V genomech savců našel stovky dříve neznámých genů

Nové metody analýzy genomu umožnily odhalit více než jednu a půl tisíce neznámých genů u savců. Tyto geny nejsou kódovány proteiny, ale velké molekuly RNA provádějící různé regulační funkce. New-otevřené geny ukazují vysokou úroveň podobnosti (konzervatismus) v různých savcích, což naznačuje jejich důležitý funkční význam. Dříve bylo známo jen asi tucet takových genů. Jak se ukázalo, velké regulační RNA se provádějí v buňkách savců s širokou škálou úkolů - od regulace buněčných divizí pro řízení vlastností kmenových buněk.

V poslední době došlo k sadě dat, které označují, že u savčích buněk jsou podrobeny "čtení" (transkripce) nejen ty oblasti genomu, které kódují proteiny nebo známé funkční molekuly RNA (RRNA, TRNA, MICROGG, atd.), ale mnoho dalších oblastí, které se zdají zdát, že nemají užitečné informace.

Jinými slovy, buňka z nějakého důvodu produkuje mnoho transkriptů (rNA molekuly syntetizované na matrici DNA), jejichž funkce jsou zcela nepochopitelné. Mnozí odborníci předpokládali, že tyto přepisy nejsou nic jiného než "odpadky", náhodným postranním zápisu díla enzymů RNA-polymerázy zodpovědných za transkripci (viz.: Studie lidského genomu přichází do nové fáze, "prvky", 20.06.2007).

Všechny funkce byly detekovány pouze tucet velkých non-kódujících molekuly RNA (oni dostali jméno velké intervenující non-kódující RNA, Lincrnas). Ukázalo se, že se podílejí na regulaci díla genů a transportních látek z cytoplazmy v jádrech, pomáhají inaktivovat "přebytek" X-chromozomu u žen a implementují genomický otisk. Proč nezbytek nevyúčtujících transkriptů potřebuje, stále zůstal tajemstvím.

V posledním vydání časopisu přírody, velká skupina amerických vědců oznámila vývoj účinné metody, která umožňuje rozsáhlé hledání genů funkční lincrna. Způsob je založen na analýze struktury histonu H3 - jeden z proteinů, ke kterému je DNA "zraněna" v jádře eukaryotické buňky (cm). chromatin). Výzkumníci zjistili, že všechny geny čtené enzymem RNA-polymerázy II (tento enzym přepsá převážnou většinu genů v eukaryotech), lze identifikovat speciálními "tagy" (cm. Remodelování chromatinu), že buňka klade na molekuly Histon H3. Tyto molekuly H3, na kterých je promotorový gen rány, jsou vyrobeny metlyací zbytku lisinové aminokyseliny, zabírá 4. polohu v molekule histonu. Kromě toho, další lysin zabírající 36. polohu je v celé transkribované části genu v molekulách H3.

Tyto štítky mohou být detekovány speciálně odvozenými protilátek, které rozpoznávají methylované molekuly H3 v kompozici chromatinu a připojené k nim (viz. Imunoprecipitace). Tímto způsobem může být detekován gen (definovat sekvenci nukleotidů).

S touto metodou můžete odhalit všechny geny transkribované RNA polymerázu II. Je zřejmé, že z nich je nejvíce částí známých genů kódujících proteiny nebo funkční RNA. Ale pokud z celkového počtu genů identifikovaných tímto způsobem, všechny dříve známé (a v genomu myšího je neznámých genů neznámých proteinově kódujících), pak zbývající, s největší pravděpodobností, bude požadované lincrna geny.

S touto metodou vědci zjistili asi 1600 údajných nových genů o délce alespoň 5000 nukleotidů v myším genomu, každý (menší geny byly jednoduše ignorovány) a určily jejich nukleotidové sekvence.

Nyní bylo nutné dokázat, že se jedná o skutečně pracovní geny, to znamená, že buňka je vlastně přepsána. Pro to byla RNA izolována z několika typů myších buněk a zkontrolována, zda byly molekuly mezi nimi odpovídající nukleotidovým sekvencím našel nové geny (viz. DNA microarray). Výsledek byl pozitivní - tedy gen našel práci.

