Скривени механизам стварања гена

Истраживачи са Универзитета у Хелсинкију открили су механизам који генерише тренутно рођење ДНК хомолози, што може довести до стварања нових микроРНА гена из некодирајућих ДНК секвенци. Ово откриће је направљено током проучавања грешака у репликацији ДНК и њиховог утицаја на њу РНА Молекуларне структуре, пружа нове увиде у порекло гена.

Сложеност живих организама је кодирана у њиховим генима, али одакле ти гени долазе? Истраживачи са Универзитета у Хелсинкију су решили отворена питања о пореклу малих регулаторних гена и описали механизам који ствара њихову хомологију ДНК. Под правим условима, ови хомолози се развијају у микроРНК гене.

Гени и протеини: градивни блокови живота

Људски геном садржи ца. 20.000 гена се користи за изградњу протеина. Деловање ових класичних гена координисано је хиљадама регулаторних гена, од којих најмањи кодирају микроРНА молекуле дужине 22 пара база. Док број гена остаје релативно константан, понекад се нови гени појављују током еволуције. Као и настанак биолошког живота, порекло нових гена наставља да фасцинира научнике.

Решите наизменичну слагалицу

Сви молекули РНК захтевају наизменичне сетове база које закључавају молекул у његову функционалну форму. Важно је да су шансе да насумичне базне мутације формирају такве прогресивно наизменичне путеве веома мале, чак и за једноставне микроРНК гене. Стога је порекло ових наизменичних секвенци збунило истраживаче. Стручњаци са Института за биотехнологију Универзитета у Хелсинкију у Финској решили су ову загонетку, описујући механизам који може тренутно да генерише комплетне ДНК хомологе, стварајући тако нове микроРНК гене из претходно некодираних ДНК секвенци.

Увид у репликацију ДНК

У пројекту који је финансирала Академија Финске, истраживачи су проучавали грешке у репликацији ДНК. Ари Луитиноја, вођа пројекта, упоређује репликацију ДНК са штампаним текстом.

„ДНК се копира једну по једну базу, а мутације су обично појединачне погрешне базе, попут погрешних потеза на тастатури лаптопа. Проучавали смо механизам који доводи до већих грешака, попут копирања и лепљења текста из другог контекста. Посебно смо били заинтересовани када сте копирали текст уназад тако да ствара симетричан текст.

Истраживачи су проучавали механизам грешке у репликацији ДНК и приметили да неке грешке стварају хомологе који се могу трансформисати у структуре укосница. Кредит: Ари Лоитиноја

РНК структуре и ДНК грешке.

Истраживачи су схватили да грешке у репликацији ДНК понекад могу бити корисне. Они су описали ове налазе Микку Фрееландеру, стручњаку за биологију РНК. Одмах је видео везу са структуром молекула РНК.

„У молекулу РНК, базе суседних хомолога могу да се упарују и формирају структуре налик укосницама. Такве структуре су неопходне за функцију РНК молекула“, објашњава он.

Истраживачи су одлучили да се фокусирају на микроРНА гене због њихове једноставне структуре: гени су веома кратки – само неколико десетина база – и морају да се склопе у структуру укоснице да би правилно функционисали.

Централна идеја је била моделирање историје гена користећи прилагођени компјутерски алгоритам. Према постдокторском истраживачу Хелле Монтеинен, ово омогућава најближе испитивање порекла гена до сада.

„Познати су комплетни геноми десетина примата и сисара. Поређење њихових генома открива Класификујте Они поседују палиндромски пар микроРНК, који им недостаје. „Детаљним моделирањем историје можемо видети да су комплетни хомолози створени појединачним догађајима мутације“, каже Монтинен.

Основна идеја је била моделирање историје гена користећи информације сродних врста. Моделирање је показало да се хомолози гена микроРНА генеришу појединачним догађајима мутације. Кредит: Ари Лоитиноја

Археологија и космополитизам

Фокусирајући се на људе и друге примате, истраживачи у Хелсинкију су показали да новооткривени механизам може објаснити најмање четвртину нових микроРНА гена. Пошто су слични случајеви пронађени у другим еволуционим линијама, механизам настанка изгледа универзалан.

У принципу, појава микроРНА гена је толико лака да нови гени могу утицати на људско здравље. Хеле Монтинен види важност рада у већем обиму, на пример у разумевању основних принципа биолошког живота.

„Појава нових гена из ничега је запањила истраживаче. Сада имамо елегантан модел за еволуцију РНК гена.“

Иако су налази засновани на малим регулаторним генима, истраживачи верују да се налази могу генерализовати на друге гене и РНК молекуле. На пример, коришћењем сировина које генерише новооткривени механизам, природна селекција може створити сложеније РНК структуре и функције.

Студија је објављена у Са људима.

Референца: „Де ново генерација миРНА из пребацивања шаблона током репликације ДНК“ од Хели АМ Монттинен, Микко Ј. Фриландер и Ари Лоитиноја, 29. новембар 2023. Зборник радова Националне академије наука.
дои: 10.1073/пнас.2310752120