PSEUDOGENES: FUNKTIONER OG TYPER - BIOLOGI - 2025

De pseudogener er allestedsnærværende og helt rigelige sekvenser i genomerne af levende organismer, fra dyr og planter til bakterier. Historisk set blev de betragtet som fossiler eller blot som "junk DNA".

Imidlertid vides det i dag, at pseudogener har regulerende funktioner, og nogle kan endda transkriberes til funktionelt RNA. Dens rolle i regulering kan udføres gennem lyddæmpning eller dannelse af små RNA'er eller gennem ændringer i messenger-RNA'et, der koder for et bestemt protein.

Kilde: Rcrzarg på engelsk Wikipedia

I undersøgelser udført på det humane genom blev det estimeret, at der er omkring 20.000 pseudogener - et antal, der kan sammenlignes med de sekvenser, der koder for proteiner.

Visse forfattere finder det vanskeligt at etablere en grænse mellem et gen og en pseudogen, da generne ikke-funktionalitet ved nogle lejligheder ikke er klar. Nuværende viden om pseudogenes er lav, og der er stadig mange spørgsmål om emnet.

Hvad er pseudogener?

Pseudogener er kopier af visse gener, der har mangelfulde eller "beskadigede" sekvenser på grund af forskellige årsager.

Disse skader opstår på grund af ændringer i læserammer eller for tidlige stopkodoner. Disse minder dog strukturelt i forskellige aspekter af genet, der stammer fra dem.

Pseudogener kan findes overalt i genomet. Retrotransponeringsprocesser kan få dem til at klynge sig ved siden af ​​deres paraloge gen eller blive indsat et fjernt sted - også på et andet kromosom.

Historie

DNA er mere kompliceret, end det ser ud til. Ikke alle dele deraf er proteinkodning. Det vil sige, at ikke alle regioner omdannes til messenger-RNA, der derefter oversættes til en sekvens af aminosyrer - byggestenene til proteiner.

Med sekventeringen af ​​det humane genom blev det meget tydeligt, at kun en lille del (ca. 2%) koder for proteiner. Biologer spekulerede øjeblikkeligt på funktionen af ​​denne enorme mængde DNA, der synes at være uvæsentlig.

I mange år blev alt DNA, der ikke kodede for proteiner eller ikke-kodende DNA, - forkert - betragtet som uønsket DNA.

Disse regioner inkluderer transponerbare elementer, strukturelle varianter, duplikatsegmenter, tandem-gentagende sekvenser, konserverede ikke-kodende elementer, funktionelle ikke-kodende RNA, regulatoriske elementer og pseudogener.

I dag er udtrykket uønsket DNA faldet helt fra litteraturen. Bevis har gjort det klart, at pseudogener deltager som regulerende elementer i forskellige cellulære funktioner.

Den første rapporterede pseudogen var i 1977 i DNA fra den amfibiske Xenopus laevis. Fra det øjeblik begyndte at rapportere forskellige pseudogener i forskellige organismer, herunder planter og bakterier.

Funktioner

Som diskuteret er pseudogener meget langt fra at være inaktive kopier af et andet gen. Nylige studier understøtter ideen om, at pseudogener fungerer som regulerende elementer i genomet, og ændrer deres "fætre", der koder for proteiner.

Endvidere kan adskillige pseudogener transkriberes til RNA, og nogle viser et vævsspecifikt aktiveringsmønster.

Pseudogen-transkriptet kan behandles til små interfererende RNA'er, der regulerer de kodende sekvenser via RNAi.

En bemærkelsesværdig opdagelse var at finde, at pseudogener er i stand til at regulere tumorundertrykkere og visse onkogener ved aktivering af specifikke mikroRNA'er.

I denne værdifulde konstatering blev det bemærket, at pseudogener ofte mister deres regulering under kræftprogression.

Denne kendsgerning garanterer yderligere undersøgelse af det sande omfang af pseudogenens funktion, for at få en bedre idé om det indviklede reguleringsnetværk, hvori de er involveret, og at bruge disse oplysninger til medicinske formål.

Typer af pseudogener

Behandlet og uforarbejdet

Pseudogener er klassificeret i to brede kategorier: forarbejdet og ubearbejdet. Sidstnævnte er opdelt i en underkategorisering i enheds- og duplikatpseudogener.

Pseudogener produceres ved forringelse af gener, der stammer fra duplikering i løbet af udviklingen. Disse "funktionsnedsættelser" forekommer ved forskellige processer, det være sig punktmutationer, indsættelser, sletninger eller ændringer i den åbne læseramme.

Tab af produktivitet eller ekspression på grund af ovennævnte begivenheder resulterer i produktionen af ​​uforarbejdet pseudogen. De af enhedstypen er en enkelt kopi af et forældregen, der bliver ikke-funktionelt.

Uforarbejdede pseudogener og duplikater opretholder strukturen af ​​et gen med introner og eksoner. I modsætning hertil stammer forarbejdede pseudogener fra retrotranspositionsbegivenheder.

Retrotransposition sker ved reintegrering af et cDNA (komplementært DNA, som er en omvendt kopi af et messenger-RNA-transkript) i et bestemt område i genomet.

Den dobbeltstrengede sekvens af den forarbejdede pseudogen genereres af en enkeltstrenget RNA genereret af RNA-polymerase II.

Levende gener, fantom og døde pseudogener

En anden klassificering, foreslået af Zheng og Gerstein, klassificerer gener som levende gener, spøgelsespseudogener og døde pseudogener. Denne klassificering er baseret på genets funktionalitet og på "liv" og "død" af disse.

Fra dette perspektiv er levende gener de gener, der koder for proteiner, og døde pseudogener er elementer i genomet, som ikke transkriberes.

En mellemtilstand består af fantompseudogener, der er klassificeret i tre underkategorier: udfanget pseudogen, piggy-back-pseudogen og døende pseudogen.

Evolutionsperspektiv

Organismernes genom udvikler sig også, og gener har egenskaben til at ændre sig og stammer fra novo. Forskellige mekanismer formidler disse processer, blandt dem er gentuplikation, genfusion og fission, lateral genoverførsel osv.

Når et gen har sin oprindelse, repræsenterer det et udgangspunkt for evolutionære kræfter til at handle.

Genduplikation producerer en kopi, hvor det oprindelige gen generelt beholder sin funktion, og kopien - som ikke er under selektivt pres for at opretholde den oprindelige funktion - frit kan mutere og ændre funktion.

Alternativt kan det nye gen mutere på en sådan måde, at det ender med at blive en pseudogen og mister sin funktion.

Referencer

1. Groen, JN, Capraro, D., & Morris, KV (2014). Den fremtrædende rolle af pseudogen udtrykte ikke-kodende RNA'er i cellulære funktioner. Det internationale tidsskrift for biokemi & cellebiologi, 54, 350-355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L., & Carter, DRF (2011). Pseudogenes: pseudo-funktionelle eller nøgleregulatorer inden for sundhed og sygdom ?. Rna, 17 (5), 792-798.
3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, WJ, & Pandolfi, PP (2010). En kodende uafhængig funktion af gen- og pseudogen-mRNA'er regulerer tumorbiologi. Nature, 465 (7301), 1033.
4. Tutar Y. (2012). Pseudogener. Sammenlignende og funktionel genomik, 2012, 424526.
5. Zheng, D., & Gerstein, MB (2007). Den tvetydige grænse mellem gener og pseudogener: de døde rejser sig, eller gør de det? Trends in Genetics, 23 (5), 219-224.