PSEVDOGENI: FUNKCIJE IN VRSTE - BIOLOGIJA - 2026

V pseudogenes so povsod in zelo bogate sekvence v genomov živih organizmov, od živali in rastlin na bakterije. V preteklosti so jih obravnavali kot fosile ali preprosto kot "smeti DNK".

Vendar je danes znano, da imajo psevdogeni regulativne funkcije, nekatere pa lahko celo prepisujemo v funkcionalno RNA. Njegova vloga pri uravnavanju se lahko izvede s utišanjem ali tvorjenjem majhnih RNK ​​ali s spremembami v messengerju RNA, ki kodira določen protein.

Vir: Rcrzarg na angleški Wikipediji

V raziskavah, opravljenih na človeškem genomu, je bilo ocenjeno, da obstaja približno 20.000 psevdogenov - število, ki je primerljivo z zaporedji, ki kodirajo proteine.

Nekateri avtorji menijo, da je težko določiti mejo med genom in psevdogenom, saj ponekod nefunkcionalnost genov ni jasna. Trenutno znanje o psevdogenih je plitvo in na to temo je še veliko vprašanj.

Kaj so psevdogeni?

Psevdogeni so kopije določenih genov, ki imajo pomanjkljive ali "poškodovane" sekvence zaradi različnih vzrokov.

Te poškodbe nastanejo zaradi sprememb v bralnih okvirih ali predčasnih stop kodonov. Vendar te strukturno spominjajo na različne vidike gena, ki jih je izviral.

Psevdogene se lahko nahajajo kjerkoli v genomu. Retrotranspozicijski procesi lahko povzročijo, da se grozdijo v bližini svojega paralognega gena ali da se vstavijo na oddaljeni lokaciji - tudi na drugem kromosomu.

Zgodovina

DNK je bolj zapleten, kot se zdi. Niso vsi njeni odseki kodirani z beljakovinami. Se pravi, da se vse regije ne pretvorijo v messenger RNA, ki se nato prevede v zaporedje aminokislin - gradnikov beljakovin.

S sekvenciranjem človeškega genoma je postalo zelo jasno, da le majhen del (približno 2%) kodira beljakovine. Biologi so se takoj vprašali, kakšna je funkcija te ogromne količine DNK, ki se mu zdi nepomembna.

Dolga leta se je vsa DNK, ki ni kodirala za beljakovine ali nekodirajočo DNK, napačno štela za neželeno DNK.

Ta področja vključujejo prenosne elemente, strukturne različice, podvojene segmente, zaporedje v tandemu, ki se ponavljajo, ohranjene nekodirajoče elemente, funkcionalno nekodirajočo RNA, regulacijske elemente in psevdogene.

Danes je izraz neželena DNK popolnoma opustil iz literature. Dokazi jasno kažejo, da psevdogeni sodelujejo kot regulativni elementi različnih celičnih funkcij.

Prvi psevdogen, o katerem so poročali, je bil leta 1977 v DNK dvoživk Xenopus laevis. Od tega trenutka so začeli poročati o različnih psevdogenih v različnih organizmih, vključno z rastlinami in bakterijami.

Lastnosti

Kot smo že razpravljali, psevdogeni še zdaleč niso neaktivne kopije drugega gena. Nedavne študije podpirajo idejo, da psevdogeni delujejo kot regulacijski elementi v genomu in spreminjajo svoje "bratrance", ki kodirajo beljakovine.

Poleg tega je mogoče več psevdogenov prepisati v RNA, nekateri pa kažejo na tkivo specifičen vzorec aktivacije.

Psevdogeni transkript lahko predelamo v majhne moteče RNA, ki preko RNAi uravnavajo kodirna zaporedja.

Znatno odkritje je bilo ugotoviti, da so psevdogeni sposobni uravnavati tumorske supresorje in nekatere onkogene z aktiviranjem specifičnih mikroRNA.

