Funkcje i typy Pseudogenes



The pseudogeny są to wszechobecne i dość liczne sekwencje w genomach istot żywych, od zwierząt i roślin po bakterie. Historycznie uważano je za skamieliny lub po prostu za „śmieciowe DNA”.

Jednak dziś wiadomo, że pseudogeny pełnią funkcje regulacyjne, a niektóre mogą nawet ulegać transkrypcji na funkcjonalny RNA. Jego rola w regulacji może być realizowana przez wyciszanie lub tworzenie małych RNA lub przez zmiany w informacyjnym RNA, które kodują pewne białko.

W badaniach przeprowadzonych w ludzkim genomie oszacowano, że istnieje około 20 tysięcy pseudogenów - liczba porównywalna z sekwencjami kodującymi białka.

Niektórzy autorzy uważają, że trudno jest ustalić granicę między genem a pseudogenem, ponieważ w niektórych przypadkach brak funkcjonalności genów nie jest jasny. Obecna wiedza na temat pseudogenów jest płytka i nadal istnieje wiele pytań dotyczących tego tematu.

Indeks

  • 1 Czym są pseudogeny?
  • 2 Historia
  • 3 funkcje
  • 4 Rodzaje pseudogenów
    • 4.1 Przetworzone i nieprzetworzone
    • 4.2 Żywe geny, fantom i martwe pseudogeny
  • 5 Perspektywa ewolucyjna
  • 6 referencji

Czym są pseudogeny?

Pseudogeny są kopiami pewnych genów, które z różnych powodów mają słabe lub „uszkodzone” sekwencje.

Te uszkodzenia powstają w wyniku zmian w ramkach odczytu lub przedwczesnych kodonach stop. Pamiętasz jednak strukturalnie w kilku aspektach genu, który je wywołał.

Pseudogeny mogą znajdować się w dowolnym miejscu w genomie. Procesy retrotranspozycji mogą spowodować, że zostaną zgrupowane w sąsiedztwie ich genu paralogowego lub zostaną umieszczone w odległej lokalizacji - nawet w innym chromosomie.

Historia

DNA jest bardziej złożone niż się wydaje. Nie wszystkie części kodują białko. Oznacza to, że nie wszystkie regiony stają się informacyjnym RNA, który jest następnie tłumaczony na sekwencję aminokwasów - budulec białek.

Dzięki sekwencjonowaniu ludzkiego genomu stało się jasne, że tylko niewielka część (około 2%) koduje białka. Biolodzy natychmiast zastanawiali się nad funkcją tej ogromnej ilości DNA, która najwyraźniej była nieważna.

Przez wiele lat całe DNA, które nie kodowało białek, lub DNA niekodujące, uważano - niesłusznie - za śmieciowe DNA.

Regiony te obejmują elementy transpozycyjne, warianty strukturalne, duplikaty segmentów, powtarzające się sekwencje w tandemie, konserwatywne elementy niekodujące, niekodujący funkcjonalny RNA, elementy regulacyjne i pseudogeny.

Obecnie termin „śmieciowe DNA” został całkowicie odrzucony z literatury. Dowody wskazują, że pseudogeny uczestniczą jako elementy regulacyjne różnych funkcji komórkowych.

Pierwszy pseudogen podany w 1977 r. W DNA płazów Xenopus laevis. Od tego momentu zaczęto zgłaszać różne pseudogeny w różnych organizmach, w tym w roślinach i bakteriach.

Funkcje

Jak wspomniano, pseudogeny są dalekie od bycia nieaktywnymi kopiami innego genu. Ostatnie badania potwierdzają tezę, że pseudogeny działają jako elementy regulacyjne w genomie, modyfikując ich „kuzynów” kodujących białka.

Ponadto kilka pseudogenów może ulegać transkrypcji w RNA, a niektóre wykazują specyficzny wzorzec aktywacji każdej tkanki.

Transkrypt pseudogenu można przetwarzać w małe interferujące RNA, które regulują sekwencje kodujące przez RNAi.

Niezwykłym odkryciem było odkrycie, że pseudogeny są w stanie regulować supresory nowotworów i niektóre onkogeny, aktywując specyficzne mikroRNA.

W tym cennym odkryciu zauważono, że pseudogeny często tracą regulację podczas progresji raka.

Fakt ten uzasadnia głębsze zbadanie prawdziwego zakresu funkcji pseudogenu, lepsze zrozumienie skomplikowanej sieci regulacyjnej, w której są zaangażowani, i wykorzystanie tych informacji do celów medycznych..

Rodzaje pseudogenów

Przetworzone i nie przetworzone

Pseudogeny dzieli się na dwie szerokie kategorie: przetworzone i nieprzetworzone. Te ostatnie są podzielone na podkategorię na jednolite i zduplikowane pseudogeny.

Pseudogeny są wytwarzane przez pogorszenie genów, które powstały w wyniku duplikacji w trakcie ewolucji. Te „upośledzenia” występują w różnych procesach, takich jak mutacje punktowe, insercje, delecje lub zmiany w otwartej ramce odczytu.

Utrata produktywności lub ekspresji spowodowana wyżej wymienionymi zdarzeniami przekłada się na produkcję nieprzetworzonego pseudogenu. Te typu jednostki są pojedynczą kopią genu macierzystego, która staje się niefunkcjonalna.

Nieprzetworzone pseudogeny i duplikaty zachowują strukturę genu z intronami i eksonami. Natomiast przetworzone pseudogeny pochodzą ze zdarzeń retrotranspozycji.

Retrotranspozycja zachodzi poprzez reintegrację cDNA (komplementarny DNA, który jest odwrotną kopią transkryptu informacyjnego RNA) do pewnego obszaru genomu.

Dwuniciowa sekwencja przetwarzanego pseudogenu jest generowana przez jednoniciowy RNA generowany przez polimerazę RNA II.

Żywe geny, pseudogeny duchów i martwe

Inna klasyfikacja, zaproponowana przez Zhenga i Gersteina, klasyfikuje geny jako żywe geny, fantomy pseudogeniczne i martwe pseudogeny. Klasyfikacja ta opiera się na funkcjonalności genu oraz na „życiu” i „śmierci” tych genów.

W tej perspektywie żywe geny są genami kodującymi białka, a martwe pseudogeny są elementami w genomie, które nie są transkrybowane.

Stan pośredni składa się z pseudogenów fantomowych, które są podzielone na trzy podkategorie: pseudogeny ekstratowane, pseudogeny i umierające pseudogeny (z angielskiego Wymagany pseudogen, pigs-back pseudogene i umierający pseudogen).

Perspektywa ewolucyjna

Genomy organizmów również ewoluują, a geny mają właściwość do zmiany i powstania de novo. W tych procesach pośredniczą różne mechanizmy, w tym duplikacja genów, fuzja i rozszczepienie genów, boczny transfer genów itp..

Gdy gen zostanie zapoczątkowany, stanowi punkt wyjścia, aby siły ewolucyjne mogły działać.

Duplikacja genów wywodzi się z kopii, gdzie na ogół oryginalny gen zachowuje swoją funkcję, a kopia - która nie znajduje się pod selektywną presją utrzymania tej funkcji początkowej - może się swobodnie mutować i zmieniać funkcję.

Alternatywnie, nowy gen może mutować w taki sposób, że kończy się pseudogenem i traci swoją funkcję.

Referencje

  1. Groen, J. N., Capraro, D., i Morris, K. V. (2014). Pojawiająca się rola pseudogenu niekodującego RNA w funkcjach komórkowych. Międzynarodowe czasopismo biochemii i biologii komórki, 54, 350-355.
  2. Pink, R.C., Wicks, K., Caley, D.P., Punch, E.K., Jacobs, L. i Carter, D.R. F. (2011). Pseudogeny: pseudofunkcjonalne lub kluczowe regulatory zdrowia i choroby?. Rna, 17(5), 792-798.
  3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, W. J. i Pandolfi, P. P. (2010). Niezależna od kodu funkcja mRNA genów i pseudogenu reguluje biologię guza. Natura, 465(7301), 1033.
  4. Tutar Y. (2012). Pseudogeny. Genomika porównawcza i funkcjonalna, 2012, 424526.
  5. Zheng, D. i Gerstein, M. B. (2007). Niejednoznaczna granica między genami a pseudogenami: martwi powstają, czy też?. Trendy w genetyce, 23(5), 219-224.