이해하려면 먼저 유전자가 세포에서 어떻게 기능적 단백질이 되는지 이해해야 합니다. 이 과정은 약간 다른 방식으로 원핵 세포와 진핵 세포 모두에서 발생합니다.

원핵생물은 세포핵이 없기 때문에 전사와 번역 과정이 거의 동시에 일어난다. 단백질이 더 이상 필요하지 않으면 전사가 중단됩니다. 그 결과, 원핵세포에서 어떤 종류의 단백질이 발현되고 얼마나 많은 단백질이 발현되는지를 조절하는 일차적인 방법은 DNA 전사를 RNA로 조절하는 것이다. 모든 후속 단계는 자동으로 수행됩니다. 더 많은 단백질이 필요할 때 더 많은 전사가 발생합니다. 따라서 원핵 세포에서 유전자 발현의 조절은 거의 전적으로 전사 수준에서 이루어집니다.

이러한 제어의 첫 번째 예는 다음을 사용하여 발견되었습니다. 이자형. 대장균 1950년대와 1960년대에 프랑스 연구원들에 의해 라크 오페론. NS 라크 오페론은 식품 공급원인 유당의 흡수 및 대사에 참여하는 단백질을 암호화하는 3개의 인접한 유전자가 있는 DNA의 스트레치입니다. 이자형. 대장균. 유당이 박테리아 환경에 존재하지 않을 때, 라크 유전자는 소량으로 전사된다. 유당이 존재하면 유전자가 전사되고 박테리아는 유당을 식품 공급원으로 사용할 수 있습니다. 오페론은 또한 RNA 중합효소가 프로모터와 결합하여 프로모터 사이의 전사를 시작하는 프로모터 서열을 포함하고 있으며 세 개의 유전자는 오퍼레이터(operator)라고 불리는 영역입니다. lactose가 없을 때, repressor로 알려진 단백질이 오퍼레이터에 결합하여 드문 경우를 제외하고 RNA 중합효소가 프로모터에 결합하는 것을 방지합니다. 따라서 세 유전자의 단백질 산물은 거의 만들어지지 않습니다. 유당이 존재할 때 유당 대사의 최종 산물은 억제 단백질에 결합하여 작동자에게 결합하는 것을 방지합니다. 이것은 RNA 중합효소가 프로모터에 결합하고 3개의 유전자를 자유롭게 전사하여 유기체가 유당을 대사할 수 있도록 합니다.

대조적으로, 진핵 세포는 세포 내 소기관을 가지고 있으며 훨씬 더 복잡합니다. 진핵 세포에서 DNA는 세포의 핵 안에 포함되어 있고 그곳에서 mRNA로 전사된다는 것을 기억하십시오. 새로 합성된 mRNA는 핵에서 세포질로 옮겨지고 리보솜은 mRNA를 단백질로 번역합니다. 전사와 번역의 과정은 핵막에 의해 물리적으로 분리되어 있다 전사는 핵 내에서만 일어나고 번역은 세포질에서 핵 외부에서만 일어난다. 유전자 발현의 조절은 과정의 모든 단계에서 일어날 수 있습니다(그림 9.22). 조절은 DNA가 풀리고 뉴클레오솜에서 느슨해져서 전사 인자에 결합할 때(후성적 수준), RNA가 전사될 때(전사 수준), RNA가 전사된 후 처리되어 세포질로 내보낼 때(전사 후 수준) 발생할 수 있습니다. , RNA가 단백질로 번역될 때(번역 수준), 또는 단백질이 만들어진 후(번역 후 수준).

원핵생물과 진핵생물 사이의 유전자 발현 조절의 차이점은 표 9.2에 요약되어 있습니다.

  • RNA 전사는 단백질 번역 이전에 일어나며 핵에서 일어난다. 단백질로의 RNA 번역은 세포질에서 발생합니다.
  • RNA 후처리에는 5' 캡, 폴리A 꼬리 추가, 인트론 절제 및 엑손 스플라이싱이 포함됩니다.

