Jauns pētījums atklāj mehānismu DNS homologu ģenerēšanai, kas varētu radīt jaunus mikroRNS gēnus, atklājot gēnu izcelsmi un, iespējams, ietekmējot mūsu izpratni par RNS struktūrām.
Helsinku universitātes pētnieki ir atklājuši mehānismu, kas ģenerē tūlītēju dzimšanu DNS homologi, kas var novest pie jaunu mikroRNS gēnu radīšanas no nekodējošām DNS sekvencēm. Šis atklājums tika veikts, pētot DNS replikācijas kļūdas un to ietekmi uz to RNS Molekulārās struktūras, sniedz jaunu ieskatu gēnu izcelsmē.
Dzīvo organismu sarežģītība ir iekodēta to gēnos, bet no kurienes šie gēni nāk? Helsinku universitātes pētnieki ir atrisinājuši neatrisinātus jautājumus par mazu regulējošo gēnu izcelsmi un aprakstījuši mehānismu, kas rada to DNS homoloģiju. Pareizos apstākļos šie homologi attīstās par mikroRNS gēniem.
Gēni un olbaltumvielas: dzīvības pamatelementi
Cilvēka genomā ir apm. Olbaltumvielu veidošanai tiek izmantoti 20 000 gēnu. Šo klasisko gēnu darbību koordinē tūkstošiem regulējošo gēnu, no kuriem mazākais kodē mikroRNS molekulas, kuru garums ir 22 bāzes pāri. Lai gan gēnu skaits paliek relatīvi nemainīgs, dažreiz evolūcijas laikā parādās jauni gēni. Tāpat kā bioloģiskās dzīvības izcelsme, arī jaunu gēnu izcelsme turpina fascinēt zinātniekus.
Atrisiniet mainīgo mīklu
Visām RNS molekulām ir nepieciešami mainīgi bāzu komplekti, kas bloķē molekulu tās funkcionālajā formā. Svarīgi, ka nejaušu bāzes mutāciju iespējamība, kas veido šādus pakāpeniski mainīgus ceļus, ir ļoti maza pat vienkāršiem mikroRNS gēniem. Tādējādi šo mainīgo secību izcelsme ir mulsinājusi pētniekus. Somijas Helsinku Universitātes Biotehnoloģijas institūta speciālisti ir atrisinuši šo mīklu, aprakstot mehānismu, kas var acumirklī radīt pilnīgus DNS homologus, tādējādi radot jaunus mikroRNS gēnus no iepriekš nekodētām DNS sekvencēm.
Ieskats DNS replikācijā
Somijas akadēmijas finansētajā projektā pētnieki pētīja kļūdas DNS replikācijā. Projekta vadītājs Ari Luitinoja DNS replikāciju salīdzina ar teksta drukāšanu.
“DNS tiek kopēta pa vienai bāzei, un mutācijas parasti ir atsevišķas nepareizas bāzes, piemēram, klēpjdatora tastatūras kļūdaini sitieni. Mēs pētījām mehānismu, kas rada lielākas kļūdas, piemēram, teksta kopēšana un ielīmēšana no cita konteksta. Mūs īpaši interesēja kad esat nokopējis tekstu atpakaļ, lai tas izveidotu simetrisku tekstu.
Pētnieki pētīja kļūdu mehānismu DNS replikācijā un novēroja, ka dažas kļūdas rada homologus, kas var pārveidoties matadata struktūrās. Kredīts: Ari Löytynoja
RNS struktūras un DNS kļūdas.
Pētnieki ir sapratuši, ka DNS replikācijas kļūdas dažkārt var būt noderīgas. Viņi aprakstīja šos atklājumus Mikko Frīlanderam, RNS bioloģijas ekspertam. Viņš uzreiz redzēja saistību ar RNS molekulu struktūru.
“RNS molekulā blakus esošo homologu bāzes var savienoties pārī un veidot matadata līdzīgas struktūras. Šādas struktūras ir būtiskas RNS molekulu darbībai,” viņš skaidro.
Pētnieki nolēma koncentrēties uz mikroRNS gēniem to vienkāršās struktūras dēļ: gēni ir ļoti īsi — tikai daži desmiti bāzu — un, lai tie darbotos pareizi, tiem ir jāsaloka matadata struktūrā.
Galvenā ideja bija modelēt gēnu vēsturi, izmantojot pielāgotu datora algoritmu. Pēc doktorantūras pētnieces Helles Monteinenas teiktā, tas ļauj līdz šim vistuvāk izpētīt gēnu izcelsmi.
“Ir zināmi desmitiem primātu un zīdītāju pilnie genomi. To genomu salīdzinājums atklāj, kuri no tiem. Klasificēt Tam ir palindromu mikroRNS pāris, kura tam trūkst. “Detalizēti modelējot vēsturi, mēs varam redzēt, ka pilnīgus homologus rada atsevišķi mutācijas notikumi,” saka Montinens.
Pamatideja bija modelēt gēnu vēsturi, izmantojot informāciju no radniecīgām sugām. Modelēšana ir parādījusi, ka mikroRNS gēnu homologus rada atsevišķi mutācijas notikumi. Kredīts: Ari Löytynoja
Arheoloģija un kosmopolītisms
Koncentrējoties uz cilvēkiem un citiem primātiem, Helsinku pētnieki pierādīja, ka jaunatklātais mehānisms varētu izskaidrot vismaz ceturto daļu jauno mikroRNS gēnu. Tā kā līdzīgi gadījumi ir konstatēti citās evolūcijas līnijās, izcelsmes mehānisms šķiet universāls.
Principā mikroRNS gēnu rašanās ir tik vienkārša, ka jauni gēni var ietekmēt cilvēka veselību. Helle Montinena redz, cik svarīgi ir strādāt plašākā mērogā, piemēram, izprast bioloģiskās dzīves pamatprincipus.
“Jaunu gēnu parādīšanās no nekā ir pārsteigusi pētniekus. Tagad mums ir elegants RNS gēnu evolūcijas modelis.”
Lai gan atklājumi ir balstīti uz maziem regulējošiem gēniem, pētnieki uzskata, ka atklājumus var vispārināt ar citiem gēniem un RNS molekulām. Piemēram, izmantojot jaunatklātā mehānisma radītās izejvielas, dabiskā atlase var radīt sarežģītākas RNS struktūras un funkcijas.
Pētījums tika publicēts Ar cilvēkiem.
Atsauce: “De novo miRNS ģenerēšana no veidņu maiņas DNS replikācijas laikā”, Heli AM Mönttinen, Mikko J. Frilander un Ari Löytynoja, 2023. gada 29. novembris, Proceedings of the National Academy of Sciences.
doi: 10.1073/pnas.2310752120
