A nem kódoló DNS-szekvenciák típusai

Dr. Liji Thomas, MDRViewed by Dr. Jennifer Logan, MD, MPH

A genetikai terv minden életforma számára nukleinsav formájában létezik, a leggyakoribb a dezoxiribonukleinsav (DNS). Ez a kémiai anyag hordozza szerkezetében azt a képességet, hogy kódolja mindazt a több ezer fehérjét és egyéb szerkezeti és funkcionális elemet, amelyek a szervezet testének felépítéséhez, valamint minden életfolyamat működtetéséhez szükségesek.

Képhitelezés:

Ezek a kódoló régiók vagy gének azonban, amelyek a fehérjék tényleges előállításáért felelősek, a szervezet DNS-ének csak mintegy 1,5%-át teszik ki. A maradékot a nem kódoló DNS alkotja, amelyet néha junk DNS-nek neveznek.

Mára azonban kiderült, hogy a junk DNS-nek számos más lényeges funkciója is van, például a génexpresszió szabályozása a kódoló szekvenciák be- vagy kikapcsolásával. Más részek a dekódolás alatt álló gének szintjét szabályozzák vagy modulálják. Így ezt a DNS-t távolról sem nevezhetjük szemét DNS-nek, hanem inkább működő DNS-nek, bár sok funkcióját még mindig nem fedezték fel.

A nem kódoló vagy szemét DNS-nek több típusa létezik. Ezek közül néhányat az alábbiakban ismertetünk.

Nem kódoló RNS-gének

A nem kódoló DNS egy része átíródik, vagy egy kémiailag rokon fajt, az RNS-t alkotja, amely a genetikai terv valódi hírvivője a sejt számára. Ezek a molekulák közé tartozik a transzfer-RNS, a riboszómális RNS és a hírvivő RNS, és mind részt vesznek a sejtben a fehérjék előállításában, illetve a DNS-nek a fehérje végtermékké történő fordításában. Ők maguk nem fehérjék, és nem hoznak létre közvetlenül fehérjéket, ellentétben a DNS-en belüli fehérjekódoló génszekvenciákkal. Az ezeket az RNS-molekulákat kódoló DNS-szekvenciák azonban nyilvánvalóan nem hulladékok.

Más példák közé tartozik a Piwi-interaktív RNS és a mikroRNS. Úgy gondolják, hogy a mikroRNS-ek az emlősök körében a fehérjét kódoló gének közel egyharmadának transzlációs aktivitását szabályozzák. Vizsgálják őket bizonyos betegségek, például a rák és a szívbetegségek kialakulásában, valamint a szervezetbe jutó fertőző organizmusokkal szembeni immunválaszban játszott esetlegesen döntő szerepük miatt.

A specializált RNS-ek másik osztálya a hosszú nem kódoló RNS, amelynek többféle szerepe van a génszabályozásban, többek között a kromatin átalakítása, a transzkripció, a poszt-transzkripciós szabályozás során, valamint az siRNS-ek forrásaként.

Regulációs elemek és intronok

A nem kódoló DNS cisz- és transz-szabályozó elemek formájában is megtalálható, amelyek modulálják a génátírást. Ezek vagy az intronokban, vagy a gén 5′ vagy 3′ végén lévő nem transzlált régiókban találhatók. A cisz és a transz a kromoszómákon belüli, illetve a kromoszómák közötti elhelyezkedésükre utal.

Az intron egy nem kódoló DNS-szakasz, amely magába a génszekvenciába épül be. Az intronok tehát definíció szerint nem kódoló DNS-ek, és átíródnak az előzetes hírvivő RNS-molekulába, de aztán eltávolítják őket, hogy létrejöjjön az érett forma. Szabályozó szerepet játszhatnak a tRNS és az rRNS, valamint a fehérjéket kódoló szakaszok, vagyis a kodonok aktivitásának szabályozásában. A legtöbb intron azonban nem funkcionális.

Minden génnek van egy szabályozó helye, az úgynevezett promóterszekvencia, amely egy nem kódoló DNS-szegmens, amelyet az átírás folyamatában részt vevő fehérjék kötnek. Az ilyen promóterszekvenciákból nem keletkezik a végső fehérje egy része, de elősegítik egy adott gén átírását, és általában a kódoló régió előtt találhatók.

A gén átíródásának valószínűségét befolyásolják a promóterszekvenciák is. A transzkripciót aktiváló fehérjék kötődnek ezekhez a rövid szekvenciákhoz. Másrészt gátló szekvenciák (silencerek) is jelen lehetnek, amelyek nyitottak a gátló fehérjék kötődésére, amelyek elnyomják vagy csökkentik a transzkripció esélyét. A csendesítő szekvenciák az általuk szabályozott géntől kissé távolabb, vagy előtte, vagy utána találhatók.

