Pseudogen

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Termenul pseudogen se referă la o secvență de nucleotide asemănătoare unei gene (în ceea ce privește structura), dar fără nicio expresie în interiorul celulei . Acestea sunt de obicei gene ancestrale care și-au pierdut capacitatea de a fi exprimate. [1] Deși uneori păstrează unele structuri tipice ale genelor ( promotor , insule CpG sau site-uri de splicing ), aceste secvențe nu sunt capabile să creeze o funcție proteică de produs, adesea datorită mutațiilor genetice au fost consolidate pe parcursul evoluției: în aceste cazuri prezintă adesea mutații care generează transcrieri aiurea , care nu pot fi traduse în proteine. Dacă genele codifică o moleculă activă, cum ar fi ARN , este posibil să se fi consolidat mutațiile care o fac complet ineficientă (acest lucru se întâmplă pentru multe pseudogene care se presupune că codifică ARNr ).

Termenul pseudogen a fost folosit pentru prima dată în 1977 într-o publicație de Jacq și colegii [2] , combinând prefixul pseudo cu termenul genă .

Deși pseudogenele sunt adesea etichetate ca ADN junk , ele conțin în secvențele lor informații remarcabile cu privire la mecanismele evoluției . Acest lucru se datorează faptului că deseori rezultă din duplicarea ancestrală a unei gene funcționale. Așa cum Charles Darwin a ipotezat pentru două specii prezența unui strămoș comun , urmată de milioane de ani de evoluție divergentă (care a dus la speciație ), este posibil să se teoretizeze că pseudogenul și omologul său funcțional au împărțit un strămoș comun și ulterior au divergut până ajung la starea actuală.

Proprietățile pseudogenelor

Fiecare pseudogenă este caracterizată prin non-funcționalitate și omologie cu o a doua genă. Aceasta înseamnă că, deși fiecare pseudogen are o secvență foarte asemănătoare cu unele gene funcționale , nu este capabil să genereze un produs funcțional [3] . Pseudogenele sunt de obicei dificil de identificat și caracterizat, deoarece cele două caractere ale omologiei și ale nefuncționalității sunt de obicei deduse prin analiza secvenței și nu sunt observate direct, deoarece pseudogenele nu codifică produsele funcționale.

  1. Omologia este de obicei analizată prin alinieri secvențiale între gena funcțională și presupusa pseudogenă. Astfel de alinieri furnizează de obicei procentul de perechi de baze identice. O identitate de secvență ridicată (de obicei între 40% și 100%) este de obicei indicativă a prezenței unei gene comune părinte.
  2. Non-funcționalitatea se poate manifesta în moduri diferite. În mod normal, o genă trebuie procesată corespunzător prin numeroase etape pentru a fi convertită într-o formă funcțională.
    • Pentru a obține o proteină , de exemplu, transcrierea genei într-o catenă de ARN , este necesară prelucrarea ulterioară a ARNm , sinteza proteinelor și plierea corectă. Dacă doar unul dintre aceste procese eșuează, gena își pierde toate funcționalitățile posibile. În cercetarea noilor pseudogene efectuate prin analize cu spectru larg, se caută de obicei mutații punctuale , cum ar fi prezența unui codon stop sau a unei mutații framehift , care în aproape toate cazurile generează produse proteice nefuncționale.
    • Pseudogenele genei ARN sunt adesea mai ușor de detectat. De fapt, multe gene ARN sunt prezente în mai multe copii. Pentru a identifica pseudogenele unei gene date ARN, prin urmare, este adesea suficient să căutăm secvențe cu identitate ridicată în regiunile adiacente genei ARN în sine.

Originea și tipurile de pseudogene

Pseudogenele sunt clasificate în trei grupe principale, fiecare cu mecanisme de origine și caracteristici diferite:

