PSEUDOGENES: FUNKTIONER OCH TYPER - BIOLOGI - 2025

De pseudo är allestädes närvarande och ganska rikligt sekvenser i genomen hos levande organismer, från djur och växter till bakterier. Historiskt betraktades de som fossil eller helt enkelt som "skräp-DNA".

I dag är det emellertid känt att pseudogener har reglerande funktioner, och vissa kan till och med transkriberas till funktionellt RNA. Dess roll i reglering kan utföras genom tystnad eller bildning av små RNA eller genom förändringar i messenger-RNA som kodar för ett visst protein.

Källa: Rcrzarg på engelska Wikipedia

I studier genomförda på det mänskliga genomet har det uppskattats att det finns cirka 20 000 pseudogener - ett antal som är jämförbart med de sekvenser som kodar för proteiner.

Vissa författare anser att det är svårt att upprätta en gräns mellan en gen och en pseudogen, eftersom gener inte är funktionssatta vid vissa tillfällen. Nuvarande kunskap om pseudogener är grunt och det finns fortfarande många frågor om ämnet.

Vad är pseudogener?

Pseudogener är kopior av vissa gener som har bristfälliga eller "skadade" sekvenser på grund av olika orsaker.

Dessa skador uppstår på grund av förändringar i läsramar eller för tidiga stoppkodoner. Dessa påminner dock strukturellt i olika aspekter av genen som har sitt ursprung.

Pseudogener kan lokaliseras var som helst i genomet. Retrotranspositioner kan leda till att de kluster sig intill deras paraloga gen, eller att de infogas på ett avlägset läge - även på en annan kromosom.

Historia

DNA är mer komplicerat än det verkar. Inte alla delar av det är proteinkodning. Det vill säga att inte alla regioner omvandlas till messenger-RNA, som sedan översätts till en sekvens av aminosyror - byggstenarna för proteiner.

Med sekvenseringen av det mänskliga genomet blev det mycket tydligt att endast en liten del (cirka 2%) kodar för proteiner. Biologer undrade omedelbart funktionen av denna enorma mängd DNA som verkar vara obetydlig.

Under många år ansågs allt DNA som inte kodade för proteiner eller icke-kodande DNA - felaktigt - som skräp-DNA.

Dessa regioner inkluderar transponerbara element, strukturella varianter, duplicerade segment, tandemupprepande sekvenser, konserverade icke-kodande element, funktionella icke-kodande RNA, reglerande element och pseudogener.

Idag har termen skräp-DNA helt tappats från litteraturen. Bevis har gjort det klart att pseudogener deltar som reglerande element för olika cellfunktioner.

Den första rapporterade pseudogenen var 1977 i DNA från amfibien Xenopus laevis. Från det ögonblicket började rapporteras olika pseudogener, i olika organismer, inklusive växter och bakterier.

Funktioner

Som diskuterats är pseudogener mycket långt ifrån att vara inaktiva kopior av en annan gen. Nyligen genomförda studier stödjer idén att pseudogener fungerar som reglerande element i genomet och ändrar sina "kusiner" som kodar för proteiner.

Vidare kan flera pseudogener transkriberas till RNA, och vissa visar ett vävnadsspecifikt aktiveringsmönster.

Pseudogen-transkriptet kan bearbetas till små störande RNA som reglerar de kodande sekvenserna via RNAi.

En anmärkningsvärd upptäckt var att upptäcka att pseudogener kan reglera tumörsuppressorer och vissa onkogener genom aktivering av specifika mikroRNA.

I detta värdefulla resultat konstaterades att pseudogener ofta förlorar sin reglering under cancerframsteg.

Detta faktum garanterar ytterligare undersökning av den verkliga räckvidden för pseudogenens funktion, för att få en bättre uppfattning om det komplicerade regleringsnätverket där de är inblandade och att använda denna information för medicinska ändamål.

Typer av pseudogener

Bearbetad och obearbetad

Pseudogener klassificeras i två breda kategorier: bearbetade och obearbetade. De senare är indelade i en underkategori i enhets- och duplikatpseudogener.

Pseudogener produceras genom försämring av gener som härrör från duplikering under utvecklingen. Dessa "funktionsnedsättningar" uppstår genom olika processer, vare sig det är punktmutationer, infogningar, raderingar eller förändringar i den öppna läsramen.

Förlust av produktivitet eller uttryck på grund av de ovan nämnda händelserna resulterar i produktion av obearbetad pseudogen. De av den enhetliga typen är en enda kopia av en föräldragen som blir icke-funktionell.

Obehandlade pseudogener och dubbletter upprätthåller strukturen för en gen med introner och exoner. Däremot kommer bearbetade pseudogener från retrotranspositionshändelser.

Retrotransposition sker genom återintegrering av ett cDNA (komplementärt DNA, som är en omvänd kopia av ett messenger-RNA-transkript) i ett visst område i genomet.

Den dubbelsträngade sekvensen för den bearbetade pseudogenen genereras av ett enkelsträngat RNA genererat av RNA-polymeras II.

Levande gener, fantom och döda pseudogener

En annan klassificering, föreslagen av Zheng och Gerstein, klassificerar gener som levande gener, spökepseudogener och döda pseudogener. Denna klassificering är baserad på genens funktionalitet och på "livet" och "döden" hos dessa.

Från detta perspektiv är levande gener de gener som kodar för proteiner, och döda pseudogener är element i genomet som inte transkriberas.

Ett mellanliggande tillstånd består av fantompseudogener, som klassificeras i tre underkategorier: uttagen pseudogen, piggy-back pseudogen och döende pseudogen.

Evolutionsperspektiv

Organismernas genom utvecklas också och gener har förmågan att förändras och härrör från novo. Olika mekanismer förmedlar dessa processer, bland dem är gentuplikation, genfusion och fission, lateral genöverföring, etc.

När en gen har sitt ursprung representerar den en utgångspunkt för evolutionära krafter att agera.

Genduplikation producerar en kopia där, i allmänhet, behåller den ursprungliga genen sin funktion och kopian - som inte är under selektivt tryck för att upprätthålla nämnda initiala funktion - fritt kan mutera och ändra funktion.

Alternativt kan den nya genen muteras på ett sådant sätt att den hamnar som en pseudogen och förlorar sin funktion.

referenser

1. Groen, JN, Capraro, D., & Morris, KV (2014). Den framträdande rollen för pseudogen uttryckte icke-kodande RNA i cellulära funktioner. Den internationella tidskriften för biokemi & cellbiologi, 54, 350-355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L., & Carter, DRF (2011). Pseudogenes: pseudo-funktionella eller nyckelreglerare i hälsa och sjukdom? Rna, 17 (5), 792-798.
3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, WJ, & Pandolfi, PP (2010). En kodande oberoende funktion av gen- och pseudogen-mRNA reglerar tumörbiologi. Nature, 465 (7301), 1033.
4. Tutar Y. (2012). Pseudo. Jämförande och funktionell genomik, 2012, 424526.
5. Zheng, D., & Gerstein, MB (2007). Den tvetydiga gränsen mellan gener och pseudogener: de döda stiger upp, eller gör de? Trends in Genetics, 23 (5), 219-224.