Pri tej dragoceni ugotovitvi je bilo ugotovljeno, da psevdogeni med napredovanjem raka pogosto izgubijo regulacijo.

To dejstvo upravičuje nadaljnjo preiskavo resničnega obsega funkcije psevdogena, da bi dobili boljšo predstavo o zapleteni regulativni mreži, v katero so vključeni, in za uporabo teh informacij v medicinske namene.

Vrste psevdogenov

Predelano in nepredelano

Psevdogene razvrščamo v dve široki kategoriji: predelani in nepredelani. Slednje delimo v podkategorizacijo v enotne in podvojene psevdogene.

Psevdogene nastajajo s propadanjem genov, ki so nastali z podvajanjem med evolucijo. Te "okvare" se pojavljajo v različnih procesih, naj bodo to mutacije, vstavki, izbrisi ali spremembe v odprtem bralnem okviru.

Izguba produktivnosti ali izražanja zaradi zgoraj omenjenih dogodkov povzroči nastanek nepredelanega psevdogena. Ti enotnega tipa so ena sama kopija starševskega gena, ki postane nefunkcionalen.

Nepredelani psevdogeni in dvojniki ohranjajo strukturo gena z introni in eksoni. Nasprotno pa predelani psevdogeni izvirajo iz retrotranspozicijskih dogodkov.

Retrotranspozicija se pojavi z reintegracijo cDNA (komplementarne DNK, ki je obratna kopija prepisnega RNK prepisa) na določenem območju genoma.

Dvocestno zaporedje predelanega psevdogena ustvari enojna RNA, ki jo ustvari RNA polimeraza II.

Žive gene, fantomske in mrtve psevdogene

Druga razvrstitev, ki sta jo predlagala Zheng in Gerstein, uvršča gene med žive gene, psevdogene psov in mrtve psevdogene. Ta razvrstitev temelji na funkcionalnosti gena ter na "življenju" in "smrti" le-teh.

S tega vidika so živi geni geni, ki kodirajo beljakovine, mrtvi psevdogeni pa so elementi v genomu, ki se ne prepisujejo.

Vmesno stanje je sestavljeno iz fantomskih psevdogenov, ki jih razvrščamo v tri podkategorije: iztrebljeni psevdogen, psevdogen, ki se vrača v prah, in umirajoči psevdogen.

Evolucijska perspektiva

Tudi genomi organizmov se razvijajo, geni pa se lahko spreminjajo in izvirajo de novo. Različni mehanizmi posredujejo pri teh procesih, vključno z podvajanjem genov, fuzijo in fisijo gena, stranskim prenosom genov itd.

Ko gen izvira, predstavlja izhodišče za delovanje evolucijskih sil.

Podvajanje genov ustvari kopijo, kjer na splošno izvorni gen ohrani svojo funkcijo in kopija - ki ni pod selektivnim pritiskom, da bi ohranila omenjeno začetno funkcijo - lahko svobodno mutira in spreminja funkcijo.

Drugi gen lahko mutira tako, da postane psevdogen in izgubi funkcijo.

Reference

1. Groen, JN, Capraro, D., & Morris, KV (2014). Nastajajoča vloga psevdogena, ki ne kodira RNA, v celičnih funkcijah. Mednarodna revija biokemije in celične biologije, 54, 350-355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L., & Carter, DRF (2011). Psevdogeni: psevdo funkcionalni ali ključni regulatorji zdravja in bolezni ?. Rna, 17 (5), 792–798.
3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, WJ, & Pandolfi, PP (2010). Kodna neodvisna funkcija genskih in psevdogenih mRNA uravnava biologijo tumorja. Narava, 465 (7301), 1033.
4. Tutar Y. (2012). Psevdogene. Primerjalna in funkcionalna genomika, 2012, 424526.
5. Zheng, D. in Gerstein, MB (2007). Dvoumna meja med geni in psevdogeni: mrtvi vstanejo, ali ne ?. Trendi v genetiki, 23 (5), 219-224.