Gen oluşumunun gizli mekanizması

Yeni bir çalışma, yeni mikroRNA genlerine yol açabilecek, genlerin kökenlerine ışık tutabilecek ve potansiyel olarak RNA yapılarına ilişkin anlayışımızı etkileyebilecek DNA homologları üretme mekanizmasını ortaya koyuyor.

Helsinki Üniversitesi'ndeki araştırmacılar anında doğum üreten bir mekanizma keşfettiler DNA kodlamayan DNA dizilerinden yeni mikroRNA genlerinin yaratılmasına yol açabilecek homologlar. Bu keşif, DNA replikasyon hatalarını ve bunların üzerindeki etkisini incelerken yapıldı. RNA Moleküler yapılar, genlerin kökenine dair yeni bilgiler sağlar.

Canlı organizmaların karmaşıklığı genlerinde kodlanmıştır, peki bu genler nereden geliyor? Helsinki Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, küçük düzenleyici genlerin kökeni hakkındaki önemli soruları çözdüler ve DNA homolojisini oluşturan mekanizmayı açıkladılar. Doğru koşullar altında bu homologlar mikroRNA genlerine dönüşür.

Genler ve proteinler: yaşamın yapı taşları

İnsan genomu ca. Proteinlerin yapımında 20.000 gen kullanılıyor. Bu klasik genlerin eylemleri, en küçüğü 22 baz çifti uzunluğundaki mikroRNA moleküllerini kodlayan binlerce düzenleyici gen tarafından koordine edilmektedir. Gen sayısı nispeten sabit kalsa da bazen evrim sırasında yeni genler ortaya çıkar. Biyolojik yaşamın kökeni gibi, yeni genlerin kökeni de bilim adamlarını büyülemeye devam ediyor.

Alternatif bulmacayı çözün

Tüm RNA molekülleri, molekülü işlevsel formuna kilitleyen alternatif baz dizilerine ihtiyaç duyar. Daha da önemlisi, rastgele baz mutasyonlarının bu tür kademeli olarak değişen yollar oluşturma şansı, basit mikroRNA genleri için bile çok küçüktür. Bu nedenle, bu alternatif dizilerin kökeni araştırmacıları şaşırttı. Finlandiya'daki Helsinki Üniversitesi Biyoteknoloji Enstitüsü'ndeki uzmanlar, tam DNA homologlarını anında üretebilen ve böylece daha önce kodlamayan DNA dizilerinden yeni mikroRNA genleri yaratabilen bir mekanizmayı tanımlayarak bu bulmacayı çözdüler.

DNA replikasyonuna ilişkin bilgiler

Finlandiya Akademisi tarafından finanse edilen bir projede araştırmacılar, DNA replikasyonundaki hataları inceledi. Proje lideri Ari Luitinoja, DNA replikasyonunu metnin basılmasına benzetiyor.

“DNA her seferinde bir baz kopyalanıyor ve mutasyonlar genellikle dizüstü bilgisayar klavyesindeki hatalı vuruşlar gibi tek yanlış bazlardan oluşuyor. Başka bir bağlamdan metin kopyalayıp yapıştırmak gibi daha büyük hatalara yol açan bir mekanizma üzerinde çalıştık. Özellikle ilgilendik.” Metni geriye doğru kopyaladığınızda simetrik metin oluşturulur.

Araştırmacılar, DNA replikasyonundaki hata mekanizmasını incelediler ve bazı hataların, saç tokası yapılara dönüşebilen homologlar oluşturduğunu gözlemlediler. Kredi bilgileri: Ari Löytynoja

RNA yapıları ve DNA hataları.

Araştırmacılar DNA replikasyon hatalarının bazen faydalı olabileceğini fark ettiler. Bu bulguları RNA biyolojisi uzmanı Mikko Freelander'a anlattılar. RNA moleküllerinin yapısıyla bağlantıyı hemen gördü.

“RNA molekülünde, bitişik homologların bazları eşleşebilir ve saç tokası benzeri yapılar oluşturabilir. Bu tür yapılar, RNA moleküllerinin işlevi için gereklidir” diye açıklıyor.

Araştırmacılar, basit yapıları nedeniyle mikroRNA genlerine odaklanmaya karar verdiler: Genler çok kısa (sadece birkaç düzine bazdan oluşuyor) ve düzgün çalışabilmeleri için keskin bir yapıya sahip olmaları gerekiyor.

Ana fikir, özel bir bilgisayar algoritması kullanarak gen tarihini modellemekti. Doktora sonrası araştırmacı Helle Monteinen'e göre bu, genlerin kökeninin bugüne kadarki en yakın incelemesine olanak sağlıyor.

“Düzinelerce primat ve memelinin tam genomu biliniyor. Genomlarının karşılaştırılması aydınlatıcı oluyor” Sınıflandırmak Kendilerinde bulunmayan bir palindrom mikroRNA çiftine sahiptirler. Montinen, “Geçmişin ayrıntılı modellenmesiyle, tek mutasyon olaylarıyla tam homologların oluşturulduğunu görebiliriz” diyor.

Temel fikir, ilgili türlerden alınan bilgileri kullanarak gen tarihini modellemekti. Modelleme, mikroRNA genlerinin homologlarının tek mutasyon olayları tarafından üretildiğini göstermiştir. Kredi bilgileri: Ari Löytynoja

Arkeoloji ve kozmopolitizm

İnsanlara ve diğer primatlara odaklanan Helsinki'deki araştırmacılar, yeni keşfedilen mekanizmanın yeni mikroRNA genlerinin en az dörtte birini açıklayabildiğini gösterdi. Benzer vakalar diğer evrimsel soylarda da bulunduğundan, köken mekanizması evrensel görünmektedir.

Prensipte mikroRNA genlerinin ortaya çıkışı o kadar kolaydır ki yeni genler insan sağlığını etkileyebilir. Helle Montinen daha büyük ölçekte çalışmanın, örneğin biyolojik yaşamın temel ilkelerinin anlaşılmasının önemini görüyor.

“Yeni genlerin yoktan ortaya çıkması araştırmacıları hayrete düşürdü. Artık RNA genlerinin evrimi için zarif bir modele sahibiz.”

Bulgular küçük düzenleyici genlere dayansa da araştırmacılar, bulguların diğer genlere ve RNA moleküllerine genellenebileceğine inanıyor. Örneğin, yeni keşfedilen mekanizmanın ürettiği ham maddeleri kullanarak doğal seçilim, daha karmaşık RNA yapıları ve işlevleri yaratabilir.

Çalışma şu tarihte yayınlandı: İnsanlarla.

Referans: Heli AM Mönttinen, Mikko J. Frilander ve Ari Löytynoja, 29 Kasım 2023, “DNA replikasyonu sırasında şablon değişiminden de novo miRNA üretimi”, Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı.
doi: 10.1073/pnas.2310752120