Die Genome von Eukaryoten können in mehrere funktionale Kategorien untergliedert werden. Ein DNA-Strang besteht aus Genen und intercistronischen Regionen. Die Gene selbst bestehen aus proteinkodierenden Exons und nicht-kodierenden Introns. Introns werden bei der Transkription der Sequenz zu mRNA ausgeschnitten, so dass nur Exons für Proteine kodieren.
In eukaryotischen Genomen sind Gene durch große DNA-Abschnitte getrennt, die nicht proteinkodierend sind. Diese intercistronischen Regionen tragen jedoch wichtige Elemente, die die Genaktivität regulieren, z.B. den Promotor, wo die Transkription beginnt, sowie Enhancer und Silencer, die die Genexpression feinjustieren. Manchmal können diese Bindungsstellen weit vom assoziierten Gen entfernt sein.
Als die Forscher den Prozess der Gentranskription in Eukaryoten untersuchten, stellten sie fest, dass die endgültige mRNA, die ein Protein kodiert, kürzer als die DNA ist, von der sie abgeleitet ist. Dieser Längenunterschied ist auf einen Prozess zurückzuführen, der Spleißen genannt wird. Sobald die prä-mRNA von der DNA im Zellkern transkribiert wurde, werden beim Spleißen sofort Introns entfernt und Exons miteinander verbunden. Das Ergebnis ist proteinkodierende mRNA, die ins Zytoplasma transportiert wird und in ein Protein umgeschrieben wird.
Eines der größten menschlichen Gene, DMD, ist über zwei Millionen Basenpaare lang. Dieses Gen kodiert das Muskelprotein Dystrophin. Mutationen in DMD verursachen Muskeldystrophie, eine Krankheit, die durch fortschreitenden Muskelabbau charakterisiert ist. Dieses Gen enthält 79 Exons und 103 Introns. Am anderen Ende des Spektrums liegt das Histon-H1A-Gen, welches das kleinste Gen im menschlichen Genom ist mit nur 781 Basenpaaren Länge und einem Exon und keinen Introns.
Sind Introns Abfall-DNA, die entfernt werden muss? Interessanterweise können Introns Elemente tragen, die für die Genregulation wichtig sind. Außerdem erlaubt das Speißen des anfänglichen Transkripts und das Zusammenfügen der Exons ein Mischen der DNA-Sequenzen. Dieser Prozess des Mischens und Zusammenfügens der Exons wird als alternatives Spleißen bezeichnet. Er ermöglicht es, mehrere Proteinvarianten aus einer einzigen kodierenden Sequenz herzustellen.
Wussten Sie, dass 99% Ihres Genoms keine Proteine kodieren? In den frühen Tagen der Genomforschung prägten Biologen den eingängigen Begriff Junk-DNA („Müll-DNA“) für diese scheinbar nicht relevanten Sequenzen. Inzwischen haben wir gelernt, dass ein großer Teil der nicht-kodierenden DNA wichtige Funktionen trägt. Mindestens 9% des menschlichen Genoms sind an der Genregulation beteiligt. Das ist 9-mal mehr als proteinkodierende Sequenzen.
