ПСЕВДОГЕНИ: ФУНКЦИИ И ВИДОВЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

На псевдогени са повсеместни и доста изобилие последователности в геномите на живи организми, от животни и растения на бактерии. В исторически план те са били разглеждани като вкаменелости или просто като "ДНК боклуци".

Въпреки това, днес е известно, че псевдогените имат регулаторни функции, а някои дори могат да бъдат транскрибирани във функционална РНК. Ролята му в регулирането може да се осъществи чрез заглушаване или образуване на малки РНК или чрез промени в месинджърната РНК, която кодира определен протеин.

Източник: Rcrzarg в английската Уикипедия

В проучвания, проведени върху човешкия геном, е изчислено, че има около 20 000 псевдогени - брой, сравним с последователностите, които кодират протеини.

Някои автори смятат, че е трудно да се установи граница между ген и псевдоген, тъй като в някои случаи нефункционалността на гените не е ясна. Настоящите знания за псевдогените са плитки и все още има много въпроси по темата.

Какво представляват псевдогените?

Псевдогените са копия на определени гени, които имат дефицитни или "повредени" последователности, поради различни причини.

Тези повреди възникват поради промени в рамките за четене или преждевременни стоп кодони. Те обаче структурно напомнят в различни аспекти на гена, който ги е създал.

Псевдогените могат да бъдат разположени навсякъде в генома. Процесите на ретротранспониране могат да доведат до струпването им в съседство с техния паралог ген или да бъдат вкарани на далечно място - дори в друга хромозома.

история

ДНК е по-сложна, отколкото изглежда. Не всички раздели от него са кодиращи протеини. Тоест, не всички региони се превръщат в месинджърна РНК, която след това се превежда в последователност от аминокиселини - градивните елементи на протеините.

С последователността на човешкия геном стана много ясно, че само малка част (около 2%) кодира протеини. Биолозите моментално се зачудиха каква е функцията на това огромно количество ДНК, което изглежда е маловажно.

В продължение на много години цялата ДНК, която не кодира протеини или некодираща ДНК, се счита - погрешно - считана за нежелана ДНК.

Тези региони включват транспонируеми елементи, структурни варианти, дублиращи се сегменти, повтарящи се в тандем последователности, запазени некодиращи елементи, функционална некодираща РНК, регулаторни елементи и псевдогени.

Днес терминът ДНК боклуци е изцяло отпаднал от литературата. От доказателствата стана ясно, че псевдогените участват като регулаторни елементи на различни клетъчни функции.

Първият докладван псевдоген е през 1977 г. в ДНК на земноводните Xenopus laevis. От този момент започват да се съобщават различни псевдогени в различни организми, включително растения и бактерии.

Характеристика

Както беше обсъдено, псевдогените са много далеч от неактивни копия на друг ген. Последните проучвания подкрепят идеята псевдогените да действат като регулаторни елементи в генома, модифицирайки своите "братовчеди", които кодират протеини.

Освен това, няколко псевдогена могат да бъдат транскрибирани в РНК, а някои от тях показват тъканно-специфичен модел на активиране.

Псевдогеновият транскрипт може да бъде обработен в малки интерфериращи РНК, които регулират кодиращите последователности чрез RNAi.

Забележително откритие беше да се открие, че псевдогените са в състояние да регулират туморни супресори и някои онкогени, чрез активиране на специфични микроРНК.

В тази ценна констатация беше отбелязано, че псевдогените често губят своята регулация по време на прогресирането на рака.

Този факт налага по-нататъшно проучване на истинския обхват на функцията на псевдогена, за да се получи по-добра представа за сложната регулаторна мрежа, в която те са замесени, и да използва тази информация за медицински цели.

Видове псевдогени

Преработен и необработен

Псевдогените се класифицират в две широки категории: преработени и необработени. Последните са разделени на подкатегоризация на единични и дублиращи псевдогени.

Псевдогените се произвеждат от влошаването на гените, възникнали чрез дублиране в хода на еволюцията. Тези "увреждания" възникват при различни процеси, било то точкови мутации, вмъквания, изтривания или промени в отворената рамка за четене.

Загубата на продуктивност или експресия поради гореспоменатите събития води до производството на необработен псевдоген. Тези от единния тип са единично копие на родителски ген, който става нефункционален.

Необработените псевдогени и дубликати поддържат структурата на ген, с интрони и екзони. За разлика от тях, преработените псевдогени произхождат от събития в ретротранспозицията.

Ретротранспонирането се случва чрез реинтеграция на кДНК (допълваща ДНК, която е обратно копие на месинджърна РНК транскрипт) в определена област от генома.

Двуверижната последователност на обработения псевдоген се генерира от едноверижна РНК, генерирана от РНК полимераза II.

Живи гени, фантом и мъртви псевдогени

Друга класификация, предложена от Дженг и Герстейн, класифицира гените като живи гени, призрачни псевдогени и мъртви псевдогени. Тази класификация се основава на функционалността на гена и на "живота" и "смъртта" на тях.

От тази гледна точка живите гени са гените, които кодират протеини, а мъртвите псевдогени са елементи в генома, които не се транскрибират.

Междинно състояние се състои от фантомни псевдогени, които са класифицирани в три подкатегории: изчезнал псевдоген, псевдогенен прасец и умиращ псевдоген.

Еволюционна перспектива

Геномите на организмите също се развиват и гените имат свойството да се променят и произхождат ново. Различни механизми посредничат в тези процеси, сред тях са дублирането на гени, сливането на гени и деленето, латералния трансфер на гени и др.

Веднъж възникнал ген, той представлява отправна точка за еволюционните сили да действат.

Генетичното дублиране създава копие, при което, като цяло, оригиналният ген запазва своята функция и копието - което не е под селективно налягане за поддържане на споменатата първоначална функция - може свободно да мутира и променя функцията.

Алтернативно, новият ген може да мутира по такъв начин, че в крайна сметка да бъде псевдоген и да загуби функцията си.

Препратки

1. Groen, JN, Capraro, D., & Morris, KV (2014). Възникващата роля на псевдогенно експресирани некодиращи РНК в клетъчните функции. Международното списание за биохимия и клетъчна биология, 54, 350-355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L., & Carter, DRF (2011). Псевдогени: псевдофункционални или ключови регулатори в здравето и болестите ?. Rna, 17 (5), 792-798.
3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, WJ, & Pandolfi, PP (2010). Кодираща независима функция на генни и псевдогенни мРНК регулира туморната биология. Природа, 465 (7301), 1033.
4. Тутар Й. (2012). Псевдогени. Сравнителна и функционална геномика, 2012, 424526.
5. Zheng, D., & Gerstein, MB (2007). Нееднозначната граница между гените и псевдогените: мъртвите се издигат нагоре, или не ?. Тенденции в генетиката, 23 (5), 219-224.