A szuper-enhancerek az enhancer szekvenciák fizikai vagy funkcionális társulással összekapcsolt csoportjai, amelyek a sejt identitása szempontjából létfontosságú gének, például a sejt típusát és vonalát meghatározó transzkripciós faktorok szabályozásához kötődnek.

A szabályozó elemek mindkét típusa jelen lehet egyes génekben, amelyek nagyfokú szabályozást igényelnek.

Az ingerlő szekvenciák szabályozó fehérjéket is kötnek, amelyek többféleképpen hatnak, például megakadályozzák az enhancerek működését, és így korlátozzák az adott génkészletben lévő gének számát, vagy gátolják azokat a strukturális DNS-változásokat, amelyek elnyomhatják az adott gén aktivitását. Ezeket nevezzük enhancer-blokkolóknak, illetve gátszigetelőknek.

Pszeudogének

A nem kódoló DNS egy másik típusa a pszeudogén, amely olyan DNS-szekvencia, amely hasonlít egy létező génre, de nem funkcionális. Úgy gondolják, hogy ezek a funkcionális génekben bekövetkezett mutációk eredményei, amelyek megakadályozzák a funkcionális fehérjék kialakulását, vagy gátolják az átírást. Retro-transzpozíció eredményeként is létrejöhetnek. Úgy tűnik, hogy a legtöbbjük nem funkcionális.

Néhány vírusfertőzés során nem kódoló DNS is keletkezhet a reverz transzkripció eredményeként. Ez a folyamat azt írja le, hogy mi történik, amikor egy RNS-t hordozó vírus, mint például a HIV, megfertőz egy sejtet. RNS-ét DNS formájában átmásolja a gazdasejt DNS-ére, hogy rávegye a gazdasejtet a szaporodáshoz és szaporodáshoz szükséges különböző műveletek elvégzésére. Ezek a vírusból származó DNS-szekvenciák később mutációkon mehetnek keresztül, amelyek inaktiválásukhoz vezetnek, pszeudogéneket alkotva.

Transzpozonok

A nem kódoló DNS egy másik speciális típusa a transzpozon, egy mobil genetikai elem, amely képes megváltoztatni a helyét a genomban. Helyének áthelyezésével korrigálhat egy mutációt vagy indukálhat egy mutációt. Mindkét esetben megváltoztatja a sejt genomjának méretét. A transzponálható elemek teszik ki a nem kódoló DNS nagy részét. Ezek közé tartoznak a LINE-ok, a SINE-ok, a szatellit DNS és a VNTR-ek.

A LINE-ok, vagyis a Long INterspersed Elements, mérsékelten ismétlődő, nem kódoló régiók, amelyek valószínűleg vírusoktól származnak. A SINE-k, vagy Short INterspersed Elements, erősen ismétlődő, nem funkcionális régiók, amelyek az RNS reverz transzkripciójának eredményei lehetnek.

Satellit DNS és telomerek

A telomerek ismétlődő nukleotidokból álló, speciális DNS-szakaszokat alkotó szegmensek, amelyek minden kromoszóma végén megtalálhatók. Ezek fontosak a kromoszóma szerkezeti integritásának megőrzésében a DNS-replikáció folyamata során, mivel megakadályozzák a végek lebomlását.

A műholdas DNS egy területen csoportosuló, tandemszerűen ismétlődő DNS-régiókra használt kifejezés. Ez a fajta nem kódoló DNS a centromerekben található, azokban a létfontosságú struktúrákban, amelyek a sejtosztódás során összekötik a kromoszómapárok tagjait. Jelen van heterokromatin formájában is, amely a DNS sűrűn csomagolt formája, amely szabályozza a génaktivitást, valamint megőrzi a kromoszóma szerkezetét. A VNTR-ek vagy Variable Number of Tandem Repeats ismétlődő elemek, de rövidebbek, mint a szatellita DNS-nél látható.

Röviden, sok tanulmányra van szükség ahhoz, hogy többet tudjunk meg arról, hogyan és mit csinálnak a különböző típusú nem kódoló DNS-ek.

További olvasmányok

• Minden DNS tartalom
• Mi a DNS?
• DNS tulajdonságai
• DNS kémiai módosításai
• DNS biológiai funkciói

Az író

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas szülész-nőgyógyász, aki 2001-ben szerzett diplomát a Government Medical College, University of Calicut, Kerala egyetemén. Liji a diploma megszerzését követően néhány évig főállású szülészeti/nőgyógyászati konzulensként praktizált egy magánkórházban. Több száz olyan páciensnek adott tanácsot, akik terhességgel kapcsolatos problémákkal és meddőséggel szembesültek, és több mint 2000 szülést vezetett, mindig arra törekedve, hogy a műtét helyett normális szülést érjen el.

Hivatkozások