Korunan kodlamayan dizi - Conserved non-coding sequence

Bir korunmuş kodlayıcı olmayan sekans ( MSS ) a, DNA dizisi, bir DNA kodlama yapmayan bir evrimsel korunan . Bu diziler, gen üretimini düzenleme potansiyelleri açısından ilgi çekicidir .

Bitkiler ve hayvanlardaki CNS'ler, transkripsiyon faktörü bağlama bölgeleri ve diğer cis- etkili düzenleyici elementlerle yüksek oranda ilişkilidir . Korunan kodlamayan diziler, bu bölgelerdeki mutasyonlar, korunan genlerin düzenlenmesini değiştirebileceğinden, türe özgü gen ekspresyon kalıpları üretebileceğinden, önemli evrimsel sapma bölgeleri olabilir . Bu özellikler onları karşılaştırmalı genomikte paha biçilmez bir kaynak haline getirdi .

Kaynaklar

Tüm CNS'lerin evrimleri üzerinde kısıtlamalar olması için bazı işlevleri yerine getirmesi muhtemeldir, ancak genomun neresinde bulunduklarına ve oraya nasıl geldiklerine göre ayırt edilebilirler.

intronlar

İntronlar , çoğunlukla ökaryotik organizmalarda bulunan ve genlerin kodlama bölgelerini kesintiye uğratan, temel çift uzunlukları üç büyüklük sırasına göre değişen dizi uzantılarıdır . İntron dizileri korunabilir, çünkü genellikle evrimlerine işlevsel kısıtlamalar getiren ifade düzenleyici öğeler içerirler . Farklı krallıkların türleri arasındaki korunmuş intron kalıpları, evrimsel tarihin farklı noktalarında intron yoğunluğu hakkında çıkarımlarda bulunmak için kullanılmıştır. Bu onları ökaryotlarda intron kazancı ve kaybının dinamiklerini anlamak için önemli bir kaynak yapar (1,28).

Çevrilmemiş bölgeler

En yüksek düzeyde korunmuş kodlamayan bölgelerden bazıları , intronlardan ziyade olgun RNA transkriptlerinin 3' ucundaki çevrilmemiş bölgelerde (UTR'ler) bulunur . Bu, transkripsiyon sonrası düzeyde çalışan önemli bir işlevi gösterir . Bu bölgeler önemli bir düzenleyici işlevi yerine getirirse, evrimsel zaman boyunca 3'-UTR uzunluğundaki artış, korunmuş UTR'lerin organizma karmaşıklığına katkıda bulunduğunu gösterir. UTR'lerde genellikle aynı metabolik aileye ait genlerde korunan düzenleyici motifler , RNA transkriptlerini hedefleyen oldukça spesifik ilaçlar geliştirmek için potansiyel olarak kullanılabilir.

Transpoze edilebilir elemanlar

Tekrarlayan elementler, birkaç farklı transpozisyon sürecinin bir sonucu olarak bir organizmanın genomunda birikebilir . Ökaryotların evrimi sırasında bunun ne ölçüde gerçekleştiği büyük ölçüde değişir: tekrarlayan DNA, sinek genomunun sadece % 3'ünü oluşturur, ancak insan genomunun %50'sini oluşturur .

Transposable elementlerin korunumunu açıklayan farklı teoriler vardır . Biri, psödojenler gibi , çevredeki değişikliklere daha hızlı adaptasyona izin veren yeni bir genetik materyal kaynağı sağladıklarını iddia ediyor. Daha basit bir alternatif, ökaryotik genomların, transpoze edilebilir elementlerin çoğalmasını önleyecek hiçbir aracı olmadığı için, bir genin içine veya yanına, temel işlevleri bozacak şekilde yerleştirilmediği sürece, birikmekte serbest olmalarıdır. Yakın zamanda yapılan bir araştırma, transpozonların, ötherian'a özgü CNS'lerin en az % 16'sına katkıda bulunduğunu ve onları memelilerde gen düzenlemesinin evriminde "büyük bir yaratıcı güç" olarak işaretlediğini gösterdi . Çoğaldıkları mekanizmalar ile ayırt edilen, yer değiştirebilir elemanların üç ana sınıfı vardır.

sınıflar

DNA transpozonları , ters çevrilmiş tekrar dizileriyle çevrili bir transpozaz proteinini kodlar . Transpozaz, diziyi kesip çıkarır ve onu genomun başka bir yerinde yeniden bütünleştirir. DNA replikasyonunun hemen ardından eksize edilerek ve henüz replike edilmemiş hedef bölgelere eklenerek, genomdaki transpozonların sayısı artabilir.