  1. Pseudogene procesate (sau retrotrasposti) (Pseudogene procesate în engleză). La eucariotele superioare, în special la mamifere , retrotranspoziția este un fenomen destul de comun care a avut un impact uriaș asupra compoziției genomului . De exemplu, ceva de genul 30% - 44% din genomul uman este alcătuit din elemente repetate, cum ar fi LINE și SINE (vezi retrotranspoziția ) [4] [5] . În procesul retrotranspunerii, o porțiune din ARN-ul mesager al unei gene este transcrisă spontan invers în ADN și reintrodusă în ADN cromozomial. Deși retrotranspozonii fac de obicei copii de la ei înșiși, s-a demonstrat in vitro că aceste elemente pot provoca și retranscrierea altor gene care nu au legătură aleatorie [6] . Până când aceste pseudogene reintră în genom, ele conțin de obicei o coadă poli-A și pierd introni , două caracteristici ale ADNc . Cu toate acestea, deoarece provin dintr-un ARNm matur, pseudogenele procesate pierd și promotorul , care este de obicei prezent întotdeauna în genele normale; din acest motiv, aceste elemente sunt definite ca nefuncționale (din limba engleză mort la sosire , care poate fi tradus ca produs nefuncțional la livrare ), pierzându-și funcționalitatea odată cu evenimentul de retrotranspunere [7] . O altă caracteristică a pseudogenelor procesate este îndepărtarea porțiunii terminale 5 'în raport cu secvența de origine, rezultatul mecanismului de retrotranspunere neperfect care elimină unele baze [8] .
  2. Non-prelucrate (sau duplicate) pseudogenele. Duplicarea genelor este un alt proces destul de comun și important în evoluția genomilor. În acest caz, în urma duplicării genelor, poate proveni o copie a unei gene funcționale. Această copie, de-a lungul generațiilor, poate dobândi mutații care o fac să nu mai funcționeze. Aceste pseudogene duplicate au de obicei toate caracteristicile unei gene normale, inclusiv un promotor și o structură normală exon - intron . Pierderea funcției acestei gene-copie nu are de obicei niciun efect vizibil asupra stării de sănătate a organismului în care se găsește, deoarece există cel puțin o copie a genei funcționale. Conform unor modele evolutive , pseudogenele duplicate în comun între diferite specii indică relația evolutivă dintre oameni și alte primate [9] .
  3. Pseudogenele cu handicap sau unitare (pseudogenele cu handicap în limba engleză). Multe mutații împiedică transcrierea sau traducerea unei gene în mod normal, iar o genă își poate pierde funcția sau poate deveni inactivată dacă populația remediază aceste mutații. Acesta reprezintă același mecanism prin care genele neprocesate sunt inactivate, deși diferența în acest caz este că gena nu este duplicată înainte de a fi inactivată. De obicei, acest tip de inactivare ar fi puțin probabil într-o populație, dar o serie de factori, dinamica populației , inclusiv deriva genetică (deriva genetică) sau un „efect de blocaj” sau chiar, în unele cazuri, selecția naturală , pot duce la fixarea acea mutație. Exemplul clasic de pseudogen inactivat este gena care probabil a codificat enzima L-gulonolacton oxidază (GLO) la primate: la fiecare mamifer, cu excepția primatelor, cobaiilor și mamiferelor cu aripi, această enzimă promovează biosinteza acidului ascorbic (vitamina C), în timp ce în animalele enumerate mai sus și la om această enzimă nu este activă [10] [11] . Un alt exemplu mai recent de genă cu dizabilități, care duce la inactivarea unei gene pentru o caspază (printr-o mutație fără sens ) poate fi găsit în Xue și colab. 2006 [12] .

Pseudogene pot complica foarte mult studiile genetice moleculare . De exemplu, un cercetător care dorește să amplifice o genă printr- o reacție în lanț a polimerazei poate amplifica simultan o pseudogenă, care are o secvență de nucleotide foarte similară. Din același motiv, pseudogenele sunt uneori denumite gene în secvențierea genomică și adesea pun o problemă chiar și pentru acele programe de predicție a genelor , care adesea le interpretează ca gene reale sau exoni. De asemenea, s-a propus că identificarea acestor elemente poate contribui la îmbunătățirea acurateței acestor metode de predicție a genelor [13] .

Pseudogene funcționale?

În 2003 , Hirotsune și colab. a identificat un pseudogen retrotransposat al cărui transcript se credea că are activitate de reglare trans în expresia genei sale omoloage, Makorin1 , și a sugerat acest lucru ca un model general sub care și pseudogenele joacă un rol biologic important [14] . Alți cercetători au postulat de atunci roluri similare ale altor pseudogene [15] . Descoperirea lui Hirotsune a convins doi biologi moleculari să privească cu atenție literatura științifică referitoare la pseudogene. Spre surprinderea multora, cei doi cercetători au găsit o serie de cazuri în care aceste elemente au jucat un rol important în reglarea expresiei genelor lor respective [16] , forțând grupul lui Hirotsune să-și revoce afirmația de a fi fost primul care a identificat o funcție. pentru pseudogene [17] . În plus, în 2002 , Universitățile din Chicago și Cincinnati au raportat că o pseudogenă procesată numită fosfoglicerat mutază sau PGAM3 [ legătură ruptă ] a produs de fapt o proteină funcțională [18] . Plus în 2006 aceeași descoperire originală de Hirotsune și colab. cu privire la Makorin1 a fost puternic pus la îndoială [19] . Astfel, acum este contestată posibilitatea tentantă ca cel puțin unele pseudogene să aibă funcții biologice importante.

