V genómach cicavcov našli stovky predtým neznámych génov

Nové metódy genómovej analýzy umožnili odhaliť viac ako jednu a pol tisíc neznáme gény u cicavcov. Tieto gény nie sú zakódované proteíny, ale veľké molekuly RNA vykonávajúce rôzne regulačné funkcie. Nové otvorené gény demonštrujú vysokú úroveň podobnosti (konzervativizmus) v rôznych cicavcoch, čo ukazuje na ich dôležitý funkčný význam. Skoršie, len asi tucet týchto génov bolo známe. Ako sa ukázalo, veľké regulačné RNA sa vykonávajú v bunkách cicavcov so širokou škálou úloh - od regulácie bunkových divízií na kontrolu vlastností kmeňových buniek.

V poslednej dobe sa vyskytla súbor údajov, ktoré naznačujú, že v cicavčích bunkách sa podrobia "čítaniu" (transkripcie) nielen tie oblasti genómu, ktoré kódujú proteíny alebo známe funkčné molekuly RNA (RRNA, TRNA, MICROG, atď.), ale mnoho ďalších oblastí, ktoré zdajú, že nemajú užitočné informácie.

Inými slovami, bunka z nejakého dôvodu produkuje mnohé transkripty (RNA molekuly syntetizované na DNA matrici), ktorých funkcie sú úplne nezrozumiteľné. Mnohí odborníci predpokladali, že tieto prepisy nie sú viac ako "odpadky", náhodné postranné písanie práce RNA-polymerázových enzýmov zodpovedných za transkripciu (pozri.: Štúdia ľudského genómu prichádza do novej fázy, "prvky", 20.06.2007).

Aké funkcie boli zistené iba tucet veľké nekódujúce RNA molekuly (majú názov veľkého zasahujúceho Non-kódovanie RNA, LINCRNAS). Ukázalo sa, že sú zapojené do regulácie práce génov a dopravných látok z cytoplazmy v jadre, pomáhajú inaktivovať "prebytok" X-chromozómu u žien a implementovať genómové potlačenie. Prečo nezvyšuje nezvyčajné prepisy, stále zostal tajomstvom.

V najnovšej problematike prírodného časopisu, veľká skupina amerických vedcov oznámila vývoj účinnej metódy, ktorá umožňuje rozsiahle hľadanie génov funkčnej linkrny. Spôsob je založený na analýze štruktúry histonu H3 - jedného z proteínov, ku ktorým je DNA "zranená" v jadre eukaryotickej bunky (cm. chromatín). Výskumní pracovníci zistili, že všetky gény, ktoré čítajú enzým RNA-polymerázy II (tento enzým transkripuje prevažnú väčšinu génov v eukaryotoch), môže byť identifikovaná špeciálnymi "tagmi" (cm. Chromatín remodeling), že bunka kladie na histon h3 molekuly. Tieto H3 molekuly, na ktorých je promótorový gén rany, sa pripravia metyláciou lizmínového aminokyselinového zvyšku, zaberajú 4. polohu v histonovej molekule. Okrem toho, ďalší lyzín zaberaný 36. polohu je metlovaný pozdĺž celej transkribovanej časti génu v molekulách H3.

Tieto štítky môžu byť detegované s použitím špeciálne odvodených protilátok, ktoré rozpoznávajú metylované molekuly H3 v zložení chromatínu a pripojené k nim (pozri. Immunoprecipitácia). Gén zistil týmto spôsobom môže byť komplikovať (definovať sekvenciu nukleotidov).

S touto metódou môžete odhaliť všetky gény transkribované RNA polymerázy II. Je jasné, že väčšina z nich je dlhoročná gény kódujúca proteíny alebo funkčnú RNA. Ale ak z celkového počtu identifikovaných génov týmto spôsobom, všetky predtým známe (a myšací genóm nie je neznáme neznáme gény kódovania proteínov), potom zostávajúce, s najväčšou pravdepodobnosťou bude požadované gény LINCRNA.

S touto metódou sa výskumníci zistili asi 1600 údajných nových génov s dĺžkou najmenej 5000 nukleotidov v myš genómu, každý (menší gény boli jednoducho ignorované) a určili ich nukleotidové sekvencie.

Teraz bolo potrebné dokázať, že to sú naozaj fungujúce gény, to znamená, že bunka je skutočne transkribovaná. Na tento účel bola RNA izolovaná z niekoľkých typov myších buniek a skontrolovaná, či tam boli molekuly medzi nimi zodpovedajúce nukleotidové sekvencie nájdené nové gény (pozri. DNA MICROARRAY). Výsledok bol pozitívny - preto gén našiel prácu.