Dalším krokem bylo najít podobné sekvence v genomech jiných savců. Výsledek byl také pozitivní a ukázalo se, že lincrna geny se liší poměrně vysokého konzervatismu. To znamená, že během vývoje savců se trochu změnili. Konzervatismus je znamením, že tato sekce DNA je pro tělo důležitá a většina mutací vznikajících v něm je vybrána. Úroveň konzervatismu nových genů byla přibližně stejná jako první deset z dříve nalezených genů Lincrna. Tato hladina je nižší než u genů kódujících protein, ale je podstatně vyšší než u všech ostatních částí nevyužité DNA, které nemají známé funkce. Konzervatismus genů funkční RNA je obecně nižší než u genů kódujících protein, protože funkční molekuly RNA jsou tolerantnější pro změny v jejich nukleotidové sekvence než proteiny - ke změně ve své aminokyselinové sekvenci. Jinými slovy, mutace genů funkční RNA jsou mnohem méně pravděpodobné, že budou škodlivé než mutace genů kódujících proteinové.

Promotory genů lincrna, jak se ukázalo, mají přesně stejný stupeň konzervatismu, stejně jako promotory genů kódujících proteinů. To je pochopitelné, protože všechny tyto geny jsou čteny stejnou enzymovou RNA polymerázou II, který musí být připevněn k promotoru pro zahájení transkripce.

Jaké funkce jsou prováděny v organismu savců mnoha lincrna? Zřídit to přímo je nesmírně obtížné, takže výzkumníci šel obejít. Analyzovali povahu exprese genů lincrna v různých orgánech a tkáních a v různých fázích embryonálního vývoje. Je známo, že "obyčejné", to znamená, že geny kódující protein se silně liší ve své aktivitě v různých buňkách a v různých časech. Některé genové sady jsou zahrnuty například pouze v průběhu buněk divize, jiní - pouze v jaterních buňkách, třetí - při rezervaci určitého orgánu v embryogenezi a t. D. Ukázalo se, že Lincrna geny se chovají stejným způsobem. Byly identifikovány skupiny lincrna genů, které jsou aktivovány současně s určitými funkčními skupinami genů kódujících protein. Tímto způsobem bylo prokázáno, že Lincrna, zřejmě se podílet na regulaci buněčných divizí, v práci imunitního a nervového systému, v diferenciaci embryonálních kmenových buněk, v mnoha jiných embryogenezích procesů, při tvorbě závaží ( genitální buňky) ve svalovém růstu a t. D.

V některých případech se funkce LinCrna podařilo více rozhodně demonstrovat pomocí složitých experimentů. Například bylo známo, že protein P53 hraje důležitou roli při opravě poškození v molekulách DNA. Jak přesně to dělá, to bylo neznámé. Teď se ukázalo, že p53 rozpoznává promotory několika genů lincrna a je k nim připojen, což vede k prudkému zvýšení aktivity těchto genů. Poškození DNA vede k aktivaci 39 lincrna genů, ale pokud vypnete gen kódující p53 protein v buňkách, poškození DNA přestane stimulovat svou aktivitu. Jak Lincrna pomáhá opravit poškozenou DNA ještě není jasná, ale skutečnost, že užívají nějakou účast, není pochyb.

Mechanismy působení Lincrna - to znamená, jak přesně ovlivňují buněčné procesy - jsou stále neznámé, ale existuje dobrý důvod věřit, že mnoho z nich se podílí na regulaci činnosti jiných genů. To indikuje například skutečnost, že mezi geny kódujících proteinem umístěné vedle genů lincrna, se prudce zvýšila procento genů kódujících transkripční regulátory (transkripční faktory, které provádějí methylaci histonů a t. P.). Snad Lincrna nějak "spolupracují" s regulačními proteiny - například zašleme svou činnost v určitých oblastech genomové DNA.

Nedávno nové funkce molekul RNA otevřeny neustále (viz. Spojení na dně). To je velmi dobře v souladu s teorií "RNA-World", podle kterého, v časných fázích vývoje života byly všechny funkce prováděné proteiny prováděno molekulami RNA. Kdyby to bylo opravdu, pak byste měli očekávat, že v moderních buňkách pro RNA by mohlo zůstat hodně různých věcí. Který je potvrzen mnoha objevem posledních let.