Pseudogeenid: definitsioon, teke ja evolutsioon
Pseudogeenid: definitsioon, kuidas tekivad ja milline on nende evolutsiooniline roll — uurimuslik ülevaade pseudogeenide päritolust, funktsioonidest ja geneetilisest ajaloost.
Pseudogeene nimetatakse geenilaadseteks järjestusteks, mis on oma algse funktsiooni kaotanud. Nad on kaotanud oma geeniekspressiooni rakus või võime kodeerida valku. Termin kasutusele võeti 1977. aastal. Kuigi DNA-järjestuselt meenutavad pseudogeenid sageli lähedasi geene, ei too nad enam kaasa sama funktsionaalset geeniprodukti.
Teke ja tüübid
Pseudogeene tekib mitmel viisil. Peamised moodused on:
- Protsessitud (retroposed) pseudogeenid – tekivad siis, kui geenist transkribeeritud mRNA omakorda tagasi DNA-sse integreerub (retrokloonimine). Neis puuduvad sageli intronid ja need sisaldavad sihti endist poli(A)-ahela märki, kuid neil puudub regulaatorjärjestus, mis takistab korrektset ekspressiooni.
- Kopeeritud (duplicated) pseudogeenid – algselt geeni duplikatsioonijärgsetest koopiaist, mis järk-järgult koguvad invalideerivaid mutatsioone (stop-koodonid, raamistiku nihked) ja kaotavad funktsiooni.
- Unitaarsed pseudogeenid – tekkivad siis, kui ainus geenikõneke genoomis muteerub ega säili alternatiivseid koopiaid; sellisel juhul puudub geenil asendaja.
Molekulaarsed põhjused funktsiooni kaotuseks
Pseudogeeni funktsiooni kaotuse võib põhjustada mitmesugune mutatsiooniline kahjustus: raamistiku nihked (frameshift), varajased stop-koodonid, promootori või regulaatorjärjestuse kadumine, rekombinatsioonilised kustutused või insertioonid. Erineva tüübi puhul on ka karakteristilised tunnused — näiteks protsessitud pseudogeenid ei sisalda introneid ja neil võivad olla 3' poli(A)-järjestuse jäljed.
Funktsioonid ja regulatoorne roll
Kuigi pseudogeene on tihti nimetatud rämps-DNA-ks, ei tähenda see tingimata, et nad oleksid täiesti funktsioonitud. Mõned pseudogeenid:
- toonitavad geeniekspressiooni antisense- või konkurentsiva RNA kaudu;
- toodavad väiksemaid mittetõlgendatavaid RNA-sid, mis võivad mõjutada transkriptsiooni või kromatiini struktuuri;
- toimivad allikatena siRNA või miRNA sepitsemisel või toimivad miRNA "spongidena", sidudes miRNA-sid ja vähendades nende mõju sihtgeenidele.
Seega võib pseudogeeni DNA olla funktsionaalne regulatiivaspektist vaatlusest, isegi kui see ei kodeeri valku.
Tuvastamine ja uurimismeetodid
Pseudogeenide eristamiseks funktsionaalsetest geenidest kasutatakse kombinatsiooni bioinformaatikast ja eksperimendist: järjestuste joondamine, mutatsioonide leidmine (varajased stop-koodonid, frameshift’id), intronite olemasolu/puudumine, promotori markeri ja ekspressioonid tõendavate RNA-sekventseerimise (RNA-seq) andmete kontroll. Filogeneetiline analüüs aitab määrata, millal pseudogeen funktsionaalsest geenist eraldus.
Evolutsiooniline tähendus
Pseudogeene peetakse sageli väärtuslikeks evolutsioonilisteks markereiks. Kuna nad enamasti ei ole tugeva selektsiooniga piiratud, koguvad need mutatsioone suhteliselt neutraalselt ja seetõttu võivad nende järjestuse erinevused peegeldada ajatut divergeerumist. Pseudogeeni ja selle säilinud funktsionaalse eellase ühine pärilikkus on tugeva tõendina ühise esivanema kohta — nagu märkis Darwin liikide sugulussuhete kohta, näitavad ka pseudogeenide sarnased lüngad ühispärandit ja järgnevat evolutsioonilist eraldumist (vt liigiline eristus).
Praktilised kasutusalad
Pseudogeene kasutatakse teaduses mitmel moel: sugupuude rekonstrueerimisel, populatsiooni ajaloo ja migratsiooni jälgimisel ning molekulaarse kellana ajaliseks võrdlemiseks. Kuna teatud pseudogeenseadmed on spetsiifilised taksonitele või liinidele, aitavad nad ka geneetilisel markeerimisel ja genoomi anatoomia mõistmisel.
Kokkuvõte
Pseudogeene on geenijada, mis on aja jooksul kaotanud võime tekitada funktsionaalset valku või vajalikku RNA-d, kuid nad kannavad endas väärtuslikku informatsiooni genoomi ajaloost ja evolutsioonist. Kuigi paljud neist ei oma otsest valkude sünteesi rolli, võib nende järjestus- ja ekspressioonikäitumine mõjutada genomset regulatsiooni ning anda teadlastele tööriistu evolutsiooniliste ja funktsionaalsete küsimuste uurimiseks.
Illustratsioon pseudogeene põhjustada võivatest mutatsioonidest. Inimese järjestus on pseudogeen lõhnageenide perekonnas. Šimpanside järjestus on funktsionaalne ortoloog. Peamised erinevused on esile toodud.
Küsimused ja vastused
K: Mis on pseudogeenid?
V: Pseudogeenid on mittefunktsionaalsed geenid, mis on kaotanud oma geeniekspressiooni rakus või võime kodeerida valku.
K: Millal võeti kasutusele mõiste "pseudogeenid"?
V: Mõiste "pseudogeenid" võeti kasutusele 1977. aastal.
K: Kuidas tekivad pseudogeene?
V: Pseudogeenid võivad tekkida mutatsioonidest geenis, mille toode ei ole organismi ellujäämiseks vajalik.
K: Kas pseudogeenide DNA on funktsionaalne?
V: Kuigi pseudogeenide DNA ei kodeeri valke, võib see olla funktsionaalne ja sarnaneda muud liiki mittekodeeriva DNAga, millel on regulatiivne roll.
K: Miks nimetatakse pseudogeene sageli rämps-DNA-ks?
V: Pseudogeene peetakse üldiselt genoomist eemaldatava genoomi materjali viimaseks peatuspaigaks, mistõttu neid märgistatakse sageli rämps-DNA-na.
K: Kas pseudogeenidel on mingeid geenilaadseid omadusi?
V: Jah, enamikul pseudogeenidel on mõned geenilaadsed omadused.
K: Millist bioloogilist ja evolutsioonilist ajalugu sisaldavad pseudogeenid?
V: Pseudogeene sisaldavad oma järjestuses huvitavat bioloogilist ja evolutsioonilist ajalugu, mis tuleneb pseudogeeni ühisest põlvnemisest funktsionaalse geeniga. Nii nagu Darwin arvas, et kahel liigil on ühine esivanem, millele järgnesid miljonite aastate pikkused evolutsioonilised erinevused, on ka pseudogeenil ja sellega seotud funktsionaalsel geenil ühine esivanem ja nad on miljonite aastate jooksul eraldiseisvate geneetiliste üksustena lahku läinud.
Otsige