Pseudogeenit — määritelmä, synty ja merkitys genomissa
Pseudogeenit — määritelmä, synty ja merkitys genomissa: tutustu inaktiivisten geenien syntyyn, evoluutioon ja niiden mahdollisiin säätelyrooleihin.
Pseudogeenit ovat geenejä, jotka ovat menettäneet toimintansa: ne eivät enää ilmaise samaa tuotetta kuin alkuperäinen toimiva geeni tai eivät kykene koodaamaan ehjää proteiinia. Usein niiden ekspressio solussa on kadonnut tai häiriintynyt (geeniekspressio). Termi esitettiin alun perin vuonna 1977, ja siitä lähtien pseudogeenit on nähty sekä "roska-DNA:n" osina että evoluutiota heijastavina merkkeinä.
Miten pseudogeenit syntyvät
Pseudogeenien synty voi tapahtua useilla eri tavoilla. Tavallisia mekanismeja ovat geeniduplikaatioon liittyvät mutaatiot, retrotranspositio sekä yksittäisen geenin inaktivaatio. Mutaatioista tyypillisimpiä ovat pysäytyskodonien (stop-kodonien) ilmaantuminen, läpimurtumat eli frameshift-mutaatiot ja promoottorialueen vaurioituminen, jotka estävät normaalin transkription tai käännöksen.
Tyypit
- Prosessoidut (retrogeeniperäiset) pseudogeenit: syntyvät, kun mRNA käännetään takaisin DNA:ksi (retrotranspositio) ja reintegroituu genomiseen kohtaan. Niiltä puuttuvat usein intronit, niissä näkyy poly-A-jäänne ja ne voivat olla ympäröityinä toistojaksoilla.
- Prosessoimattomat (duplikaatioperäiset) pseudogeenit: syntyvät geenin duplikaation jälkeen, kun toinen kopio kerää deleetioita tai mutaatioita, jotka tuhoavat funktion. Näissä pseudogeeneissä voi säilyä introneja ja alkuperäisen geenin rakenne muistuttaa enemmän toimivaa mallia.
- Unitaariset pseudogeenit: syntyvät, kun ainoa geenikopio inaktivoituu ilman, että toimiva kopio jää jäljelle (esim. ihmisen kyvyttömyys syntetisoida C-vitamiinia johtuu tällaisesta inaktivoituneesta geenistä).
Ominaisuudet ja tunnistaminen
Pseudogeeneillä on usein geenin kaltaisia sekvenssiominaisuuksia, mutta ne eivät koodaa toimivaa proteiinia. Niiden tunnistuksessa käytetään bioinformatiikkaa ja vertailua toimiviin geeneihin: etsitään konservoituneita alueita, tarkastetaan varhaiset pysäytyskodonit, frameshift-mutaatiot, puuttuvat promoottorit tai intronien puuttuminen prosessoiduissa pseudogeeneissä. Lisäksi retrogeenien tunnistaa usein poly-A-jäännöksistä ja toistojaksoista ympärillä.
Toiminnallisuus — eivät aina "roskaa"
Vaikka pseudogeenejä on perinteisesti kutsuttu roska-DNA:ksi, osa niistä säilyttää tai kehittää toiminnallisuutta. Pseudogeeni voi olla transkriptoitu ja toimia esimerkiksi säätely-RNA:n lähteenä (miRNA/siRNA-alkuperä), toimia kilpailijana siten, että se sitoo miRNA:ita ja vaikuttaa alkuperäisen geenin ekspressioon (ceRNA-ilmiö), tai osallistua gene conversion-tapahtumiin, jotka voivat vaikuttaa toimivien geenien sekvensseihin. Tunnettu esimerkki säätelystä on PTEN-geenin pseudogeeni PTENP1, joka voi vaikuttaa PTEN:n ekspressioon kilpailullisen RNA-välityksen kautta.
