ПСЕВДОГЕНИ: ФУНКЦІЇ ТА ТИПИ - БІОЛОГІЯ - 2025

У псевдогенов є повсюдно і досить численними послідовностями в геномах живих організмів, від тварин і рослин до бактерій. Історично вони розглядалися як скам’янілі або просто як "мотлох ДНК".

Однак сьогодні відомо, що псевдогени виконують регуляторні функції, а деякі навіть можуть бути транскрибовані у функціональну РНК. Його роль у регуляції може здійснюватися через замовчування або утворення малих РНК або через зміни в месенджерній РНК, кодує певний білок.

Джерело: Rcrzarg в англійській Вікіпедії

У дослідженнях, проведених на геному людини, було підраховано, що існує близько 20 000 псевдогенів - кількість, порівнянна з послідовностями, кодують білки.

Окремі автори вважають важким встановити межу між геном та псевдогеном, оскільки в деяких випадках нефункціональність генів не зрозуміла. Сучасні знання псевдогенів неглибокі, і на цю тему ще багато питань.

Що таке псевдогени?

Псевдогени - це копії певних генів, які мають дефіцитні або "пошкоджені" послідовності внаслідок різних причин.

Ці пошкодження виникають через зміни кадрів читання або передчасних стоп-кодонів. Однак вони структурно нагадують різні аспекти гена, який їх виник.

Псевдогени можуть розташовуватися в будь-якому місці геному. Процеси ретротранспонування можуть змусити їх скупчуватися поруч із геном паралогу, або вставляти їх у віддалене місце - навіть на іншій хромосомі.

Історія

ДНК складніша, ніж здається. Не всі його розділи кодують білок. Тобто, не всі регіони перетворюються на месенджерну РНК, яка потім переводиться на послідовність амінокислот - будівельних блоків білків.

З секвенуванням геному людини стало зрозуміло, що лише невелика частина (близько 2%) кодує білки. Біологи миттєво замислилися над функцією цієї величезної кількості ДНК, яка здається неважливою.

Протягом багатьох років вся ДНК, яка не кодувала білки чи кодує ДНК, - помилково - вважалася непотрібною ДНК.

Ці регіони включають переміщувані елементи, структурні варіанти, дублюючі сегменти, послідовності, що повторюються в тандемі, збережені елементи некодування, функціональну некодуючу РНК, регуляторні елементи та псевдогени.

Сьогодні термін "ДНК-сміття" був повністю скинутий з літератури. Доказом було зрозуміло, що псевдогени беруть участь як регуляторні елементи різних клітинних функцій.

Перший псевдоген повідомлявся в 1977 році в ДНК земноводних Xenopus laevis. З цього моменту почали повідомляти про різні псевдогени у різних організмів, включаючи рослини та бактерії.

Особливості

Як обговорювалося, псевдогени дуже далекі від неактивних копій іншого гена. Останні дослідження підтримують думку про те, що псевдогени виконують роль регуляторних елементів у геномі, модифікуючи своїх «двоюрідних братів», кодуючих білки.

Крім того, кілька псевдогенів можуть бути транскрибовані у РНК, а деякі демонструють специфічну для тканини модель активації.

Транскрипт псевдогену може бути оброблений в невеликі інтерферуючі РНК, які регулюють кодуючі послідовності за допомогою RNAi.

Помітним відкриттям було виявити, що псевдогени здатні регулювати супресори пухлини та певні онкогени шляхом активації специфічних мікроРНК.

У цій цінній знахідці було відмічено, що псевдогени часто втрачають свою регуляцію під час прогресування раку.

Цей факт вимагає подальшого дослідження справжнього обсягу функцій псевдогена, щоб отримати краще уявлення про складну регуляторну мережу, в яку вони втягнуті, та використовувати цю інформацію в медичних цілях.

Типи псевдогенів

Оброблений і необроблений

Псевдогени класифікуються на дві широкі категорії: оброблені та необроблені. Останні поділяються на підкатегорію на одиничні та дублюючі псевдогени.

Псевдогени утворюються за рахунок погіршення генів, що виникли шляхом дублювання в ході еволюції. Ці "порушення" відбуваються різними процесами, будь то мутації, вставки, вилучення чи зміни у відкритій рамці читання.

Втрата продуктивності чи експресії внаслідок вищезазначених подій призводить до отримання непереробленого псевдогену. Ті унітарного типу - це єдина копія батьківського гена, який стає нефункціональним.

Неопрацьовані псевдогени та дублікати підтримують структуру гена з інтронами та екзонами. На противагу цьому, оброблені псевдогени походять від подій ретротранспонування.

Ретротранспозиція відбувається шляхом реінтеграції кДНК (комплементарної ДНК, яка є зворотною копією месенджерської РНК-стенограми) у певній області геному.

Двухцепочечная послідовність обробленого псевдогена генерується одноланцюговою РНК, породженою РНК-полімеразою II.

Живі гени, фантом і мертві псевдогени

Інша класифікація, запропонована Чженгом і Герштейном, класифікує гени як живі гени, привидні псевдогени та мертві псевдогени. Ця класифікація заснована як на функціональності гена, так і на «житті» та «смерті».

З цього погляду живі гени - це гени, що кодують білки, а мертві псевдогени - елементи в геномі, які не транскрибуються.

Проміжний стан складається з фантомних псевдогенів, які класифікуються на три підкатегорії: виснажений псевдоген, псевдогенез, що відмирає, і псевдоген, що відмирає.

Еволюційна перспектива

Геноми організмів також еволюціонують, і гени мають властивість змінюватися і виникати de novo. Різні механізми опосередковують ці процеси, серед них - дублювання генів, злиття генів та поділ, бічний перенос генів тощо.

Як тільки ген зароджується, він є відправною точкою для дії еволюційних сил.

Дублювання генів створює копію, де, як правило, оригінальний ген зберігає свою функцію, а копія - яка не знаходиться під селективним тиском для підтримки цієї початкової функції - може вільно мутувати та змінювати функцію.

Альтернативно, новий ген може мутувати таким чином, що в кінцевому підсумку стає псевдогеном і втрачає свою функцію.

Список літератури

1. Groen, JN, Capraro, D., & Morris, KV (2014). Виникаюча роль псевдогенної експресованої некодуючої РНК у клітинних функціях. Міжнародний журнал біохімії та клітинної біології, 54, 350-355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L., & Carter, DRF (2011). Псевдогени: псевдофункціональні чи ключові регулятори здоров'я та хвороб ?. Рна, 17 (5), 792-798.
3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, WJ, & Pandolfi, PP (2010). Незалежна від кодування функція мРНК гена та псевдогену регулює біологію пухлини. Природа, 465 (7301), 1033.
4. Тутар Ю. (2012). Псевдогени. Порівняльна та функціональна геноміка, 2012, 424526.
5. Чжен, Д. та Герштейн, MB (2007). Неоднозначна межа між генами та псевдогенами: мертві піднімаються вгору, чи не так ?. Тенденції в генетиці, 23 (5), 219-224.