[maynard]

http://www.racjonalista.pl/index.php/s,38/d,6/t,1754


"Śmieciowy" DNA a sukces ewolucyjny kręgowców

Mimo, iż oficjalnie ludzki genom został całkowicie zsekwencjonowany, nadal nie mamy pojęcia, jaką funkcję pełni jego największa część. Naukowcy nazwali tę część DNA, która nie koduje białek, "śmieciowym" DNA, zakładając, że nie spełnia on istotnej funkcji.
Okazuje się jednak, że te tajemnicze obszary naszego genomu nie są bynajmniej bezużyteczne, a wręcz wydają się niezbędne w rozwoju tak ewolucyjnie zaawansowanej grupy zwierząt jaką są kręgowce.
Zespół naukowców pod przewodnictwem Davida Hausslera z University of California, Santa Cruz przestudiował genomy człowieka, szczura i myszy. Wyniki ujawniły ponad 480 konserwatywnych rejonów o absolutnie identycznej sekwencji u wszystkich gatunków. Konserwatywność oznacza, iż dane odcinki DNA były i są niezbędne, właśnie w takiej, niezmienionej postaci do kluczowych procesów przeżycia. (Konserwatywność jest również spotykana w pewnym stopniu w przypadku rejonów kodujących białka, szczególnie takie, które w świecie ożywionym pełnią tę samą funkcję - np. geny kodujące białka rybosomów, czy kluczowych enzymów).
Co więcej - obszary te zgadzają się w znacznym stopniu z sekwencjami w genomie kurczaka, psa i ryby, zupełnie nieobecne są zaś u np. ośmiornic, czy muszek owocowych. Fakt, że te regiony zmieniły się tylko nieznacznie w przeciągu 400 milionów lat od kiedy ryby i człowiek dzielą wspólnego przodka, sugeruje ich niezbędność do przeżycia. Na razie niestety mamy tylko sugestię, bo naukowcy nie mają zielonego pojęcia, jaka jest ich dokładna funkcja.
Jedną z teorii - sugerowanej przez Hausslera - jest ich funkcja kontrolna nad niezbędnymi genami - duża ich część zachodzi na obszary kodujące białka.
Istnieją sugestie, że kontrolują rozwój embrionu, który jest bardzo podobny od ryb poczynając a na człowieku kończąc. Znany jest taki konserwatywny odcinek kierujący genem związanym z rozwojem mózgu i kończyn.
Odkrycie o stuprocentowej zgodności tych sekwencji spowodowało nawet podejrzenia, iż mysie próbki brane do badań zostały zanieczyszczone ludzkim materiałem. Wygląda na to, że nawet najdrobniejsze zmiany w tych obszarach spowodowałyby zakłócenie ich funkcji i były natychmiast eliminowane w toku ewolucji.
Odkrycie funkcji tych tajemniczych odcinków może być trudne, jedną z bardziej przydatnych metod będzie zapewne genetyczne modyfikowanie myszy, pozbawionych części tych regionów i obserwacja ich rozwoju i zachowania.

I nowsze odkrycia:

http://migg.wordpress.com/2007/06/15/encyklopedia-dna/

"Naukowcy z ENCODE stwierdzili, że przeważająca część naszego DNA (może nawet ponad 90%) jest od czasu do czasu i w różnych liniach komórkowych przepisywana na RNA. Dotyczy to nie tylko genów kodujących białka i znane nam klasy niekodujących RNA, a także sporej części pseudogenów, ale i fragmentów, którym jak dotąd nie przypisano żadnej funkcji, i o których sądzono, że nie ulegają transkrypcji. Dlaczego i po co są transkrybowane, jeszcze nie wiadomo. Już od kilku lat pojawiały się doniesienia o tym, że jednak transkrybowane są większe fragmenty genomu, niż wcześniej sądzono, i teraz można uznać, że rzeczywiście tak jest. Ponadto analiza transkryptów pokazuje, że czasem obejmują one zarówno właściwy gen, jak i sąsiadujące z nim sekwencje. Być może to właśnie bliskie sąsiedztwo genów powoduje, że obszary go otaczające są transkrybowane niejako przy okazji, a być może przynajmniej część z tych RNA coś jednak robi. Może dalsze badania powiedzą nam coś więcej.

Poza tym konsorcjum spróbowało zidentyfikować funkcjonalne sekwencje regulujące transkrypcję. Naukowcy odkryli liczne miejsca startu transkrypcji (TSS), o których istnieniu dotąd nie wiedziano - 10 razy więcej, niż genów w badanych obszarach. Nowe TSS wiążą podobny zestaw czynników transkrypcyjnych, co znane nam już wcześniej promotory. Sekwencje regulatorowe wokół nich równie często położone są przed, jak i za nimi. Badacze stwierdzili też, że położenie i aktywność tych nowych miejsc startu transkrypcji można przewidywać na podstawie struktury chromatyny i wzoru modyfikacji histonów. Zbadali również zależności między replikacją DNA a modyfikacjami histonów i potwierdzili wcześniejsze doniesienia o ich związku.

Naukowcy porównali też sekwencje pochodzące od 14 gatunków ssaków i zbadali tempo ich ewolucji. Jedynie 5% zasad w genomie jest konserwowanych ewolucyjnie - oznacza to, że te fragmenty zmieniają się wolniej, niż sekwencje neutralne. Odnosi się to do badania bardzo krótkich fragmentów, o długości od kilku do kilkudziesięciu nukleotydów. Z innych badań znamy funkcje około 2/3 z tych 5%. Większość z nich znajduje się w rejonach kodujących białka, reszta w sekwencjach regulatorowych. Natomiast te o nieznanej funkcji nie są rozłożone równomiernie po genomie, zatem być może ich położenie pomoże nam w odkryciu ich roli. Równocześnie niektóre sekwencje pełniące jakąś funkcje wydają się nie być mocno konserwowane. Ogólnie na podstawie badań ENCODE nad stopniem konserwacji poszczególnych fragmentów genomu można jednak stwierdzić, że sekwencje niekodujące są bardziej od kodujących zróżnicowane pod względem tempa ewolucji - zdarzają się rejony, które ewoluują wolno, ale też i takie, które ewoluują szybciej.

Jeśli chodzi o sekwencje pełniące jakąś funkcję, które jednak nie są konserwowane ewolucyjnie, to oczywiście nie można wykluczyć, że problem leży w metodzie badania stopnia konserwacji, ale trudno uznać, że dotyczy to wszystkich, czy nawet większości tajemniczych sekwencji. Być może w eksperymentach określających funkcję danej sekwencji badano nie właściwy fragment, ale jego bliskie sąsiedztwo, a być może istotna jest struktura chromatyny, a nie sama sekwencja. Autorzy podają jeszcze kilka hipotez tłumaczących to zjawisko, między innymi sugerują, że pewne elementy, choć aktywne biochemicznie, nie zapewniają organizmowi żadnych korzyści ani nie przynoszą mu szkody. Takie sekwencje mogą w pewnym momencie zacząć pełnić jakąś funkcję biologiczną i dostać się pod działanie presji selekcyjnej. W ten sposób mogą powstawać np. elementy specyficzne dla danej linii rodowej.

Oczywiście są to dane tylko z 1% genomu, więc może się okazać, że w jego innych częściach wygląda to nieco inaczej. Na razie nie można jeszcze powiedzieć, że należy się pożegnać z koncepcją “śmieciowego DNA”, i zapewne nie będzie można tego zrobić, dopóki ktoś nie wyjaśni, dlaczego jedne organizmy mają 10 razy mniej, a inne 10 razy więcej niekodującego DNA, niż ludzie."

pzdr.