Typer af ikke-kodende DNA-sekvenser

Af Dr. Liji Thomas, MDReviewed by Dr. Jennifer Logan, MD, MPH

Det genetiske blueprint for alle livsformer er i form af nukleinsyre, hvoraf den mest almindelige er desoxyribonukleinsyre (DNA). Dette kemikalie bærer i sin struktur evnen til at kode alle de tusindvis af proteiner og andre strukturelle og funktionelle elementer, der er nødvendige for at opbygge organismens krop samt for at drive alle livsprocesser.

Billedkredit: Jezper / .com

Disse kodningsregioner eller gener, der er ansvarlige for selve produktionen af proteiner, udgør imidlertid kun ca. 1,5 % af en organismes DNA. Resten består af ikke-kodende DNA, der undertiden kaldes junk-DNA.

Men junk-DNA er nu kendt for at have mange andre vigtige funktioner, f.eks. regulering af genekspression ved at tænde eller slukke for de kodende sekvenser. Andre dele kontrollerer eller modulerer niveauet af de gener, der er ved at blive afkodet. Det er således langt fra at være junk-DNA, men kan snarere kaldes fungerende DNA, selv om mange af dets funktioner stadig er ved at blive opdaget.

Der findes flere typer af ikke-kodende eller junk-DNA. Nogle af disse beskrives nedenfor.

Non-kodende RNA-gener

En del af det ikke-kodende DNA transskriberes til, eller danner, en kemisk beslægtet art kaldet RNA, som er den egentlige budbringer af det genetiske blueprint til cellen. Disse molekyler omfatter transfer-RNA, ribosomalt RNA og messenger-RNA, og de er alle involveret i produktionen af proteiner eller oversættelsen af DNA til det endelige proteinprodukt i cellen. De er ikke selv proteiner og giver ikke direkte anledning til proteiner, i modsætning til de proteinkodende gensekvenser i DNA’et. Men de DNA-sekvenser, der koder for disse RNA-molekyler, er naturligvis ikke junk.

Andre eksempler omfatter Piwi-interagerende RNA og microRNA. Det menes, at mikroRNA’er er regulatorer af translationsaktiviteten for næsten en tredjedel af alle proteinkodende gener blandt pattedyr. De undersøges for deres muligvis afgørende rolle i udviklingen af visse sygdomme som f.eks. kræft og hjertesygdomme samt i immunforsvaret over for infektiøse organismer, der kommer ind i kroppen.

En anden klasse af specialiseret RNA er det lange ikke-kodende RNA, der har flere roller i genregulering, herunder under kromatinomdannelse, transkription, post-transkriptionel regulering og som kilde til siRNA’er.

Reguleringselementer og introner

Nikodekserende DNA findes også i form af cis- og trans-reguleringselementer, der modulerer gentranskriptionen. De findes enten i introner eller i de utranslaterede regioner i 5′- eller 3′-enden af genet. Cis og trans henviser til deres placering inden for henholdsvis kromosomer og mellem kromosomer.

En intron er en strækning af ikke-kodende DNA, der er inkorporeret i selve gensekvensen. Introner er derfor pr. definition ikke-kodende DNA, og de transskriberes til det foreløbige messenger-RNA-molekyle, men fjernes derefter for at give anledning til den modne form. De kan spille en regulerende rolle ved at kontrollere aktiviteten af tRNA og rRNA samt af de proteinkodende segmenter eller kodoner. De fleste introner er dog ikke funktionelle.

Alle gener har et reguleringssted kaldet en promotorsekvens, som er et ikke-kodende DNA-segment, der er bundet af proteiner, der er involveret i transkriptionsprocessen. Sådanne promotorsekvenser giver ikke anledning til nogen del af det endelige protein, men letter transkriptionen af et bestemt gen og findes normalt opstrøms for den kodende region.

Enhancer-sekvenser har også indflydelse på sandsynligheden for, at et gen bliver transskriberet. Proteiner, der aktiverer transkription, binder sig til disse korte sekvenser. På den anden side kan der også være inhiberende sekvenser (silencers) til stede, som er åbne for binding af inhiberende proteiner, der undertrykker eller reducerer chancerne for transkription. Silencer-sekvenser findes i en lille afstand fra det gen, de regulerer, enten før eller efter det.

Super-enhancers er klynger af enhancer-sekvenser, der er bundet sammen ved fysisk eller funktionel tilknytning, og som er bundet til regulering af gener, der er afgørende for cellens identitet, f.eks. de transkriptionsfaktorer, der bestemmer cellens type og afstamning.

Både typer af reguleringselementer kan være til stede i nogle gener, der kræver en høj grad af regulering.