Notă

  1. ^(EN) Vanin, EF (1985). „Pseudogene procesate: caracteristici și evoluție”. Annu Rev Genet 19: 253-72. PubMed
  2. ^(EN) Jacq, C., Miller JR și colab. (1977). "O structură pseudogenă în ADN-ul 5S al Xenopus laevis." Celula 12 (1): 109-20. PubMed
  3. ^(EN) Mighell, AJ, Smith NR și colab. (2000). „Pseudogene vertebrate”. FEBS Lett 468 (2-3): 109-14. PubMed
  4. ^(EN) Jurka, J. (2004). „Impactul evolutiv al elementelor repetitive ale Alu uman”. Curr Opin Genet Dev 14 (6): 603-8. PubMed
  5. ^(EN) Dewannieux, M. și Heidmann T. (2005). "LINE, SINE și pseudogene procesate: strategii parazitare pentru modelarea genomului." Cytogenet Genome Res 110 (1-4): 35-48. PubMed
  6. ^(EN) Dewannieux, M., C. Esnault și colab. (2003). „Retranspunerea mediată de LINE a secvențelor Alu marcate”. Nat Genet 35 (1): 41-8. PubMed
  7. ^(EN) Graur, D., Shuali Y., și colab. (1989). „Ștergerile din pseudogenele procesate se acumulează mai repede la rozătoare decât la oameni”. J Mol Evol 28 (4): 279-85. PubMed PDF
  8. ^(EN) Pavlicek, A., J. Paces și colab. (2002). Distribuția în lungime a elementelor nucleotidice intercalate (LINE) și a pseudogenelor prelucrate ale retrovirusurilor endogene umane: implicații pentru retrotranspunere și detectarea pseudogenelor. Gena 300 (1-2): 189-94. PubMed
  9. ^(EN) Edward E. Max, „Erori plagiate și genetică moleculară: un alt argument pentru controversa creație-evoluție”, [1]
  10. ^(EN) Morimitsu Nishikimi și colab., "L-gulono-gamma-lactonoxidază, enzima cheie pentru biosinteza acidului L-ascorbic lipsă în această specie", Journal of Biological Chemistry 267 (1992): 21967-21972
  11. ^ Morimitsu Nishikimi și colab., "Clonarea și cartarea cromozomială a genei umane nefuncționale pentru L-Gulono-Gamma-lactonoxidază, enzima pentru biosinteza acidului L-ascorbic lipsă la om", Journal of Biological Chemistry 269 ​​(1994): 13685- 13688
  12. ^(EN) Xue, Y., A. Daly și colab. (2006). „Răspândirea unei forme inactive de caspază-12 la oameni se datorează selecției recente pozitive”. Am J Hum Genet 78 (4): 659-70. PubMed
  13. ^(EN) van Baren, MJ și MR Brent (2006). Predicția genetică iterativă și eliminarea pseudogenului îmbunătățesc adnotarea genomului. Genom Res 16 (5): 678-85. PubMed
  14. ^(EN) Hirotsune, S., N. Yoshida și colab. (2003). Un pseudogen exprimat reglează stabilitatea ARN-mesager a genei sale de codificare omoloage. Natura 423 (6935): 91-6. PubMed
  15. ^ Svensson, O., L. Arvestad, și colab. (2006). "Studiul genomului larg pentru pseudogene biologic functionale." PLoS Comput Biol 2 (5): e46. PubMed
  16. ^(EN) Evgeniy S. Balakirev și Francisco J. Ayala, „pseudogene: sunt„ ADN ”sau ADN funcțional?” Revista anuală a geneticii 37 (2003): 91-96.
  17. ^(EN) Hirotsune Shinji și colab., "Addendum: An Expressed pseudogene Regulates the messenger-RNA Stability of its Homologous Coding Gene, '' Nature '' 426 (2003): 100
  18. ^(EN) Esther Betran și colab., "Evoluția genei procesate de fosfoglicerat mutază la om și cimpanzeu care dezvăluie originea unui nou gen primat," Biologie moleculară și evoluție "19 (2002): 654-663
  19. ^(EN) Gray, T. și colab. (2006). Pseudogenul putativ funcțional Mkrn1-p1 nu este nici exprimat, nici imprimate, și nici nu-și reglează gena sursă în trans. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 103 (32): 12039-44. Abstract

Alte proiecte

linkuri externe

Biologie Portalul de biologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Pseudogene&oldid=117468761 ”