PSEUDOGENY: FUNKCE A TYPY - BIOLOGIE - 2025

Tyto pseudogeny jsou všudypřítomné a poměrně bohaté sekvence v genomu živých organismů, od zvířat a rostlin do bakterií. Historicky byly považovány za fosílie nebo jednoduše za „nevyžádanou DNA“.

Dnes je však známo, že pseudogeny mají regulační funkce a některé mohou být dokonce přepsány do funkční RNA. Jeho úloha v regulaci může být prováděna prostřednictvím umlčování nebo vytváření malých RNA nebo prostřednictvím změn v messengerové RNA, která kóduje určitý protein.

Zdroj: Rcrzarg na anglické Wikipedii

Ve studiích prováděných na lidském genomu se odhaduje, že existuje asi 20 000 pseudogenů - počet srovnatelný se sekvencemi, které kódují proteiny.

Někteří autoři považují za obtížné stanovit hranici mezi genem a pseudogenem, protože v některých případech není funkčnost genů jasná. Současná znalost pseudogenů je malá a na toto téma stále existuje mnoho otázek.

Co jsou to pseudogeny?

Pseudogeny jsou kopie určitých genů, které mají v důsledku různých příčin deficitní nebo „poškozené“ sekvence.

K těmto škodám dochází v důsledku změn ve čtecích rámcích nebo předčasných stop kodonech. Ty však strukturálně připomínají různé aspekty genu, který je vytvořil.

Pseudogeny mohou být umístěny kdekoli v genomu. Retrotranspoziční procesy mohou způsobit, že se shlukují v sousedství svého paralogového genu nebo mohou být zavedeny na vzdáleném místě - dokonce na jiném chromozomu.

Dějiny

DNA je složitější, než se zdá. Ne všechny jeho části kódují proteiny. To znamená, že ne všechny oblasti jsou přeměněny na messengerovou RNA, která je poté převedena na sekvenci aminokyselin - stavební bloky proteinů.

Se sekvenováním lidského genomu se ukázalo, že jen malá část (asi 2%) kóduje proteiny. Biologové okamžitě přemýšleli o funkci tohoto obrovského množství DNA, které se zdá být nedůležité.

Po mnoho let byla veškerá DNA, která nekódovala proteiny nebo nekódující DNA, nesprávně považována za nevyžádanou DNA.

Tyto oblasti zahrnují transponovatelné prvky, strukturální varianty, duplicitní segmenty, tandemové opakující se sekvence, konzervované nekódující prvky, funkční nekódující RNA, regulační prvky a pseudogeny.

V současné době je pojem nevyžádaná DNA z literatury zcela vynechán. Důkazy jasně ukázaly, že pseudogeny se účastní jako regulační prvky různých buněčných funkcí.

První hlášený pseudogen byl v roce 1977 v DNA obojživelníka Xenopus laevis. Od té chvíle začaly být hlášeny různé pseudogeny u různých organismů, včetně rostlin a bakterií.

Funkce

Jak již bylo řečeno, pseudogeny nejsou zdaleka neaktivní kopie jiného genu. Nedávné studie podporují myšlenku, že pseudogeny působí jako regulační prvky v genomu a modifikují jejich „bratrance“, které kódují proteiny.

Kromě toho může být několik pseudogenů transkribováno do RNA a některé vykazují tkáňově specifický profil aktivace.

Pseudogenní transkript může být zpracován na malé interferující RNA, které regulují kódující sekvence prostřednictvím RNAi.

Pozoruhodným objevem bylo zjištění, že pseudogeny jsou schopné regulovat nádorové supresory a určité onkogeny prostřednictvím aktivace specifických mikroRNA.

V tomto cenném zjištění bylo zjištěno, že pseudogeny často ztratí regulaci během progrese rakoviny.

Tato skutečnost opravňuje k dalšímu zkoumání skutečného rozsahu funkce pseudogenu, k získání lepší představy o složité regulační síti, do níž jsou zapojeny, a k použití těchto informací pro lékařské účely.

Druhy pseudogenů

Zpracované a nezpracované

Pseudogeny se dělí do dvou širokých kategorií: zpracované a nezpracované. Posledně jmenované jsou rozděleny do podkategorií na jednotku a duplicitní pseudogeny.

Pseudogeny jsou produkovány zhoršováním genů, které vznikly duplikací v průběhu evoluce. K těmto "poruchám" dochází různými procesy, ať už jde o bodové mutace, inzerce, delece nebo změny v otevřeném čtecím rámci.

Ztráta produktivity nebo výrazu v důsledku výše uvedených událostí vede k produkci nezpracovaného pseudogenu. Ty z jednotkového typu jsou jedinou kopií rodičovského genu, který se stává nefunkčním.

Nezpracované pseudogeny a duplikáty udržují strukturu genu s introny a exony. Naopak zpracované pseudogeny pocházejí z událostí retrotranspozice.

Retrotranspozice nastává opětovnou integrací cDNA (komplementární DNA, která je reverzní kopií transkriptu messenger RNA) v určité oblasti genomu.

Dvouvláknová sekvence zpracovaného pseudogenu je vytvořena jednovláknovou RNA generovanou RNA polymerázou II.

Živé geny, fantom a mrtvé pseudogeny

Další klasifikace navržená Zhengem a Gersteinem klasifikuje geny jako živé geny, duchové pseudogeny a mrtvé pseudogeny. Tato klasifikace je založena na funkčnosti genu a na jejich „životě“ a „smrti“.

Z tohoto pohledu jsou živé geny geny kódující proteiny a mrtvé pseudogeny jsou prvky v genomu, které nejsou transkribovány.

Mezistupeň se skládá z fantomových pseudogenů, které jsou rozděleny do tří podkategorií: exapted pseudogen, piggy-back pseudogene a umírající pseudogen.

Evoluční perspektiva

Genomy organismů se také vyvíjejí a geny mají schopnost se měnit a vznikat de novo. Tyto procesy zprostředkovávají různé mechanismy, mezi něž patří duplikace genů, fúze a štěpení genů, laterální přenos genů atd.

Jakmile gen vznikne, představuje výchozí bod pro působení evolučních sil.

Genová duplikace vytváří kopii, kde si obvykle původní gen zachovává svoji funkci a kopie - která není pod selektivním tlakem k udržení uvedené počáteční funkce - může volně mutovat a měnit funkci.

Alternativně může nový gen mutovat tak, že skončí jako pseudogen a ztratí svou funkci.

Reference

1. Groen, JN, Capraro, D., & Morris, KV (2014). Vznikající role pseudogenu exprimovala nekódující RNA v buněčných funkcích. Mezinárodní žurnál biochemie a buněčné biologie, 54, 350-355.
2. Pink, RC, Wicks, K., Caley, DP, Punch, EK, Jacobs, L., & Carter, DRF (2011). Pseudogeny: pseudofunkční nebo klíčové regulátory zdraví a nemoci? Rna, 17 (5), 792-798.
3. Poliseno, L., Salmena, L., Zhang, J., Carver, B., Haveman, WJ, a Pandolfi, PP (2010). Funkce genů a pseudogenních mRNA nezávislá na kódování reguluje biologii nádoru. Nature, 465 (7301), 1033.
4. Tutar Y. (2012). Pseudogeny. Srovnávací a funkční genomika, 2012, 424526.
5. Zheng, D., a Gerstein, MB (2007). Nejasná hranice mezi geny a pseudogeny: mrtví povstanou, nebo ano? Trends in Genetics, 23 (5), 219-224.