Insulatorsekvenser binder også regulerende proteiner, der virker på flere måder, f.eks. ved at forhindre enhancers virkning og dermed begrænse antallet af gener i det pågældende sæt eller ved at hæmme strukturelle DNA-forandringer, der kan undertrykke aktiviteten af det pågældende gen. Disse kaldes henholdsvis enhancerblokkere og barriereisolatorer.

Pseudogener

En anden type af ikke-kodende DNA er pseudogenet, som er en DNA-sekvens, der ligner et eksisterende gen, men som ikke er funktionel. Disse menes at være resultatet af mutationer i funktionelle gener, som forhindrer deres dannelse af funktionelle proteiner eller hæmmer deres transkription. De kan også opstå som følge af retro-transposition. De fleste ser ud til at være ikke-funktionelle.

Somme virusinfektioner kan også resultere i ikke-kodende DNA som følge af omvendt transskription. Denne proces beskriver, hvad der sker, når en RNA -bærende virus som HIV inficerer en celle. Det kopierer sit RNA i form af DNA til værts-DNA’et, så det kan få værtscellen til at udføre de forskellige operationer, der er nødvendige for at replikere og formere sig. Disse viralt afledte DNA-sekvenser kan senere undergå mutationer, som fører til, at de inaktiveres og danner pseudogener.

Transposoner

En anden specialiseret type af ikke-kodende DNA er transposonet, som er et mobilt genetisk element, der kan ændre sin placering i genomet. Ved at flytte sin placering kan det korrigere en mutation eller fremkalde en mutation. I begge tilfælde ændrer det størrelsen af cellens genom. Transposable elementer udgør hovedparten af det ikke-kodende DNA. Disse omfatter LINEs, SINEs, satellit-DNA og VNTRs.

LINEs, eller Long INterspersed Elements, er moderat gentagne, ikke-kodende regioner, der muligvis stammer fra vira. SINEs, eller Short INterspersed Elements, er stærkt gentagne, ikke-funktionelle regioner, der kan være resultatet af omvendt transskription af RNA.

Satellit-DNA og telomerer

Telomerer er segmenter af gentagne nukleotider, der danner specialiserede DNA-segmenter, som findes i enderne af alle kromosomer. De er vigtige for at bevare kromosomets strukturelle integritet under DNA-replikationsprocessen ved at forhindre, at enderne bliver nedbrudt.

Satellit-DNA er en betegnelse for tandem-repetitive DNA-regioner, der er samlet i et område. Denne type ikke-kodende DNA findes i centromerer, som er de vitale strukturer, der forbinder medlemmerne af et kromosompar under celledeling. Det findes også i form af heterokromatin, en tæt pakket form for DNA, som regulerer genaktivitet og bevarer kromosomstrukturen. VNTR’er eller Variable Number of Tandem Repeats er repetitive elementer, men er kortere end dem, der ses med satellit-DNA.

Kort sagt er der behov for mange undersøgelser for at finde ud af mere om, hvordan og hvad de forskellige typer af ikke-kodende DNA gør.

Kilder

• Nih.gov. (2019). Hvad er ikke-kodende DNA? https://ghr.nlm.nih.gov/primer/basics/noncodingdna
• Alexander F. Palazzo, T. Ryan Gregory (2014). The Case for Junk DNA. PLoS Genet 10(5): e1004351. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004351

Videre læsning

• Alt DNA-indhold
• Hvad er DNA?
• DNA-egenskaber
• DNA kemiske modifikationer
• DNA biologiske funktioner

Skrevet af

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas er en OB-GYN, som er uddannet fra Government Medical College, University of Calicut, Kerala, i 2001. Liji praktiserede som fuldtidskonsulent i obstetrik/gynækologi på et privathospital i et par år efter sin eksamen. Hun har rådgivet hundredvis af patienter med problemer i forbindelse med graviditet og infertilitet og har stået for over 2 000 fødsler, idet hun altid har bestræbt sig på at opnå en normal fødsel frem for en operation.

Sidst opdateret 30. marts 2020

Citationer

Benyt venligst et af følgende formater til at citere denne artikel i dit essay, din opgave eller din rapport:

• APA

  Thomas, Liji. (2020, 30. marts). Typer af ikke-kodende DNA-sekvenser. News-Medical. Hentet den 26. marts 2021 fra https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx.

  .

• MLA

  Thomas, Liji. “Typer af ikke-kodende DNA-sekvenser”. News-Medical. 26. marts 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx>.

• Chicago

  Thomas, Liji. “Typer af ikke-kodende DNA-sekvenser”. News-Medical. https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx. (tilgået 26. marts 2021).

• Harvard

  Thomas, Liji. 2020. Typer af ikke-kodende DNA-sekvenser. News-Medical, set 26. marts 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx.