Ψευδογενείς λειτουργίες και τύποι



Το ψευδογόνα είναι πανταχού παρόντες και αρκετά άφθονες αλληλουχίες στα γονιδιώματα των ζωντανών όντων, από τα ζώα και τα φυτά έως τα βακτηρίδια. Ιστορικά θεωρούνταν απολιθώματα ή απλά ως "σκουπίδια DNA".

Ωστόσο, σήμερα είναι γνωστό ότι τα ψευδογόνα έχουν ρυθμιστικές λειτουργίες και μερικά μπορούν ακόμη να μεταγραφούν σε λειτουργικό RNA. Ο ρόλος της στη ρύθμιση μπορεί να πραγματοποιηθεί με σιγή ή τον σχηματισμό μικρών RNA ή με μεταβολές στο αγγελιοφόρο RNA που κωδικοποιεί μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη.

Σε μελέτες που διεξήχθησαν στο ανθρώπινο γονιδίωμα, εκτιμάται ότι υπάρχουν περίπου 20 χιλιάδες ψευδογόνα - ένας αριθμός συγκρίσιμος με τις αλληλουχίες που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες.

Ορισμένοι συγγραφείς θεωρούν ότι είναι δύσκολο να καθοριστεί ένα όριο μεταξύ ενός γονιδίου και ενός ψευδογόνου, δεδομένου ότι σε ορισμένες περιπτώσεις η μη λειτουργικότητα των γονιδίων δεν είναι σαφής. Η σημερινή γνώση των ψευδογενών είναι ρηχή και εξακολουθούν να υπάρχουν πολλές ερωτήσεις σχετικά με το θέμα.

Ευρετήριο

  • 1 Τι είναι τα ψευδογόνα?
  • 2 Ιστορία
  • 3 Λειτουργίες
  • 4 Τύποι ψευδογόνων
    • 4.1 Επεξεργασμένο και μη επεξεργασμένο
    • 4.2 Ζωντανά γονίδια, φαντασματικά και νεκρά ψευδογόνα
  • 5 Εξέλιξη της προοπτικής
  • 6 Αναφορές

Τι είναι τα ψευδογόνα?

Τα ψευδογόνα είναι αντίγραφα ορισμένων γονιδίων που έχουν ανεπαρκή ή "κατεστραμμένα" αλληλουχίες, για διάφορους λόγους.

Αυτές οι βλάβες οφείλονται σε αλλαγές στα πλαίσια ανάγνωσης ή στα πρόωρα κωδικόνια τερματισμού. Ωστόσο, θυμάστε τη δομική άποψη σε διάφορες πτυχές του γονιδίου που τις προκάλεσε.

Τα ψευδογόνα μπορούν να εντοπιστούν οπουδήποτε στο γονιδίωμα. Οι διεργασίες ρετρομεταφοράς μπορεί να τους οδηγήσουν να ομαδοποιηθούν δίπλα στο γονίδιο paralog τους ή να εισαχθούν σε μια μακρινή θέση - ακόμα και σε ένα άλλο χρωμόσωμα.

Ιστορία

Το DNA είναι πιο σύνθετο από ό, τι φαίνεται. Δεν είναι όλα τα τμήματα του κώδικα της πρωτεΐνης. Δηλαδή, δεν είναι όλες οι περιοχές να γίνουν αγγελιαφόρα RNA, το οποίο στη συνέχεια μεταφράζεται σε μια σειρά αμινοξέων - τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών.

Με την αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος, έγινε πολύ σαφές ότι μόνο ένα μικρό τμήμα (περίπου 2%) κωδικοποιεί τις πρωτεΐνες. Αμέσως οι βιολόγοι αναρωτήθηκαν τη λειτουργία αυτής της τεράστιας ποσότητας DNA, η οποία, προφανώς, ήταν ασήμαντη.

Για πολλά χρόνια, όλα τα DNA που δεν κωδικοποιούσαν τις πρωτεΐνες ή το μη-κωδικοποιητικό ϋΝΑ, θεωρήθηκαν - λανθασμένα - ως σκουπίδια DNA.

