Молчащие гены-псевдогены Научный проект по молекулярной биологии студенток

Молчащие гены-псевдогены Научный проект по молекулярной биологии студенток I курса группы №1124 Петку Марианны и Шаруда Анастасии Научный руководитель: Перчуляк Людмила Петровна Государственный Университет Медицины и Фармации «Николая Тестемицану»

Псевдогены (англ. pseudogenes) — нефункциональные аналоги структурных генов, утратившие способность кодировать белок и не экспрессирующиеся в клетке. Термин «псевдоген» был впервые предложен в 1977 году.

Псевдогены происходят от обычных функциональных генов, однако утрачивают способность экспрессии в результате мутаций (появление стоп-кодонов, сдвиг рамки считывания и т. п.) Иногда число процессированных псевдогенов может превосходить число соответствующих функциональных генов на несколько порядков. Один из примеров — семейство Alu-повторов, содержащих характерный сайт рестрикции Alu1-эндонуклеазыству .

Поскольку псевдоген потерял функцию, на него влияют два эволюционных процесса (Grauretal, 1989b ). Быстрое накопление точечных мутаций , что неизбежно стирает сходство последовательностей псевдогена и его функционального гомолога, который эволюционирует гораздо медленнее. Нуклеотидный состав псевдогена будет становиться все более и более похожим на состав его нефункционального окружения, он будет "смешиваться" с этим окружением. Этот процесс получил название композиционной ассимиляции.

2) Укорачивание псевдогена по сравнению с функциональным геном. Это сокращение длины вызывается тем, что делеции преобладают над инсерциями. Процесс этот очень медленный, геном человека, например, все еще содержит основные участки ДНК псевдогенов, найденные у самых отдаленных предков. Очевидно, что эти древние псевдогены к настоящему времени потеряли практически любое сходство со своими функциональными гомологами.

Ученые доказали, что каждый человек является обладателем 30 тысяч генов. В каждой клетке человеческого организма 2 метра ДНК. Если сложить все ДНК человеческого организма, то получится две Земные орбиты вокруг солнца или 2 млрд. км. Одинаковое количество генов с одинаковой информацией, но почему-то мы все разные. Самое удивительное, что из всей генетической “библиотеки” мы используем только 10%, остальные 90% - молчащие гены, которые ученые называют “мусорная” ДНК.

Недавно ученые обнаружили: часть наших молчащих генов есть и у шимпанзе, но у них они нормально функционируют. Отсюда возникла гипотеза: с эволюционным развитием гены постепенно выключались, благодаря чему и появился человек разумный. Если в будущем человеку нужно будет приспособиться к изменившейся среде, “молчащие” гены заговорят. Иногда молчащие гены включаются в работу. Правда, только в клетках мозга. Когда нейроны коры головного мозга активны – в них начинают считываться до 80% разных генов. А если молчащие гены не “мусорная” ДНК, а золотой запас эволюции???

В 1999 году М. Олсон предложил гипотезу, известную под названием «less is more» («меньше значит больше»), согласно которой утрата генов может открывать путь для прогрессивных преобразований. Например, выключение гена MYH16 привело к уменьшению (редукции) жевательной мускулатуры у предков рода Homo, а это, в свою очередь, позволило мозгу начать увеличиваться.

Среди выключившихся генов многие оказались связаны с обонянием и иммунитетом. Обонятельные гены могли отключиться просто «за ненадобностью». В борьбе за выживание хороший нюх едва ли давал нашим предкам большое преимущество, и естественный отбор не выбраковывал особей со слабым обонянием.

У мышей с искусственно выключенным иммунным геном Mbl1 реже развивается сепсис, так что отключение этого гена повышает выживаемость. Человеческий ген Mbl1, как выяснилось, выключен у 100% лиц вне африканского происхождения и у 89% африканцев. «Испортившая» его мутация возникла около 60 тысяч лет назад, незадолго до выхода наших предков с африканского континента. Носители мутации явно получили какое-то важное преимущество, потому что мутация начала быстро распространяться в популяции.

«Молчащие» гены предупреждают о развитии рака! При развитии некоторых типов рака часть генетического материала в опухолевой клетки «выключена» с помощью химических соединений. В роли этих химических меток выступают метильные группы, вызывающие изменения в экспрессии генов, не изменяя первичную структуру ДНК. Совместная работа учёных из Немецкого центра исследований рака (DeutschesKrebsforschungszentrum, DKFZ) совместно с коллегами из Университета штата Огайо, США, (OhioStateUniversity) показала, что метилирование приводит к подавлению экспрессии генов и является первым сигналом о начале развития злокачественной опухоли.

Молчащие гены и микроРНК Результаты исследований последних лет позволяют предположить, что тысячи и тысячи мРНК и некодирующих РНК вместе с группой псевдогенов, принимают участие в тайных разведывательных операциях клеточных микроРНК (microRNA), образуя новую категорию генетических элементов, которые в случае мутации могут приводить к возникновению рака и многих других заболеваний человека.

Болезнь Шарко—Мари— Туса В результате неправильного спаривания гомологичных хромосом и последующего неравного кроссинговера происходит либо удвоение, либо исчезновение участка хромосомы, содержащего ген РМР22, что является причиной развития болезни Шарко—Мари— Туса или наследственной нейропатии со склонностью к параличам. Болезнь Шарко—Мари—Туса типа 1А — аутосомно-доминантное заболевание, клиническими проявлениями которого являются слабость и атрофия перонеальных, а также других мышц дистальных отделов конечностей, отсутствие глубоких сухожильных рефлексов, нарушения чувствительности, типично снижение скорости проведения импульса по тибиальному нерву.

Выводы: Псевдогены являются составной частью генома человека. Псевдогены не только реликтовые последовательности, но и имеют важное значение в патологии человека. Открытия последних лет выделяет новый фундаментальный аспект генома человека, что позволит проводить быструю идентификацию и выявление функциональных характеристик новых связанных с заболеваниями генов, улучшая, таким образом, диагностику и эффективное лечение рака и других заболеваний».