Нове дослідження розкриває механізм генерації гомологів ДНК, які можуть породжувати нові гени мікроРНК, проливаючи світло на походження генів і потенційно впливаючи на наше розуміння структур РНК.
Дослідники з Університету Гельсінкі виявили механізм, який генерує миттєве народження ДНК гомологи, що може призвести до створення нових генів мікроРНК з некодуючих послідовностей ДНК. Це відкриття було зроблено під час вивчення помилок реплікації ДНК та їх впливу на неї РНК Молекулярні структури, надає нове уявлення про походження генів.
Складність живих організмів закодована в їхніх генах, але звідки беруться ці гени? Дослідники з Гельсінського університету розв’язали невирішені питання про походження малих регуляторних генів і описали механізм, який створює гомологію їх ДНК. За відповідних умов ці гомологи розвиваються в гени мікроРНК.
Гени та білки: цеглинки життя
Геном людини містить бл. Для побудови білків використовується 20 000 генів. Дії цих класичних генів координуються тисячами регуляторних генів, найменші з яких кодують молекули мікроРНК довжиною 22 пари основ. Хоча кількість генів залишається відносно постійною, інколи в процесі еволюції з’являються нові гени. Як і походження біологічного життя, походження нових генів продовжує захоплювати вчених.
Розв’яжіть головоломку, що чергується
Усі молекули РНК вимагають чергування наборів основ, які блокують молекулу в її функціональній формі. Важливо відзначити, що ймовірність випадкових базових мутацій, що утворюють такі прогресивно чергувані шляхи, дуже мала навіть для простих генів мікроРНК. Отже, походження цих послідовностей, що чергуються, спантеличило дослідників. Фахівці з Інституту біотехнології Гельсінського університету у Фінляндії розгадали цю головоломку, описавши механізм, який може миттєво генерувати повні гомологи ДНК, створюючи таким чином нові гени мікроРНК з раніше некодуючих послідовностей ДНК.
Уявлення про реплікацію ДНК
У проекті, фінансованому Академією Фінляндії, дослідники вивчали помилки в реплікації ДНК. Арі Луітіноха, керівник проекту, порівнює реплікацію ДНК із друкованим текстом.
“ДНК копіюється одна база за раз, і мутації, як правило, поодинокі неправильні основи, як помилкові штрихи на клавіатурі ноутбука. Ми вивчали механізм, який призводить до більших помилок, як копіювання та вставлення тексту з іншого контексту. Нас особливо цікавило коли ви скопіювали текст назад, щоб створити симетричний текст.
Дослідники вивчили механізм помилок у реплікації ДНК і помітили, що деякі помилки створюють гомологи, які можуть перетворюватися на шпилькові структури. Авторство зображення: Арі Лойтиноя
Структури РНК і помилки ДНК.
Дослідники зрозуміли, що помилки реплікації ДНК іноді можуть бути корисними. Вони описали ці відкриття Мікко Фрілендеру, експерту з біології РНК. Він відразу побачив зв'язок зі структурою молекул РНК.
“У молекулі РНК основи сусідніх гомологів можуть спаровуватися й утворювати шпилькоподібні структури. Такі структури є важливими для функціонування молекул РНК”, – пояснює він.
Дослідники вирішили зосередитися на генах мікроРНК через їхню просту структуру: гени дуже короткі — всього кілька десятків основ — і для належного функціонування вони повинні згорнутися в структуру шпильки.
Головною ідеєю було змоделювати історію генів за допомогою спеціального комп’ютерного алгоритму. За словами постдокторантки Хелле Монтейнен, це дозволяє найретельніше вивчити походження генів на сьогоднішній день.
“Відомі повні геноми десятків приматів і ссавців. Порівняння їхніх геномів показує Класифікувати Вони мають паліндромну пару мікроРНК, якої їм не вистачає. «Шляхом детального моделювання історії ми можемо побачити, що повні гомологи створюються внаслідок однієї мутації», — каже Монтінен.
Основна ідея полягала в тому, щоб змоделювати історію генів, використовуючи інформацію від споріднених видів. Моделювання показало, що гомологи генів мікроРНК утворюються в результаті окремих мутацій. Авторство зображення: Арі Лойтиноя
Археологія і космополітизм
Зосередившись на людях та інших приматах, дослідники з Гельсінкі продемонстрували, що нещодавно відкритий механізм може пояснити принаймні чверть нових генів мікроРНК. Оскільки подібні випадки були знайдені в інших еволюційних лініях, механізм походження виглядає універсальним.
В принципі, поява генів мікроРНК настільки проста, що нові гени можуть впливати на здоров'я людини. Хелле Монтінен бачить важливість роботи в більших масштабах, наприклад, у розумінні основних принципів біологічного життя.
“Поява нових генів з нічого вразила дослідників. Тепер у нас є елегантна модель еволюції генів РНК”.
Незважаючи на те, що результати базуються на невеликих регуляторних генах, дослідники вважають, що результати можна узагальнити на інші гени та молекули РНК. Наприклад, використовуючи сировину, отриману за допомогою нещодавно відкритого механізму, природний відбір може створити більш складні структури та функції РНК.
Дослідження було опубліковано в З людьми.
Довідка: «De novo генерація мікроРНК із перемикання шаблонів під час реплікації ДНК» Хелі А. М. Монттінен, Мікко Дж. Фріландер та Арі Лойтиноя, 29 листопада 2023 р., Праці Національної академії наук.
doi: 10.1073/pnas.2310752120
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