Αυτές οι περιοχές περιλαμβάνουν μεταθετά στοιχεία, δομικές παραλλαγές, αντιγραφεί τμήματα, διαδοχικά επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών, συντηρημένες μη-κωδικοποίησης στοιχείων, λειτουργική μη-κωδικοποίησης ΚΝΑ, ρυθμιστικά στοιχεία, και ψευδογονίδια.

Σήμερα, ο όρος λανθασμένο DNA έχει απορριφθεί από τη βιβλιογραφία. Τα στοιχεία κατέστησαν σαφές ότι τα ψευδογόνα συμμετέχουν ως ρυθμιστικά στοιχεία διαφορετικών κυτταρικών λειτουργιών.

Το πρώτο ψευδογόνο που αναφέρθηκε ήταν το έτος 1977 στο DNA των αμφιβίων Xenopus laevis. Από εκείνη τη στιγμή, άρχισαν να αναφέρονται διαφορετικά ψευδογόνα, σε διαφορετικούς οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων φυτών και βακτηρίων.

Λειτουργίες

Όπως αναφέρθηκε, τα ψευδογόνα απέχουν πολύ από το να είναι ανενεργά αντίγραφα ενός άλλου γονιδίου. Πρόσφατες μελέτες υποστηρίζουν την ιδέα ότι τα ψευδογόνα δρουν ως ρυθμιστικά στοιχεία στο γονιδίωμα, τροποποιώντας τους "ξαδέλφους" τους που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες.

Επιπλέον, αρκετά ψευδογόνα μπορούν να μεταγραφούν στο RNA, και μερικά δείχνουν ένα συγκεκριμένο σχέδιο ενεργοποίησης κάθε ιστού.

Η μεταγραφή του ψευδογόνου μπορεί να υποστεί επεξεργασία σε μικρά παρεμβαλλόμενα RNAs που ρυθμίζουν τις κωδικοποιητικές αλληλουχίες μέσω RNAi.

Ένα αξιοσημείωτο εύρημα ήταν ότι ψευδογονίδια είναι σε θέση να ρυθμίζουν καταστολείς όγκων και ογκογονίδια ορισμένων, μέσω της ενεργοποίησης των συγκεκριμένων microRNAs.

Σε αυτό το πολύτιμο εύρημα σημειώθηκε ότι τα ψευδογόνα συχνά χάνουν τη ρύθμισή τους κατά την πρόοδο του καρκίνου.

Αυτό δικαιολογεί περαιτέρω έρευνα σχετικά με την πραγματική έκταση της λειτουργίας ψευδογονίδιο, για να πάρετε μια καλύτερη ιδέα για το περίπλοκο κανονιστικό δικτύου που εμπλέκονται, και να χρησιμοποιούν τις πληροφορίες αυτές για ιατρικούς σκοπούς.

Τύποι ψευδογόνων

Επεξεργασμένο και μη επεξεργασμένο

Τα ψευδογόνα ταξινομούνται σε δύο μεγάλες κατηγορίες: επεξεργασμένες και μη επεξεργασμένες. Οι τελευταίες διαιρούνται σε μια υποκατηγορία σε ενιαία και διπλά ψευδογόνα.

Τα ψευδογόνα παράγονται από την επιδείνωση των γονιδίων που προέρχονται από την επανάληψη κατά τη διάρκεια της εξέλιξης. Αυτές οι "βλάβες" προκύπτουν από διαφορετικές διαδικασίες, είτε σημειακές μεταλλάξεις, παρεμβολές, διαγραφές ή αλλαγές στο ανοικτό πλαίσιο ανάγνωσης.

Η απώλεια παραγωγικότητας ή έκφρασης λόγω των προαναφερθέντων γεγονότων μεταφράζεται στην παραγωγή μη επεξεργασμένου ψευδογόνου. Αυτά του τύπου μονάδας είναι ένα μόνο αντίγραφο γονικού γονιδίου που καθίσταται μη λειτουργικό.

Τα μη επεξεργασμένα ψευδογόνα και τα αντίγραφα διατηρούν τη δομή ενός γονιδίου, με τα ιντρόνια και τα εξόνια. Αντίθετα, τα επεξεργασμένα ψευδογόνα προέρχονται από συμβάντα ρετρομεταφοράς.

