Helsinkio universiteto mokslininkai atrado mechanizmą, kuris sukuria momentinį gimdymą DNR homologai, dėl kurių gali būti sukurti nauji mikroRNR genai iš nekoduojančių DNR sekų. Šis atradimas buvo padarytas tiriant DNR replikacijos klaidas ir jų įtaką jai RNR Molekulinės struktūros, suteikia naujų įžvalgų apie genų kilmę.

Gyvų organizmų sudėtingumas yra užkoduotas jų genuose, bet iš kur šie genai? Helsinkio universiteto mokslininkai išsprendė neišspręstus klausimus apie mažų reguliuojančių genų kilmę ir apibūdino mechanizmą, kuris sukuria jų DNR homologiją. Esant tinkamoms sąlygoms, šie homologai išsivysto į mikroRNR genus.

Genai ir baltymai: gyvybės statybiniai blokai

Žmogaus genome yra apie. Baltymams gaminti naudojama 20 000 genų. Šių klasikinių genų veiksmus koordinuoja tūkstančiai reguliuojančių genų, iš kurių mažiausias koduoja 22 bazinių porų ilgio mikroRNR molekules. Nors genų skaičius išlieka gana pastovus, kartais evoliucijos metu atsiranda naujų genų. Kaip ir biologinės gyvybės kilmė, naujų genų kilmė ir toliau žavi mokslininkus.

Išspręskite kintamą galvosūkį

Visoms RNR molekulėms reikia kintamų bazių rinkinių, kurie užfiksuoja molekulę į funkcinę formą. Svarbu tai, kad tikimybė, kad atsitiktinės bazinės mutacijos suformuos tokius palaipsniui besikeičiančius kelius, yra labai mažos, net ir paprastų mikroRNR genų atveju. Vadinasi, šių kintančių sekų kilmė glumino tyrėjus. Suomijos Helsinkio universiteto Biotechnologijos instituto ekspertai išsprendė šį galvosūkį, aprašydami mechanizmą, galintį akimirksniu sukurti pilnus DNR homologus ir taip sukurti naujus mikroRNR genus iš anksčiau nekoduotų DNR sekų.

Įžvalgos apie DNR replikaciją

Suomijos akademijos finansuojamame projekte mokslininkai tyrė DNR replikacijos klaidas. Projekto vadovas Ari Luitinoja DNR replikaciją lygina su teksto spausdinimu.

„DNR nukopijuojama po vieną bazę, o mutacijos dažniausiai yra vienos neteisingos bazės, pavyzdžiui, klaidingi nešiojamojo kompiuterio klaviatūros potėpiai. Ištyrėme mechanizmą, kuris sukelia didesnių klaidų, pvz., teksto kopijavimą ir įklijavimą iš kito konteksto. Mus ypač domino kai nukopijavote tekstą atgal, kad būtų sukurtas simetriškas tekstas.

Tyrėjai ištyrė klaidų mechanizmą DNR replikacijoje ir pastebėjo, kad kai kurios klaidos sukuria homologus, kurie gali transformuotis į plaukų segtukų struktūras. Kreditas: Ari Löytynoja

RNR struktūros ir DNR klaidos.

Tyrėjai suprato, kad DNR replikacijos klaidos kartais gali būti naudingos. Jie aprašė šias išvadas Mikko Freelanderiui, RNR biologijos ekspertui. Jis iš karto pamatė ryšį su RNR molekulių struktūra.

„RNR molekulėje gretimų homologų bazės gali susiporuoti ir sudaryti į plaukų segtuką panašias struktūras. Tokios struktūros yra būtinos RNR molekulių funkcijai”, – aiškina jis.

Tyrėjai nusprendė sutelkti dėmesį į mikroRNR genus dėl jų paprastos struktūros: genai yra labai trumpi – vos keliasdešimt bazių – ir, kad tinkamai veiktų, jie turi susilankstyti į plaukų segtuko struktūrą.

Pagrindinė idėja buvo modeliuoti genų istoriją naudojant pasirinktinį kompiuterinį algoritmą. Pasak podoktorantūros mokslininkės Helle Monteinen, tai leidžia iki šiol tiksliausiai ištirti genų kilmę.

„Žinomi pilni dešimčių primatų ir žinduolių genomai. Jų genomų palyginimas atskleidžia Klasifikuoti Jie turi palindrominę mikroRNR porą, kurios jiems trūksta. „Išsamiai modeliuodami istoriją matome, kad ištisus homologus sukuria pavieniai mutacijos įvykiai“, – sako Montinenas.

Pagrindinė idėja buvo modeliuoti genų istoriją naudojant informaciją iš susijusių rūšių. Modeliavimas parodė, kad mikroRNR genų homologai susidaro dėl vienos mutacijos įvykių. Kreditas: Ari Löytynoja

Archeologija ir kosmopolitizmas

Sutelkdami dėmesį į žmones ir kitus primatus, Helsinkio mokslininkai parodė, kad naujai atrastas mechanizmas gali paaiškinti bent ketvirtadalį naujų mikroRNR genų. Kadangi panašių atvejų buvo rasta ir kitose evoliucinėse linijose, kilmės mechanizmas atrodo universalus.

Iš esmės mikroRNR genų atsiradimas yra toks lengvas, kad nauji genai gali paveikti žmonių sveikatą. Helle Montinen mato, kaip svarbu dirbti didesniu mastu, pavyzdžiui, suprasti pagrindinius biologinės gyvybės principus.

„Naujų genų atsiradimas iš nieko nustebino tyrėjus. Dabar turime elegantišką RNR genų evoliucijos modelį.”

Nors išvados pagrįstos mažais reguliuojančiais genais, mokslininkai mano, kad išvados gali būti apibendrintos kitiems genams ir RNR molekulėms. Pavyzdžiui, naudojant naujai atrasto mechanizmo sukurtas žaliavas, natūrali atranka gali sukurti sudėtingesnes RNR struktūras ir funkcijas.

Tyrimas buvo paskelbtas m Su žmonėmis.

Nuoroda: Heli AM Mönttinen, Mikko J. Frilander ir Ari Löytynoja „De novo generavimas miRNR iš šablono perjungimo DNR replikacijos metu“, 2023 m. lapkričio 29 d. Nacionalinės mokslų akademijos darbai.
doi: 10.1073/pnas.2310752120