ПСЕВДОГЕНЫ: ФУНКЦИИ И ТИПЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

В псевдогенах являются повсеместно и довольно многочисленными последовательностями в геномах живых организмов, от животных и растений к бактериям. Исторически они считались окаменелостями или просто «мусорной ДНК».

Однако сегодня известно, что псевдогены выполняют регуляторные функции, и некоторые из них даже могут транскрибироваться в функциональную РНК. Его роль в регуляции может осуществляться посредством подавления или образования малых РНК или посредством изменений в информационной РНК, которая кодирует определенный белок.

Источник: Rcrzarg в английской Википедии.

В исследованиях, проведенных на геноме человека, было подсчитано, что существует около 20000 псевдогенов - число, сопоставимое с последовательностями, кодирующими белки.

Некоторые авторы считают трудным установить границу между геном и псевдогеном, поскольку в некоторых случаях нефункциональность генов не ясна. Текущие знания о псевдогенах поверхностны, и по этому поводу все еще остается много вопросов.

Что такое псевдогены?

Псевдогены - это копии определенных генов, которые имеют дефектные или «поврежденные» последовательности по разным причинам.

Эти повреждения происходят из-за изменений рамок считывания или преждевременных стоп-кодонов. Тем не менее, они структурно напоминают по различным аспектам ген, который их породил.

Псевдогены могут находиться в любом месте генома. Процессы ретротранспозиции могут вызвать их кластеризацию рядом с их геном-паралогом или встраивание в отдаленное место - даже на другую хромосому.

История

ДНК сложнее, чем кажется. Не все его разделы кодируют белки. То есть не все области превращаются в информационную РНК, которая затем транслируется в последовательность аминокислот - строительных блоков белков.

С секвенированием генома человека стало очень ясно, что только небольшая часть (около 2%) кодирует белки. Биологи сразу же задались вопросом о функции этого огромного количества ДНК, которая кажется неважной.

В течение многих лет вся ДНК, которая не кодировала белки или некодирующую ДНК, ошибочно считалась мусорной ДНК.

Эти области включают в себя мобильные элементы, структурные варианты, повторяющиеся сегменты, тандемные повторяющиеся последовательности, консервативные некодирующие элементы, функциональную некодирующую РНК, регуляторные элементы и псевдогены.

Сегодня термин «мусорная ДНК» полностью исключен из литературы. Факты ясно показали, что псевдогены участвуют в качестве регулирующих элементов различных клеточных функций.

Первый псевдоген был обнаружен в 1977 г. в ДНК амфибии Xenopus laevis. С этого момента начали появляться сообщения о различных псевдогенах у разных организмов, включая растения и бактерии.

Характеристики

Как уже говорилось, псевдогены очень далеки от неактивных копий другого гена. Недавние исследования подтверждают идею о том, что псевдогены действуют как регуляторные элементы в геноме, изменяя своих «кузенов», кодирующих белки.

Кроме того, некоторые псевдогены могут транскрибироваться в РНК, и некоторые из них демонстрируют тканеспецифический паттерн активации.

Транскрипт псевдогена может быть преобразован в небольшие интерферирующие РНК, которые регулируют кодирующие последовательности через РНКи.

Заметным открытием стало открытие, что псевдогены способны регулировать супрессоры опухолей и определенные онкогены посредством активации определенных микроРНК.

В этом ценном открытии было отмечено, что псевдогены часто теряют свою регуляцию во время прогрессирования рака.

Этот факт требует дальнейшего изучения истинных масштабов функции псевдогена, чтобы получить лучшее представление о сложной регуляторной сети, в которую они вовлечены, и использовать эту информацию в медицинских целях.

Типы псевдогенов

Обработанные и необработанные

Псевдогены подразделяются на две большие категории: обработанные и необработанные. Последние делятся на подкатегории на единичные и дублирующие псевдогены.

Псевдогены возникают в результате разрушения генов, возникших в результате дупликации в ходе эволюции. Эти «нарушения» возникают в результате различных процессов, будь то точечные мутации, вставки, делеции или изменения в открытой рамке считывания.

Потеря продуктивности или экспрессии из-за вышеупомянутых событий приводит к образованию необработанного псевдогена. Гены унитарного типа представляют собой единственную копию родительского гена, который становится нефункциональным.

Необработанные псевдогены и дубликаты поддерживают структуру гена с интронами и экзонами. Напротив, обработанные псевдогены происходят из событий ретротранспозиции.

Ретротранспозиция происходит путем реинтеграции кДНК (комплементарной ДНК, которая является обратной копией транскрипта информационной РНК) в определенной области генома.

Двухцепочечная последовательность процессированного псевдогена генерируется одноцепочечной РНК, генерируемой РНК-полимеразой II.

Живые гены, фантомы и мертвые псевдогены

Другая классификация, предложенная Чжэном и Герштейном, классифицирует гены как живые гены, призрачные псевдогены и мертвые псевдогены. Эта классификация основана на функциональности гена, а также на его «жизни» и «смерти».

С этой точки зрения живые гены - это гены, кодирующие белки, а мертвые псевдогены - это элементы в геноме, которые не транскрибируются.

Промежуточное состояние состоит из фантомных псевдогенов, которые подразделяются на три подкатегории: эксапированный псевдоген, псевдоген с дополнительными характеристиками и умирающий псевдоген.

Эволюционная перспектива

Геномы организмов также развиваются, и гены имеют свойство изменяться и возникать de novo. Эти процессы опосредуют различные механизмы, в том числе дупликация генов, слияние и деление генов, латеральный перенос генов и т. Д.

Как только ген возникает, он представляет собой отправную точку для действий эволюционных сил.

Дублирование гена создает копию, в которой, как правило, исходный ген сохраняет свою функцию, а копия - которая не подвергается избирательному давлению для поддержания указанной исходной функции - может свободно мутировать и изменять функцию.

С другой стороны, новый ген может мутировать таким образом, что в конечном итоге он станет псевдогеном и потеряет свою функцию.

Ссылки

1. Гроен, Дж. Н., Капраро, Д., и Моррис, К. В. (2014). Возникающая роль экспрессируемых псевдогеном некодирующих РНК в клеточных функциях. Международный журнал биохимии и клеточной биологии, 54, 350-355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L., & Carter, DRF (2011). Псевдогены: псевдофункциональные или ключевые регуляторы здоровья и болезней? РНА, 17 (5), 792-798.
3. Полисено, Л., Салмена, Л., Чжан, Дж., Карвер, Б., Хавеман, В. Дж., И Пандольфи, П. П. (2010). Независимая от кодирования функция мРНК генов и псевдогенов регулирует биологию опухоли. Природа, 465 (7301), 1033.
4. Тутар Ю. (2012). Псевдогены. Сравнительная и функциональная геномика, 2012, 424526.
5. Чжэн Д. и Герштейн МБ (2007). Неоднозначная граница между генами и псевдогенами: мертвые воскреснут или нет? Тенденции в генетике, 23 (5), 219-224.