PSEUDOGÉNY: FUNKCIE A TYPY - BIOLÓGIE - 2026

Tieto pseudogeny sú všadeprítomné a pomerne bohaté sekvencie v genómu živých organizmov, od zvierat a rastlín do baktérií. Historicky boli považované za fosílie alebo jednoducho za „nezdravé DNA“.

Dnes je však známe, že pseudogény majú regulačné funkcie a niektoré sa dokonca môžu transkribovať do funkčnej RNA. Jeho úloha v regulácii sa môže vykonávať umlčaním alebo tvorbou malých RNA alebo prostredníctvom zmien v messengerovej RNA, ktorá kóduje určitý proteín.

Zdroj: Rcrzarg na anglickej Wikipédii

V štúdiách uskutočňovaných na ľudskom genóme sa odhadovalo, že existuje asi 20 000 pseudogénov - počet porovnateľný so sekvenciami, ktoré kódujú proteíny.

Niektorí autori považujú za ťažké stanoviť hranicu medzi génom a pseudogénom, pretože v niektorých prípadoch nie je funkčnosť génov jasná. Súčasná znalosť pseudogénov je plytká a na túto tému stále existuje veľa otázok.

Čo sú to pseudogény?

Pseudogény sú kópie určitých génov, ktoré majú z rôznych príčin deficitné alebo „poškodené“ sekvencie.

Tieto škody sa vyskytujú v dôsledku zmien v snímacích rámcoch alebo predčasných stop kodónoch. Tieto však štrukturálne pripomínajú rôzne aspekty génu, z ktorého pochádzajú.

Pseudogény sa môžu nachádzať kdekoľvek v genóme. Retrotranspozičné procesy môžu spôsobiť, že sa zhlukujú v susedstve svojho paralogového génu alebo sa vložia na vzdialené miesto - dokonca aj na iný chromozóm.

histórie

DNA je zložitejšia, ako sa zdá. Nie všetky jeho časti kódujú proteíny. To znamená, že nie všetky oblasti sa prevádzajú na messengerovú RNA, ktorá sa potom prekladá do sekvencie aminokyselín - stavebných blokov proteínov.

Pri sekvenovaní ľudského genómu sa ukázalo, že iba malá časť (asi 2%) kóduje proteíny. Biológovia okamžite uvažovali o funkcii tohto obrovského množstva DNA, ktoré sa zdá byť nedôležité.

Po mnoho rokov bola všetka DNA, ktorá nekódovala bielkoviny alebo nekódujúcu DNA, nesprávne považovaná za nezdravú DNA.

Tieto oblasti zahŕňajú transponovateľné prvky, štrukturálne varianty, duplicitné segmenty, tandemové opakujúce sa sekvencie, konzervované nekódujúce prvky, funkčné nekódujúce RNA, regulačné prvky a pseudogény.

Dnes je pojem nezdravá DNA z literatúry úplne vynechaný. Dôkazy objasnili, že pseudogény sa zúčastňujú ako regulačné prvky rôznych bunkových funkcií.

Prvý uvedený pseudogén bol v roku 1977 v DNA obojživelníka Xenopus laevis. Od tejto chvíle sa začali hlásiť rôzne pseudogény v rôznych organizmoch vrátane rastlín a baktérií.

Vlastnosti

Ako už bolo uvedené, pseudogény nie sú veľmi vzdialené od neaktívnych kópií iného génu. Posledné štúdie podporujú myšlienku, že pseudogény pôsobia ako regulačné prvky v genóme a modifikujú ich „bratrance“, ktoré kódujú proteíny.

Ďalej sa do RNA môže transkribovať niekoľko pseudogénov a niektoré vykazujú tkanivovo špecifický aktivačný vzorec.

Pseudogénny transkript sa môže spracovať na malé interferujúce RNA, ktoré regulujú kódujúce sekvencie prostredníctvom RNAi.

Významným objavom bolo zistenie, že pseudogény sú schopné regulovať tumor-supresory a určité onkogény prostredníctvom aktivácie špecifických mikroRNA.