Evolutiivinen merkitys
Pseudogeenit tarjoavat arkeologisen tallenteen genomihistoriasta: koska ne ovat peräisin toimivista geeneistä, niiden sekvenssit sisältävät tietoa yhteisestä syntyperästä ja mutaatioiden kertymisestä ajan myötä. Samalla tavoin kuin Darwin kuvasi lajien yhteistä alkuperää, myös pseudogeenillä ja alkuperäisellä funktionaalisella geenillä on yhteinen esi-isä, minkä avulla voidaan arvioida eriytymisen ajankohtaa ja evolutiivisia tapahtumia (ks. lajinmuodostus)).
Pseudogeenit genomissa ja kliiniset näkökulmat
Ihmisen genomissa on tuhansia pseudogeenejä; ne ovat erityisen yleisiä tietyn geeniperheiden, kuten olfaktoristen reseptorien, alueilla. Pseudogeenit voivat vaikuttaa genomien rakenteeseen ja toimintaan ja niillä on myös kliinistä merkitystä: ne voivat hämätä genomianalyysia, vaikuttaa geeniekspressioon tai toimia biomarkkereina. Joissain tapauksissa pseudogeenistä voi syntyä peptidituotetta tai sen läsnäolo voi liittyä sairauksiin, jolloin sen tunnistaminen ja ymmärtäminen on tärkeää lääketieteellisessä genetiikassa.
Yhteenveto
Pseudogeenit eivät ole yksiselitteisesti hyödyttömiä: ne ovat monimuotoisia, syntyvät eri mekanismeilla ja voivat olla sekä evolutiivisesti informatiivisia että funktionaalisesti merkityksellisiä. Nykyiset genomitutkimukset pyrkivät erottamaan "puhtaat" inaktiiviset pseudogeenit niistä, joilla on säätely- tai muita tehtäviä, ja näin tarkentamaan käsitystämme genomin toiminnasta ja evoluutiosta.
Kuva mutaatioista, jotka voivat aiheuttaa pseudogeenejä. Ihmisen sekvenssi on hajugeeniperheeseen kuuluvan pseudogeenin sekvenssi. Simpanssisekvenssi on toiminnallinen ortologi. Keskeiset erot on korostettu
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä ovat pseudogeenit?
V: Pseudogeenit ovat ei-toimivia geenejä, jotka ovat menettäneet geeniekspressionsa solussa tai kykynsä koodata proteiinia.
K: Milloin termi "pseudogeenit" keksittiin?
V: Termi "pseudogeenit" keksittiin vuonna 1977.
K: Miten pseudogeenit syntyvät?
V: Pseudogeenit voivat johtua mutaatioista geenissä, jonka tuotetta ei tarvita organismin eloonjäämisen kannalta.
K: Onko pseudogeenien DNA toiminnallinen?
V: Vaikka pseudogeenien DNA ei koodaa proteiineja, se voi olla toiminnallista, ja se voi olla samanlaista kuin muunlainen ei-koodaava DNA, jolla on säätelytehtävä.
K: Miksi pseudogeenit leimataan usein roska-DNA:ksi?
V: Pseudogeenien ajatellaan yleensä olevan genomista poistettavan genomimateriaalin viimeinen pysäkki, joten ne leimataan usein roska-DNA:ksi.
K: Onko pseudogeeneillä geenin kaltaisia ominaisuuksia?
V: Kyllä, useimmilla pseudogeeneillä on joitakin geenin kaltaisia ominaisuuksia.
K: Mitä biologista ja evoluutiohistoriaa pseudogeenit sisältävät?
V: Pseudogeenit sisältävät sekvensseissään kiehtovia biologisia ja evoluutiohistoriallisia tietoja, koska pseudogeeni on samaa sukua toimivan geenin kanssa. Samalla tavalla kuin Darwin ajatteli, että kahdella lajilla on yhteinen esi-isä, jonka jälkeen ne ovat eronneet toisistaan miljoonien vuosien ajan, myös pseudogeenillä ja siihen liittyvällä funktionaalisella geenillä on yhteinen esi-isä, ja ne ovat eronneet toisistaan erillisinä geneettisinä kokonaisuuksina miljoonien vuosien aikana.
Etsiä