진화 연결

대체 RNA 스플라이싱

1970년대에 대체 RNA 스플라이싱을 나타내는 유전자가 처음으로 관찰되었습니다. 대체 RNA 스플라이싱은 인트론(때로는 엑손)의 다른 조합이 전사체에서 제거될 때 한 유전자에서 다른 단백질 산물이 생성되도록 하는 메커니즘입니다(그림 9.23). 이 대체 스플라이싱은 우연일 수 있지만 더 자주 제어되고 유전자 조절 메커니즘으로 작용합니다. 다른 스플라이싱의 빈도는 다른 세포에서 다른 단백질 제품의 생산을 제어하는 ​​방법으로 세포에 의해 제어됩니다. 다양한 개발 단계. 한 추정에 따르면 대체 스플라이싱은 이제 진핵생물에서 유전자 조절의 일반적인 메커니즘으로 이해되며, 인간의 유전자 중 70%는 대체 스플라이싱을 통해 다중 단백질로 발현됩니다.

대체 접합은 어떻게 발전할 수 있습니까? 인트론은 시작과 끝 인식 순서가 있으며, 인트론의 끝을 식별하고 다음 인트론의 끝을 찾아 두 개의 인트론과 중간 엑손을 제거하는 접합 메커니즘의 실패를 상상하기 쉽습니다. 실제로 이러한 엑손 건너뛰기를 방지하는 메커니즘이 있지만 돌연변이는 실패로 이어질 가능성이 높습니다. 그러한 "실수"는 기능이 없는 단백질을 생성할 가능성이 더 큽니다.실제로 많은 유전 질환의 원인은 시퀀스의 돌연변이가 아닌 대체 스플라이싱입니다. 그러나 대체 스플라이싱은 원래 단백질의 손실 없이 단백질 변이체를 생성하여 새로운 기능에 대한 새로운 변이체의 적응 가능성을 열어줍니다. 유전자 복제는 원래의 기능적 단백질을 제거하지 않고 진화할 수 있는 유전자를 제공함으로써 유사한 방식으로 새로운 기능의 진화에 중요한 역할을 했습니다.


섹션 요약

유기체 내의 모든 체세포는 동일한 DNA를 포함하지만 유기체 내의 모든 세포가 동일한 단백질을 발현하는 것은 아닙니다. 원핵 생물은 모든 세포에서 암호화하는 전체 DNA를 발현하지만 반드시 동시에 모두 발현할 필요는 없습니다. 단백질은 필요할 때만 발현됩니다. 진핵 생물은 주어진 세포에 암호화된 DNA의 하위 집합을 표현합니다. 각 세포 유형에서 단백질의 유형과 양은 유전자 발현을 조절하여 조절됩니다. 단백질을 발현하기 위해 DNA는 먼저 RNA로 전사된 다음 단백질로 번역됩니다. 원핵 세포에서 이러한 과정은 거의 동시에 발생합니다. 진핵 세포에서 전사는 핵에서 발생하며 세포질에서 발생하는 번역과는 별개입니다. 원핵생물의 유전자 발현은 전사 수준에서만 조절되는 반면, 진핵생물 세포에서는 유전자 발현이 후성유전, 전사, 전사 후, 번역 및 번역 후 수준에서 조절됩니다.

수업 과정

용어 사전

대체 RNA 스플라이싱: RNA 전사체의 대체 스플라이싱 조합을 통해 단일 유전자에 의해 여러 단백질 생성물이 생성되는 진핵생물의 전사후 유전자 조절 메커니즘

후생적: 염색체의 유전자에 대한 접근성을 제어하는 ​​DNA 및 히스톤 단백질의 변형 변화와 같은 비유전적 조절 요인을 설명합니다.

유전자 발현: 유전자 발현 여부를 조절하는 과정

전사 후: RNA 분자가 생성된 후 단백질로 번역되기 전의 유전자 발현 조절

포스트 번역: 단백질 생성 후 유전자 발현 조절


비디오 보기: Introns vs Exons (이월 2023).