Ρετρομετάθεση λαμβάνει χώρα με την επανένταξη ενός cDNA (συμπληρωματικό DNA το οποίο είναι ένα αντίγραφο ενός αντίστροφης μεταγραφής mRNA) σε μια ορισμένη περιοχή του γονιδιώματος.

Η δίκλωνη αλληλουχία του επεξεργασμένου ψευδογονιδίου παράγεται από ένα μονόκλωνο RNA που παράγεται από την RNA πολυμεράση II.

Ζώντα γονίδια, ψευδογενείς φάντασμα και νεκροί

Μια άλλη ταξινόμηση, που προτείνεται από τους Zheng και Gerstein, ταξινομεί τα γονίδια ως ζωντανά γονίδια, ψευδογόνα φαντάσματα και νεκρά ψευδογόνα. Η ταξινόμηση αυτή βασίζεται στη λειτουργικότητα του γονιδίου και στη «ζωή» και «θάνατο» αυτών.

Υπό αυτή την προοπτική, τα ζωντανά γονίδια είναι τα γονίδια που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες και τα νεκρά ψευδογόνα είναι στοιχεία στο γονιδίωμα που δεν μεταγράφονται.

Μια ενδιάμεση κατάσταση αποτελείται από φαντάσματα ψευδογονίδια, οι οποίες ταξινομούνται σε τρεις υποκατηγορίες: Ι ψευδογονίδιο exaptado, ψευδογονίδιο στη ρυμούλκηση και πεθαίνουν ψευδογονίδιο (αγγλικά το ψευδογενές, το ψευδογενές και το πέμπτο ψευδογενές).

Εξέλιξη της προοπτικής

Τα γονιδιώματα των οργανισμών εξελίσσονται επίσης και τα γονίδια έχουν την ιδιότητα να αλλάζουν και να προέρχονται de novo. Διαφορετικοί μηχανισμοί μεσολαβούν σε αυτές τις διεργασίες, μεταξύ των οποίων είναι η επανάληψη γονιδίων, η σύντηξη και η σχάση γονιδίων, η πλευρική μεταφορά γονιδίων κλπ..

Μόλις δημιουργηθεί ένα γονίδιο, αντιπροσωπεύει ένα σημείο εκκίνησης έτσι ώστε οι εξελικτικές δυνάμεις να μπορούν να δράσουν.

Gene επικάλυψη προκύπτει όταν το πρωτότυπο αντίγραφο γονιδίου διατηρεί γενικά τη λειτουργία της και αντιγραφή - όχι κάτω από επιλεκτική πίεση για τη διατήρηση της εν λόγω αρχικής λειτουργίας - μπορεί να μεταλλαχθεί και τη λειτουργία αλλαγής ελεύθερα.

Εναλλακτικά, το νέο γονίδιο μπορεί να μεταλλαχθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να καταλήξει να είναι ψευδογενές και να χάσει τη λειτουργία του.

Αναφορές

  1. Groen, J. Ν., Capraro, D., & Morris, Κ. Ν. (2014). Ο αναδυόμενος ρόλος των μη-κωδικοποιητικών RNAs ψευδογενών σε κυτταρικές λειτουργίες. Το διεθνές περιοδικό βιοχημείας και κυτταρικής βιολογίας, 54, 350-355.
  2. Pink, R.C., Wicks, Κ., Caley, D.P., Punch, Ε.Κ., Jacobs, L. & Carter, D.R.F. (2011). Ψευδογενείς: ψευδο-λειτουργικές ή βασικές ρυθμιστικές αρχές για την υγεία και τις ασθένειες?. Rna, 17(5), 792-798.
  3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, Β., Haveman, W. J. & Pandolfi, Ρ. (2010). Μια ανεξάρτητη από τον κώδικα λειτουργία του γονιδίου και των ψευδογενών mRNAs ρυθμίζει τη βιολογία του όγκου. Φύση, 465(7301), 1033.
  4. Tutar Y. (2012). Ψευδογενείς. Συγκριτική και λειτουργική γονιδιωματική, 2012, 424526.
  5. Zheng, D., & Gerstein, Μ. Β. (2007). Το διφορούμενο όριο μεταξύ των γονιδίων και των ψευδογόνων: οι νεκροί ανεβαίνουν ή κάνουν?. Τάσεις στην Γενετική, 23(5), 219-224.