Retrotranspozonlar , TE transkriptinden bir cDNA oluşturmak için ters transkriptaz kullanır . Bunlar ayrıca uzun terminal tekrar (LTR) retrotranspozonları, uzun serpiştirilmiş nükleer elementler (LINE'lar) ve kısa serpiştirilmiş nükleer elementler (SINE'ler) olarak ikiye ayrılır. LTR retrotranspozonlarında, RNA şablonu bozulduktan sonra, ters kopyalanan cDNA'yı tamamlayan bir DNA dizisi, elemanı çift zincirli bir duruma döndürür. LTR retrotranspozon tarafından kodlanan bir enzim olan Integrase , daha sonra elementi yeni bir hedef bölgeye yeniden dahil eder. Bu elemanlar, aktarma işlemine aracılık eden uzun terminal tekrarları (300-500bp) ile çevrilidir.

LINE'lar, cDNA'nın LINE kodlu bir endonükleaz tarafından bölünmenin ardından hedef bölgede sentezlendiği daha basit bir yöntem kullanır . LINE ile kodlanmış ters transkriptaz, yüksek düzeyde diziye özgü değildir. LINE makineleri tarafından ilgisiz RNA transkriptlerinin dahil edilmesi, işlevsel olmayan işlenmiş psödojenlere yol açar. Küçük bir genin promotörü , genin kopyalanan kısmına dahil edilirse , stabil transkript çoğaltılabilir ve genoma birçok kez yeniden eklenebilir. Bu işlem tarafından üretilen elemanlara SINE adı verilir.

Korunan düzenleyici aktarılabilir öğeler

Korunan düzenleyici transposable elementler bir genomda aktif olduklarında, yeni promotör bölgeleri ekleyebilir, mevcut düzenleyici siteleri bozabilir veya kopyalanan bölgelere yerleştirilirse, ekleme modellerini değiştirebilirler . Belirli bir aktarılmış öğe, ürettiği değiştirilmiş ifadenin uyarlanabilir bir avantaj sağlaması durumunda pozitif olarak seçilecektir. Bu, insanlarda bulunan korunmuş bölgelerin bazılarıyla sonuçlanmıştır. İnsanlarda karakterize edilen promotörlerin yaklaşık %25'i transpoze elementler içerir. Bu, insanlarda yer değiştirebilen öğelerin çoğunun artık aktif olmadığı gerçeğinin ışığında özellikle ilgi çekicidir.

psödojenler

Psödojenler, dizi silme, ekleme veya mutasyonlarla devre dışı bırakılan bir zamanlar işlevsel olan genlerin kalıntılarıdır . Bu sürecin birincil kanıtı, diğer ilgili genomlarda bu inaktive edilmiş dizilere tam olarak işleyen ortologların varlığıdır. Psödojenler genellikle bir gen duplikasyonu veya poliploidizasyon olayının ardından ortaya çıkar . Bir genin iki işlevsel kopyası ile, her ikisinin de ifade edilebilirliğini korumak için seçici bir baskı yoktur ve birini işlevsiz bir psödojen olarak mutasyonları biriktirmekte özgür bırakır. Bu, nötr seçilimin, psödojenlerin, yeni genetik materyalin "rezervuarları" olarak hizmet ederek, genoma yeniden dahil edilme potansiyeli olan mutasyonları biriktirmesine izin verdiği tipik bir durumdur. Bununla birlikte, bazı psödojenlerin memelilerde korunduğu bulunmuştur. Bunun en basit açıklaması, bu kodlamayan bölgelerin bazı biyolojik işlevlere hizmet edebileceğidir ve bunun birkaç korunmuş psödojen için geçerli olduğu bulunmuştur. Örneğin Makorin1 mRNA'nın, birkaç fare türünde korunan paralog psödogeni Makorin1-p1 tarafından stabilize edildiği bulunmuştur. Diğer psödojenlerin , türlerin ayrılmasından önceki çoğaltma olaylarından kaynaklanan, insanlarla fareler ve insanlarla şempanzeler arasında korunduğu da bulunmuştur . Bu psödojenlerin transkripsiyonunun kanıtı, biyolojik bir işlevi olduğu hipotezini de destekler. Potansiyel olarak işlevsel psödojenlerin bulguları, terimin orijinal olarak biyolojik işlevi olmayan dejenere diziler için olması nedeniyle, onları tanımlamada zorluk yaratır.

Psödojene bir örnek, çoğu kuş ve memelide L-askorbik asidin (C vitamini) biyosentezi için gerekli olan bir karaciğer enzimi olan L-gulonolakton oksidaz genidir ; gıdalardan askorbik asit veya askorbat. Pek çok mutasyona sahip bu işlevsel olmayan genin kalıntıları, kobay ve insan genomlarında hala mevcuttur.

