PSEUDOGENY: FUNKCJE I TYPY - BIOLOGIA - 2026

W pseudogeny są powszechnie występującymi i bardzo liczne sekwencje genomów organizmów żywych, zwierząt i roślin, na bakterie. Historycznie uważano je za skamieniałości lub po prostu za „śmieciowe DNA”.

Jednak obecnie wiadomo, że pseudogeny pełnią funkcje regulacyjne, a niektóre z nich można nawet przepisać na funkcjonalne RNA. Jego rolę w regulacji można zrealizować poprzez wyciszanie lub tworzenie małych RNA lub poprzez zmiany w informacyjnym RNA, który koduje określone białko.

Źródło: Rcrzarg w angielskiej Wikipedii

W badaniach nad ludzkim genomem oszacowano, że istnieje około 20 000 pseudogenów - liczba porównywalna z sekwencjami kodującymi białka.

Niektórzy autorzy uważają, że trudno jest ustalić granicę między genem a pseudogenem, ponieważ w niektórych przypadkach niefunkcjonalność genów nie jest jasna. Obecna wiedza na temat pseudogenów jest niewielka i nadal istnieje wiele pytań na ten temat.

Co to są pseudogeny?

Pseudogeny to kopie pewnych genów, które mają niepełne lub „uszkodzone” sekwencje z różnych przyczyn.

Te uszkodzenia powstają z powodu zmian w ramkach odczytu lub przedwczesnych kodonów stop. Jednak strukturalnie przypominają one różne aspekty genu, który je zapoczątkował.

Pseudogeny mogą znajdować się w dowolnym miejscu genomu. Procesy retrotranspozycji mogą powodować ich skupianie się w sąsiedztwie genu paralogu lub wstawianie w odległym miejscu - nawet na innym chromosomie.

Historia

DNA jest bardziej złożone, niż się wydaje. Nie wszystkie jego sekcje kodują białka. Oznacza to, że nie wszystkie regiony są przekształcane w informacyjny RNA, który jest następnie tłumaczony na sekwencję aminokwasów - cegiełek budulcowych białek.

Po sekwencjonowaniu ludzkiego genomu stało się bardzo jasne, że tylko niewielka część (około 2%) koduje białka. Biolodzy natychmiast zastanawiali się nad funkcją tej ogromnej ilości DNA, która wydaje się nieistotna.

Przez wiele lat całe DNA, które nie koduje białek lub nie koduje DNA, było - niesłusznie - uważane za śmieciowe.

Regiony te obejmują elementy zdolne do transpozycji, warianty strukturalne, zduplikowane segmenty, tandemowe powtarzające się sekwencje, konserwowane niekodujące elementy, funkcjonalne niekodujące RNA, elementy regulatorowe i pseudogeny.

Dzisiaj termin śmieciowe DNA został całkowicie usunięty z literatury. Dowody jasno wskazują, że pseudogeny uczestniczą jako elementy regulacyjne różnych funkcji komórkowych.

Pierwszy odnotowany pseudogen pojawił się w 1977 roku w DNA płazów Xenopus laevis. Od tego momentu zaczęto zgłaszać różne pseudogeny w różnych organizmach, w tym roślinach i bakteriach.

cechy

Jak omówiono, pseudogeny są dalekie od bycia nieaktywnymi kopiami innego genu. Niedawne badania potwierdzają tezę, że pseudogeny działają jako elementy regulatorowe w genomie, modyfikując swoich „kuzynów” kodujących białka.

Ponadto kilka pseudogenów można transkrybować do RNA, a niektóre wykazują specyficzny dla tkanki wzór aktywacji.

Transkrypt pseudogenu może być przetwarzany na małe interferujące RNA, które regulują sekwencje kodujące poprzez RNAi.

Godnym uwagi odkryciem było stwierdzenie, że pseudogeny są w stanie regulować supresory nowotworów i niektóre onkogeny poprzez aktywację określonych mikroRNA.

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

Fakt ten uzasadnia dalsze badanie prawdziwego zakresu funkcji pseudogenu, aby uzyskać lepsze wyobrażenie o zawiłej sieci regulacyjnej, w którą są one zaangażowane, i wykorzystać te informacje do celów medycznych.

Rodzaje pseudogenów

Przetworzone i nieprzetworzone

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

Pseudogeny powstają w wyniku degradacji genów, które powstały w wyniku duplikacji w toku ewolucji. Te „upośledzenia” pojawiają się w wyniku różnych procesów, czy to mutacji punktowych, insercji, delecji czy zmian w otwartej ramce odczytu.

Utrata produktywności lub ekspresji w wyniku wyżej wymienionych zdarzeń skutkuje powstaniem nieprzetworzonego pseudogenu. Te typu unitarnego są pojedynczą kopią genu rodzicielskiego, który przestaje działać.

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

Retrotranspozycja zachodzi poprzez ponowną integrację cDNA (komplementarnego DNA, będącego odwrotną kopią informacyjnego transkryptu RNA) w określonym obszarze genomu.

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

Żywe geny, fantomy i martwe pseudogeny

Inna klasyfikacja, zaproponowana przez Zhenga i Gersteina, klasyfikuje geny jako żywe geny, pseudogeny duchów i martwe pseudogeny. Klasyfikacja ta oparta jest na funkcjonalności genu oraz na jego „życiu” i „śmierci”.

Z tej perspektywy żywe geny to geny kodujące białka, a martwe pseudogeny to elementy genomu, które nie podlegają transkrypcji.

Stan pośredni składa się z fantomowych pseudogenów, które są podzielone na trzy podkategorie: eksapowany pseudogen, pseudogen piggy-back i umierający pseudogen.

Perspektywa ewolucyjna

Genomy organizmów również ewoluują, a geny mają właściwość zmiany i powstawania de novo. W tych procesach pośredniczą różne mechanizmy, między innymi duplikacja genów, fuzja i rozszczepienie genów, boczny transfer genów itp.

Powstały gen stanowi punkt wyjścia do działania sił ewolucyjnych.

Duplikacja genów tworzy kopię, w której na ogół oryginalny gen zachowuje swoją funkcję, a kopia - która nie jest poddawana presji selekcyjnej, aby zachować tę początkową funkcję - może swobodnie mutować i zmieniać funkcję.

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

Bibliografia

1. Groen, JN, Capraro, D. i Morris, KV (2014). Pojawiająca się rola niekodujących RNA z ekspresją pseudogenów w funkcjach komórkowych. Międzynarodowe czasopismo biochemii i biologii komórki, 54, 350-355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L. i Carter, DRF (2011). Pseudogeny: pseudo-funkcjonalne czy kluczowe regulatory w zdrowiu i chorobie? Rna, 17 (5), 792–798.
3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, WJ, & Pandolfi, PP (2010). Niezależna od kodowania funkcja genów i pseudogenów mRNA reguluje biologię guza. Naturę, 465 (7301), 1033.
4. Tutar Y. (2012). Pseudogenes. Genomika porównawcza i funkcjonalna, 2012, 424526.
5. Zheng, D. i Gerstein, MB (2007). Niejednoznaczna granica między genami a pseudogenami: umarli powstają, czy tak? Trends in Genetics, 23 (5), 219-224.