V tomto hodnotnom zistení sa zistilo, že pseudogény často strácajú svoju reguláciu počas progresie rakoviny.

Táto skutočnosť si vyžaduje ďalšie skúmanie skutočného rozsahu funkcie pseudogénu, získanie lepšej predstavy o zložitej regulačnej sieti, do ktorej sú zapojení, a použitie týchto informácií na lekárske účely.

Druhy pseudogénov

Spracované a nespracované

Pseudogény sa delia na dve široké kategórie: spracované a nespracované. Posledne menované sú rozdelené do subkategórií na jednotku a duplicitné pseudogény.

Pseudogény sú produkované zhoršovaním génov, ktoré vznikli duplikáciou v priebehu vývoja. Tieto "poruchy" sa vyskytujú rôznymi procesmi, či už ide o bodové mutácie, inzercie, delécie alebo zmeny v otvorenom čítacom rámci.

Strata produktivity alebo expresie v dôsledku vyššie uvedených udalostí vedie k produkcii nespracovaného pseudogénu. Tie z jednotného typu sú jednou kópiou rodičovského génu, ktorá sa stáva nefunkčnou.

Nespracované pseudogény a duplikáty udržiavajú štruktúru génu s intrónmi a exónmi. Naopak, spracované pseudogény pochádzajú z udalostí spätného usporiadania.

Retrotranspozícia sa vyskytuje reintegráciou cDNA (komplementárna DNA, ktorá je reverznou kópiou transkriptu messenger RNA) v určitej oblasti genómu.

Dvojvláknová sekvencia spracovaného pseudogénu sa generuje jednovláknovou RNA generovanou RNA polymerázou II.

Živé gény, fantómové a odumreté pseudogény

Ďalšia klasifikácia navrhnutá Zhengom a Gersteinom klasifikuje gény ako živé gény, duchové pseudogény a mŕtve pseudogény. Táto klasifikácia je založená na funkčnosti génu a na jeho "živote" a "smrti".

Z tohto hľadiska sú živé gény gény kódujúce proteíny a mŕtve pseudogény sú prvky v genóme, ktoré nie sú transkribované.

Medziprodukt je zložený z fantómových pseudogénov, ktoré sú rozdelené do troch podkategórií: exspikovaný pseudogén, piggy-back pseudogén a umierajúci pseudogén.

Evolučná perspektíva

Vyvíjajú sa aj genómy organizmov a gény majú schopnosť meniť sa a vznikať novo. Tieto procesy sprostredkujú rôzne mechanizmy, medzi ktoré patrí napríklad duplikácia génov, fúzia a štiepenie génov, bočný prenos génov atď.

Len čo gén vznikne, predstavuje východiskový bod pre pôsobenie evolučných síl.

Génová duplikácia vytvára kópiu, v ktorej si pôvodný gén spravidla zachováva svoju funkciu a kópia - ktorá nie je pod selektívnym tlakom na udržanie pôvodnej funkcie - môže voľne mutovať a meniť funkciu.

Nový gén môže prípadne mutovať tak, že skončí ako pseudogén a stratí svoju funkciu.

Referencie

1. Groen, JN, Capraro, D., a Morris, KV (2014). Vznikajúca úloha pseudogénu exprimovala nekódujúce RNA v bunkových funkciách. Medzinárodný žurnál biochémie a bunkovej biológie, 54, 350 - 355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L., & Carter, DRF (2011). Pseudogény: pseudofunkčné alebo kľúčové regulátory zdravia a chorôb? Rna, 17 (5), 792-798.
3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, WJ, a Pandolfi, PP (2010). Funkcia génu a pseudogénnych mRNA nezávislá od kódovania reguluje biológiu nádoru. Náture, 465 (7301), 1033.
4. Tutar Y. (2012). Pseudogeny. Porovnávacia a funkčná genomika, 2012, 424526.
5. Zheng, D. a Gerstein, MB (2007). Nejasná hranica medzi génmi a pseudogénmi: mŕtvych povstávajú, alebo áno? Trends in Genetics, 23 (5), 219-224.