Ultra korunan bölgeler

Ultra-korunmuş bölgeler (UCR'ler), türler arasında %100 özdeşliğe sahip, uzunluğu 200 bp'nin üzerinde olan bölgelerdir. Bu benzersiz diziler çoğunlukla kodlamayan bölgelerde bulunur. Bu bölgelerdeki negatif seçici baskının neden protein kodlayan bölgelerdeki seçimden çok daha güçlü olduğu hala tam olarak anlaşılmamıştır . Bu bölgeler benzersiz olarak görülebilse de, yüksek derecede dizi korumasına sahip bölgeler ile mükemmel dizi korumasına sahip bölgeler arasındaki ayrım, mutlaka biyolojik öneme sahip olanlardan biri değildir. Science dergisindeki bir araştırma, aşırı korunan tüm kodlamayan dizilerin, korumanın mükemmel olup olmadığına bakılmaksızın önemli düzenleyici işlevlere sahip olduğunu ve bu da ultrakoruma ayrımını biraz keyfi gibi gösterdiğini buldu.

karşılaştırmalı genomikte

Hem işlevsel hem de işlevsel olmayan kodlamayan bölgelerin korunması, karşılaştırmalı genomik için önemli bir araç sağlar , ancak cis düzenleyici unsurların korunmasının özellikle yararlı olduğu kanıtlanmıştır. CNS'lerin varlığı, bazı durumlarda ayrışma süresinin eksikliğinden kaynaklanıyor olabilir, ancak daha yaygın düşünce, evrimlerine değişen derecelerde kısıtlama getiren işlevleri yerine getirmeleridir. Bu teoriyle tutarlı olarak, cis-düzenleyici öğeler, korunan kodlamayan bölgelerde yaygın olarak bulunur. Bu nedenle, dizi benzerliği, türler arasında korunan düzenleyici öğeleri tanımlamaya çalışırken arama alanını sınırlamak için bir parametre olarak sıklıkla kullanılır, ancak bu, en yakın akrabaların işlevsel olmayan öğeler arasında da dizi korumasına sahip olması nedeniyle, en uzak akraba organizmaları analiz etmede yararlıdır.

Yüksek dizi benzerliğine sahip ortologlar, aynı düzenleyici unsurları paylaşmayabilir. Bu farklılıklar, türler arasında farklı ifade modellerini açıklayabilir. Kodlamayan dizinin korunması, tek bir tür içindeki paralogların analizi için de önemlidir. Paralog Hox gen kümeleri tarafından paylaşılan CNS'ler , muhtemelen bu genlerin benzer ekspresyon modellerini koordine eden ekspresyon düzenleyici bölgeler için adaylardır.

Ortolog genlerin promotör bölgelerinin karşılaştırmalı genomik çalışmaları, promotör bölgelerindeki transkripsiyon faktörü bağlanma bölgelerinin mevcudiyetindeki ve nispi konumlarındaki farklılıkları da tespit edebilir. Yüksek dizi benzerliğine sahip ortologlar, aynı düzenleyici unsurları paylaşmayabilir. Bu farklılıklar, türler arasında farklı ifade modellerini açıklayabilir.

Korunan kodlamayan bölgelerle yaygın olarak ilişkilendirilen düzenleyici işlevlerin, ökaryotik karmaşıklığın evriminde rol oynadığı düşünülmektedir. Ortalama olarak bitkiler, memelilere göre gen başına daha az CNS içerir. Bunun, daha fazla poliploidizasyon veya genom çoğaltma olayları geçirmeleriyle ilgili olduğu düşünülmektedir. Gen duplikasyonunu takiben ortaya çıkan alt işlevselleştirme sırasında, gen başına daha yüksek oranda CNS kaybı potansiyeli vardır. Bu nedenle, genom çoğaltma olayları, bitkilerin her biri daha az CNS'ye sahip daha fazla gene sahip olduğu gerçeğini açıklayabilir. CNS'lerin sayısının düzenleyici karmaşıklık için bir vekil olduğu varsayıldığında, bu, bitkiler ve memeliler arasındaki karmaşıklıktaki eşitsizliği açıklayabilir.

Gen düzenlemesindeki değişikliklerin insanlar ve şempanzeler arasındaki farkların çoğunu açıkladığı düşünüldüğünden, araştırmacılar bunu göstermek için CNS'lere baktılar. İnsanlar ve diğer primatlar arasındaki CNS'lerin bir kısmı, insana özgü tek nükleotid polimorfizmlerinin zenginleşmesine sahiptir , bu SNP'ler için pozitif seçim ve bu CNS'lerin hızlandırılmış evrimini önerir. Bu SNP'lerin birçoğu aynı zamanda gen ekspresyonundaki değişikliklerle de ilişkilidir, bu da bu CNS'lerin insan evriminde önemli bir rol oynadığını düşündürür .

Çevrimiçi biyoinformatik yazılım

programı	İnternet sitesi
consite	http://consite.genereg.net/
Ankara	http://ancora.genereg.net/
Ayak Yazıcısı	http://bio.cs.washington.edu/software
GenomTrafac	http://genometrafac.cchmc.org/genome-trafac/index.jsp
rVISTA	http://rvista.dcode.org/
tukan	http://homes.esat.kuleuven.be/~saerts/software/toucan.php
trafik	http://trafac.chmcc.org/trafac/index.jsp
UCNEbase	http://ccg.vital-it.ch/UCNEbase/

Referanslar