„Genele săritoare” formează în mod repetat noi gene pentru evoluție

de la Universitatea Cornell

În același mod în care piesele Lego pot fi aranjate în moduri noi pentru a construi o varietate de structuri, elementele genetice pot fi amestecate și asortate pentru a crea noi gene, potrivit noilor cercetări.

Un mecanism propus de mult timp pentru crearea genelor , numit amestecarea exonului, funcționează prin amestecarea blocurilor funcționale ale secvențelor ADN în gene noi care exprimă proteinele.

Un studiu, „Evoluția recurentă a factorilor de transcripție a vertebratelor prin captarea transpozazei”, publicat în 19 februarie în revista Science (Știință), investighează modul în care elementele genetice numite transpozoni sau „gene săritoare” sunt adăugate în amestec în timpul evoluției pentru a asambla gene noi prin amestecarea exonului.

Transpozoni, descoperiți pentru prima dată în anii 1940 de către A. Cornell și Barbara McClintock, laureată a premiului Nobel '23, MA '25, dr. '27, sunt componente abundente ale genomului - care reprezintă jumătate din ADN-ul uman - și care au capacitatea de a sări și de a se replica egoist în genom .

Unii transpozoni conțin propriile gene care codifică enzime numite proteine ​​transposazice, care taie și lipesc material genetic de la o locație cromozomială la alta.

Studiul, care s-a axat pe tetrapode (vertebrate cu patru membre), este important deoarece arată că transpozonii reprezintă o forță importantă în crearea de gene noi în timpul evoluției.

Lucrarea explică, de asemenea, modul în care s-au născut genele critice pentru dezvoltarea umană.

"Credem că este foarte probabil ca acest mecanism să se extindă dincolo de vertebrate și că ar putea fi mai mult un mecanism fundamental care apare și la non-vertebrate", a spus primul autor Rachel Cosby, Ph.D.'19, cercetător postdoctoral la Institutul Național de Sănătate.

Cosby este un fost student absolvent în laboratorul autorului principal Cedric Feschotte, profesor la Departamentul de Biologie Moleculară și Genetică al Colegiului de Agricultură și Științe ale Vieții.

„Puneți cărămizile într-un mod diferit și construiți un lucru cu totul nou”, a spus Feschotte.

"Ne uităm la întrebarea cum se nasc genele.

Originalitatea este că ne uităm la rolul transpozonilor în crearea proteinelor cu funcție nouă în evoluție.

" În cadrul studiului, cercetătorii au exploatat mai întâi bazele de date existente pentru genomurile tetrapodelor, deoarece genomurile pentru peste 500 de specii au fost complet secvențiate.

Cosby și colegii săi au căutat combinații de secvențe de ADN cunoscute ca fiind caracteristice transpozonilor fuzionați pentru a găzdui secvențe pentru a găsi candidați buni pentru studiu.

Apoi au ales gene care au evoluat relativ recent - cu zeci de milioane de ani în urmă - astfel încât să poată urmări istoria dezvoltării genei prin arborele vertebrat al vieții.

Deși genele fuzionate cu aceste transpozaze sunt relativ rare, cercetătorii le-au găsit peste tot în arborele vertebrat al vieții.

Cercetătorii au identificat mai mult de 100 de gene distincte fuzionate cu transpozaze născute în ultimii 350 de milioane de ani de-a lungul diferitelor linii de specii, inclusiv gene la păsări, reptile, broaște, lilieci și koala și un total de 44 de gene născute în genomul uman.

Cosby și colegii săi au selectat patru gene recent dezvoltate și au efectuat o gamă largă de experimente în cultura celulară pentru a le înțelege funcțiile.

Au descoperit că proteinele derivate din aceste gene sunt capabile să se lege de secvențe specifice de ADN și să oprească expresia genelor.

Astfel de gene sunt cunoscute sub numele de factori de transcripție și acționează ca gene regulatoare principale pentru dezvoltare și fiziologie de bază.

O astfel de genă, PAX6, este bine studiată, joacă un rol cheie ca regulator principal în formarea ochilor la toate animalele și este foarte conservată pe tot parcursul evoluției.

"Dacă puneți o genă PAX6 de la un șoarece într-o Drosophila [musca fructelor], aceasta funcționează", a spus Feschotte.

Deși alții au propus anterior că PAX6 este derivat dintr-o fuziune transposazică, cercetătorii din acest studiu au validat în continuare ipoteza.

Cosby și colegii săi au izolat una dintre aceste gene recent dezvoltate la lilieci, numită KRABINER, apoi au folosit tehnologia de editare a genei CRISPR pentru a o șterge din genomul liliecilor și a vedea ce gene au fost afectate, înainte de a o adăuga din nou.

Odată gena îndepărtată, practic, sute de gene au fost nereglementate și, când au restabilit-o, funcționarea normală a revenit.

Proteina exprimată de gena KRABINER, e legată de alți transpozoni înrudiți în genomul liliecilor, a spus Cosby.

„Experimentul a dezvăluit că o singurp astfel de genă, controlează o rețea mare de alte gene conectate prin dispersia trecută a transpozonilor înrudiți în genomul liliecilor - creând nu doar o genă, ci ceea ce este cunoscut sub numele de o rețea de reglare a genelor”, a spus Feschotte.

Cu alte cuvinte de multe ori genele săritoare, sunt adevărate comutatoare care activează și dezactivează nu doar o genă sau alta, ci zeci și sute de gene, adică bucăți importante din genomul unei specii. De unde și întrebarea? Pe ce criterii apar, se dezactivează și se activează noi părți ale codului genetic. După ce reguli, se scrie și se rescrie codul genetic, singur?

(Fluierul)