2) энхансеры и сайленсеры
3) промоторы, экзоны, интроны (+)
4) повторяющиеся последовательности теломер
Основными структурными элементами эукариотического гена являются промотор, экзоны и интроны. Промотор представляет собой участок ДНК, расположенный обычно перед транскрибируемой областью; он содержит сайты связывания транскрипционных факторов и РНК-полимеразы II, определяя начало и интенсивность транскрипции. Экзоны сохраняются в составе зрелой матричной РНК и могут включать кодирующую последовательность, а также нетранслируемые участки. Интроны удаляются из первичного транскрипта в процессе пре-мРНК-сплайсинга.
Именно чередование экзонов и интронов обеспечивает возможность альтернативного сплайсинга, при котором из одного гена формируются различные варианты зрелой мРНК и белка. Нарушения сайтов сплайсинга или границ экзон–интрон могут приводить к пропуску экзона, включению интронной последовательности и возникновению патогенного транскрипта; такие варианты имеют важное значение при молекулярно-генетической диагностике наследственных заболеваний. В состав генетического локуса также могут входить 5’- и 3’-нетранслируемые области и регуляторные последовательности, однако в представленном перечне именно промоторы, экзоны и интроны образуют базовую структурную организацию гена.
Энхансеры и сайленсеры являются преимущественно дистантными регуляторными элементами, регулирующими уровень транскрипции, но не представляют собой обязательную последовательную структуру каждого гена. Точки инициации репликации обеспечивают копирование ДНК в ходе клеточного цикла, а теломерные повторы защищают концы хромосом; оба типа последовательностей относятся к организации генома в целом, а не к основным структурным компонентам отдельного гена.
| Элемент | Основная функция | Особенности и диагностическое значение |
|---|---|---|
| Промотор | Инициация транскрипции и определение её направления | Содержит сайты связывания РНК-полимеразы и транскрипционных факторов; варианты могут изменять экспрессию гена |
| Экзон | Участок, сохраняющийся в зрелой мРНК | Может кодировать аминокислотную последовательность или входить в состав 5’- и 3’-нетранслируемых областей; часто анализируется при секвенировании |
| Интрон | Удаляется из первичного транскрипта при сплайсинге | Мутации донорного и акцепторного сайтов могут нарушать сплайсинг и приводить к наследственной патологии |
| Энхансер | Повышает транскрипционную активность гена | Может располагаться на значительном расстоянии от гена и действовать независимо от ориентации; относится к регуляторным элементам |
| Сайленсер | Подавляет экспрессию гена | Реализует действие через связывание репрессоров и изменение активности транскрипционного комплекса |
| Точка инициации репликации | Обеспечивает начало удвоения ДНК | Связана с репликацией хромосомы, а не с транскрипцией и структурой отдельного гена |
| Теломерные повторы | Защищают концы линейных хромосом | Поддерживают стабильность хромосом и связаны с активностью теломеразы; не являются структурой обычного гена |
Структура гена определяет последовательность этапов реализации генетической информации: транскрипцию, процессинг РНК и трансляцию. При интерпретации выявленного варианта необходимо учитывать его расположение в промоторе, экзоне, интроне или сайте сплайсинга. Функциональная оценка таких изменений может включать анализ экспрессии, РНК-секвенирование и сопоставление с фенотипом пациента. Следовательно, отмеченный вариант наиболее точно отражает базовую организацию эукариотического гена.