PSEUDOGENES: FUNKSJONER OG TYPER - BIOLOGI - 2025

De pseudo er allestedsnærværende og ganske rikelig sekvenser i genomet til levende organismer, fra dyr og planter til bakterier. Historisk sett ble de betraktet som fossiler eller bare som "søppel-DNA".

Imidlertid er det i dag kjent at pseudogener har reguleringsfunksjoner, og noen kan til og med bli transkribert til funksjonelt RNA. Dens rolle i regulering kan utføres gjennom lyddemping eller dannelse av små RNA eller gjennom endringer i messenger-RNA som koder for et visst protein.

Kilde: Rcrzarg på engelsk Wikipedia

I studier utført på det humane genomet, har det blitt estimert at det er rundt 20 000 pseudogener - et tall som kan sammenlignes med sekvensene som koder for proteiner.

Enkelte forfattere anser det som vanskelig å etablere en grense mellom et gen og et pseudogen, ettersom gener ved ikke noen ganger er ikke-funksjonaliteten. Nåværende kunnskap om pseudogenes er grunt og det er fortsatt mange spørsmål om emnet.

Hva er pseudogener?

Pseudogenes er kopier av visse gener som har mangelfulle eller "skadede" sekvenser, på grunn av forskjellige årsaker.

Disse skadene oppstår på grunn av endringer i leserammer eller for tidlige stoppkodoner. Imidlertid minner disse strukturelt om forskjellige aspekter av genet som oppsto dem.

Pseudogenes kan være plassert hvor som helst i genomet. Retrotransposisjonsprosesser kan føre til at de klynger seg inntil paraloggenet deres, eller blir satt inn på et fjernt sted - selv på et annet kromosom.

Historie

DNA er mer sammensatt enn det ser ut til. Ikke alle deler av den er proteinkoding. Det vil si at ikke alle regioner blir omdannet til messenger RNA, som deretter blir oversatt til en sekvens av aminosyrer - byggesteinene til proteiner.

Med sekvenseringen av det menneskelige genom ble det veldig tydelig at bare en liten del (ca. 2%) koder for proteiner. Biologer lurte øyeblikkelig på funksjonen til denne enorme mengden DNA som ser ut til å være uviktig.

I mange år ble alt DNA som ikke kode for proteiner, eller ikke-kodende DNA, - feilaktig betraktet som søppel-DNA.

Disse regionene inkluderer transponerbare elementer, strukturelle varianter, dupliserte segmenter, repeterende tandemsekvenser, konserverte ikke-kodende elementer, funksjonelle ikke-kodende RNA, regulatoriske elementer og pseudogener.

I dag har begrepet søppel-DNA blitt helt droppet fra litteraturen. Bevis har gjort det klart at pseudogener deltar som regulatoriske elementer i forskjellige cellefunksjoner.

Den første rapporterte pseudogenen var i 1977 i DNA fra amfibien Xenopus laevis. Fra det øyeblikket begynte forskjellige pseudogener å bli rapportert, i forskjellige organismer, inkludert planter og bakterier.

Egenskaper

Som diskutert, er pseudogener veldig langt fra å være inaktive kopier av et annet gen. Nyere studier støtter ideen om at pseudogener fungerer som regulatoriske elementer i genomet, og modifiserer sine "kusiner" som koder for proteiner.

Videre kan flere pseudogener bli transkribert til RNA, og noen viser et vevspesifikt aktiveringsmønster.

Pseudogen-transkriptet kan behandles til små forstyrrende RNA som regulerer de kodende sekvensene via RNAi.

Et bemerkelsesverdig funn var å finne at pseudogener er i stand til å regulere tumorundertrykkere og visse onkogener, gjennom aktivering av spesifikke mikroRNA.

I dette verdifulle funnet ble det bemerket at pseudogener ofte mister sin regulering under kreftutvikling.

Dette faktum garanterer videre undersøkelse av det virkelige omfanget av pseudogenens funksjon, for å få en bedre oversikt over det kompliserte reguleringsnettverket de er involvert i, og å bruke denne informasjonen til medisinske formål.

Typer pseudogener

Behandlet og ubearbeidet

Pseudogener er klassifisert i to brede kategorier: behandlet og ubearbeidet. Sistnevnte er delt inn i en underkategorisering i enhets- og duplikatpseudogener.

Pseudogener produseres ved forverring av gener som oppsto ved duplisering i løpet av evolusjonen. Disse "svekkelsene" skjer ved forskjellige prosesser, det være seg poengmutasjoner, innsettinger, slettinger eller endringer i den åpne leserammen.

Tap av produktivitet eller uttrykk på grunn av de nevnte hendelser resulterer i produksjon av uprosessert pseudogen. De av den enhetlige typen er en enkelt kopi av et foreldregen som blir ikke-funksjonelt.

Ubearbeidede pseudogener og duplikater opprettholder strukturen til et gen, med introner og eksoner. I kontrast stammer prosesserte pseudogener fra retrotransposisjonshendelser.

Retrotransposisjon skjer ved reintegrering av et cDNA (komplementært DNA, som er en omvendt kopi av et messenger-RNA-transkript) i et bestemt område av genomet.

Den dobbeltstrengede sekvensen til det bearbeidede pseudogenet genereres av et enkeltstrenget RNA generert av RNA-polymerase II.

Levende gener, fantom og døde pseudogener

En annen klassifisering, foreslått av Zheng og Gerstein, klassifiserer gener som levende gener, spøkelsespseudogener og døde pseudogener. Denne klassifiseringen er basert på funksjonaliteten til genet, og på "livet" og "døden" av disse.

Fra dette perspektivet er levende gener gener som koder for proteiner, og døde pseudogener er elementer i genomet som ikke blir transkribert.

En mellomtilstand består av fantompseudogener, som er klassifisert i tre underkategorier: utvunnet pseudogen, piggy-back pseudogen og døende pseudogen.

Evolusjonære perspektiv

Genene til organismer utvikler seg også, og gener har egenskapen til å endre seg og kommer fra de novo. Ulike mekanismer formidler disse prosessene, blant dem er gentuplikasjon, genfusjon og fisjon, lateral genoverføring, etc.

Når et gen oppstår, representerer det et utgangspunkt for evolusjonære krefter til å handle.

Genduplisering produserer en kopi der det opprinnelige genet generelt beholder sin funksjon og kopien - som ikke er under selektivt press for å opprettholde nevnte startfunksjon - fritt kan mutere og endre funksjon.

Alternativt kan det nye genet mutere på en slik måte at det ender med å bli et pseudogen og mister sin funksjon.

referanser

1. Groen, JN, Capraro, D., & Morris, KV (2014). Den nye rollen til pseudogen uttrykte ikke-kodende RNAer i cellulære funksjoner. Det internasjonale tidsskriftet for biokjemi og cellebiologi, 54, 350-355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L., & Carter, DRF (2011). Pseudogenes: pseudo-funksjonelle eller viktige regulatorer for helse og sykdom ?. Rna, 17 (5), 792-798.
3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, WJ, & Pandolfi, PP (2010). En kodingsuavhengig funksjon av gen- og pseudogen-mRNA-er regulerer tumorbiologi. Nature, 465 (7301), 1033.
4. Tutar Y. (2012). Pseudogener. Sammenlignende og funksjonell genomikk, 2012, 424526.
5. Zheng, D., & Gerstein, MB (2007). Den tvetydige grensen mellom gener og pseudogener: de døde reiser seg, eller gjør de det ?. Trends in Genetics, 23 (5), 219-224.