基因解剖：外显子、内含子和剪接变体

真核基因是分裂的：其蛋白质编码指令（外显子）被非编码区段（内含子）打断，这些区段被转录但随后在信息使用前被移除。通过选择保留哪些外显子，单个基因可以通过选择性剪接产生几种不同的mRNA和蛋白质，这使得外显子-内含子解剖成为生物复杂性的主要来源。

Definition

外显子是基因中保留在成熟RNA中的片段，内含子是在RNA加工过程中被移除的中间片段，剪接变体（异构体）是当基因的外显子以不同组合连接时产生的不同成熟转录本。

Scope

本主题涵盖基因的外显子-内含子结构、移除内含子并连接外显子的剪接过程，以及作为从一个基因生成多个转录变体的机制的选择性剪接。它将基因解剖作为参考和教育材料；剪接疾病机制以通用术语描述，而非作为临床指导。

Core questions

• 外显子与内含子有何区别？
• 剪接如何准确地移除内含子并连接外显子？
• 选择性剪接如何从一个基因产生多种蛋白质？
• 为什么破坏剪接位点会改变基因功能？

Key concepts

• 外显子
• 内含子
• 分裂（中断）基因
• 前mRNA剪接和剪接体
• 剪接供体和受体位点
• 选择性剪接
• 转录本异构体
• 组成型外显子与选择性外显子

Mechanisms

转录后，剪接体识别内含子边界处的序列——剪接供体（5'）和受体（3'）位点——并切除每个内含子，将侧翼外显子连接成连续的成熟RNA。由于外显子包含受到调控，一个基因可以在不同的细胞或条件下组装其外显子的不同组合，从而从一个基因座产生选择性剪接变体；这极大地扩展了基因组的蛋白质编码能力。选择性剪接的模式本身在进化上是可变的且具有组织特异性，有助于细胞类型和物种之间的差异。

Clinical relevance

位于剪接位点或产生或破坏剪接信号的变体可以改变哪些外显子被包含，从而改变或废除基因产物，这就是为什么影响剪接的变体在变体解读中是一个重要的类别。本主题描述了此类效应的结构基础，仅供参考和教育，不提供诊断或治疗指导。

Epidemiology

选择性剪接是普遍存在的：绝大多数人类多外显子基因产生不止一种剪接变体，并且剪接的流行率和模式在不同组织和脊椎动物物种之间存在显著差异，使其成为真核基因表达的近乎普遍特征，而非例外。

Evidence & guidelines

分裂基因模型基于mRNA序列与其基因不连续的直接证明，并且通过转录组范围的研究量化了选择性剪接的范围，这些研究显示了其在物种间的普遍性和进化分歧。

History

1977年，两个独立的研究小组表明腺病毒mRNA是从基因组上分离的片段剪接而成的，揭示了基因可以被内含子打断；这推翻了共线性假设，并导致了分裂基因概念的产生。随后的工作确立了剪接是一个受调控的过程，选择性剪接是蛋白质组多样性的广泛生成器。

Key figures

• Phillip Sharp
• Richard Roberts
• Susan Berget
• Benjamin Blencowe

Seminal works

• berget-1977
• nilsen-graveley-2010
• barbosa-morais-2012

Frequently asked questions

内含子只是无用的填充物吗？

不是。内含子虽然从成熟信息中移除，但它们携带剪接信号，可以容纳调控元件和非编码RNA，并且它们的存在使得选择性剪接成为可能，因此它们是基因解剖中功能重要的部分。

一个基因如何产生多种蛋白质？

通过选择性剪接：通过包含或跳过特定的外显子，细胞从同一个基因组装出不同的成熟mRNA，每个mRNA都可以翻译成不同的蛋白质异构体。