Ďalším krokom bolo nájsť podobné sekvencie v genómach iných cicavcov. Výsledok bol tiež pozitívny a ukázal sa, že gény LINCRNA sa líšia pomerne vysokým konzervatizmom. To znamená, že počas vývoja cicavcov sa zmenili. Konzervativizmus je znamením, že táto časť DNA je dôležitá pre telo, a väčšina mutácií, ktoré vznikajú v nej. Úroveň konzervativitu nových génov bola približne rovnaká ako najvyššia desiatka predtým zistených génov LINCRNA. Táto úroveň je nižšia ako hodnota génov kódujúcich proteín, ale je významne vyššia ako u všetkých ostatných častí nevysubejúcej DNA, ktoré nemajú známe funkcie. Konzervatizmus génov funkčnej RNA je všeobecne nižší ako gény kódovania proteínov, pretože funkčné molekuly RNA sú tolerantné na zmeny v ich nukleotidovej sekvencii ako proteíny - k zmene svojej aminokyselinovej sekvencie. Inými slovami, mutácie génov funkčnej RNA sú oveľa menej pravdepodobné, že budú škodlivé ako mutácie génov kódujúcich proteín.

Génové promótory LINCRNA, ako sa ukázalo, majú presne rovnaký stupeň konzervatizmu, ako aj promótory génov kódujúcich proteín. To je zrozumiteľné, pretože všetky tieto gény sú čítané rovnakým enzýmom RNA polymeráza II, ktorá musí byť pripojená k promótoru na spustenie transkripcie.

Aké funkcie sa vykonávajú v organizme cicavcov mnohých lincrna? Zistiť, že to priamo je veľmi ťažké, takže výskumníci išli obísť. Analyzovali povahu expresie génov LinCRNA v rôznych orgánoch a tkanivách av rôznych štádiách embryonálneho vývoja. Je známe, že "obyčajné", to znamená, že gény kódujúce proteín sa výrazne líšia v ich aktivite v rôznych bunkách a v rôznych časoch. Niektoré génové súpravy sú zahrnuté napríklad len počas bunkového delenia, iní - len v pečeňových bunkách, tretie - pri rezervácii určitého orgánu v embryogenéze a t. D. Ukázalo sa, že gény LINCRNA sa správajú rovnakým spôsobom. Boli identifikované skupiny génov LINCRNA, ktoré sa aktivujú súčasne s určitými funkčnými skupinami génov kódujúcich proteín. Týmto spôsobom sa ukázalo, že LincrNA, zdanlivo sa zúčastňuje na regulácii bunkových divízií, v práci imunitného a nervového systému, v diferenciácii embryonálnych kmeňových buniek, v mnohých iných procesoch embryogenézy, pri tvorbe hmotností ( Genitálne bunky), rast svalov a t. D.

V niektorých prípadoch sa funkcia LINCRNA podarilo demonštrovať určnejšie s pomocou zložitých experimentov. Bolo známe, že proteín p53 hrá dôležitú úlohu pri korekcii poškodenia v molekulách DNA. Avšak, ako presne to robí, nebolo to neznáme. Teraz sa ukázalo, že p53 uznáva promótory niekoľkých génov LINCRNA a je k nim pripojené, čo vedie k prudkému zvýšeniu aktivity týchto génov. Poškodenie DNA vedie k aktivácii 39 génov LINCRNA, ale ak vypnete gén kódujúci proteín p53 v bunkách, poškodenie DNA prestane stimulovať ich aktivitu. Ako Lincrna pomáha opravovať poškodenú DNA ešte nie je jasná, ale skutočnosť, že si nejakú účasť nie je pochýb.

Mechanizmy pôsobenia Lincrna - to znamená, ako presne ovplyvňujú procesy buniek - sú stále neznáme, ale existuje dobrý dôvod domnievať sa, že mnohé z nich sú zapojení do regulácie aktivity iných génov. To ukazuje napríklad skutočnosť, že medzi gény kódujúcimi proteínmi umiestnenými vedľa génov LINCRNA, výrazne zvýšil percento génov kódujúcich transkripčné regulátory (transkripčné faktory, ktoré vykonávajú metyláciu histónov a t. Strhnúť.). Možno, že Lincrna nejako "spolupracuje" s regulačnými proteínmi - napríklad posielať svoje aktivity v určitých oblastiach genómovej DNA.

Nedávno sa neustále otvoria nové funkcie molekúl RNA (pozri. Odkazy na dne). Je to veľmi dobre v súlade s "teóriou RNA-World", podľa ktorej v počiatočných štádiách vývoja života, všetky funkcie vykonávané proteínov uskutočňované RNA molekulami. Ak to naozaj bolo, potom by ste mali očakávať, že v moderných bunkách pre RNA by mohla zostať veľa rôznych vecí. Ktoré potvrdzujú početné objavy posledných rokov.