Soorten niet-coderende DNA-sequenties

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

De genetische blauwdruk voor alle levensvormen heeft de vorm van nucleïnezuur, waarvan desoxyribonucleïnezuur (DNA) de meest voorkomende is. Deze chemische stof draagt in zijn structuur het vermogen in zich om alle duizenden proteïnen en andere structurele en functionele elementen te coderen die nodig zijn om het lichaam van het organisme op te bouwen en om elk levensproces in werking te stellen.

Image Credits: Jezper / .com

De coderende regio’s of genen die verantwoordelijk zijn voor de eigenlijke productie van eiwitten maken echter slechts ongeveer 1,5% uit van het DNA van een organisme. De rest bestaat uit niet-coderend DNA, soms junk-DNA genoemd.

Het is nu echter bekend dat junk-DNA vele andere essentiële functies heeft, zoals het reguleren van genexpressie door de coderende sequenties aan of uit te zetten. Andere delen controleren of moduleren het niveau van de genen die worden gedecodeerd. Dus, verre van junk DNA te zijn, is dit beter functionerend DNA te noemen, hoewel veel van zijn functies nog worden ontdekt.

Er zijn verschillende soorten niet-coderend of junk DNA. Sommige daarvan worden hieronder beschreven.

Niet-coderende RNA-genen

Een deel van het niet-coderende DNA wordt getranscribeerd in, of vormt, een chemisch verwante soort die RNA wordt genoemd, en die de echte boodschapper is van de genetische blauwdruk naar de cel. Deze moleculen omvatten transfer-RNA, ribosomaal RNA, en boodschapper-RNA, en zijn alle betrokken bij de productie van eiwitten, of de vertaling van DNA in het uiteindelijke eiwitproduct, binnen de cel. Zij zijn zelf geen eiwitten en geven niet rechtstreeks aanleiding tot de vorming van eiwitten, in tegenstelling tot de eiwitcoderende gensequenties in het DNA. Maar de DNA-sequenties die coderen voor deze RNA-moleculen zijn uiteraard geen junk.

Andere voorbeelden zijn Piwi-interacting RNA en microRNA. Men denkt dat microRNA’s de regulatoren zijn van de translatorische activiteit van bijna een derde van alle eiwit-coderende genen bij zoogdieren. Zij worden onderzocht voor hun mogelijk cruciale rol in de progressie van bepaalde ziekten zoals kanker en hartkwalen, evenals in de immuunrespons op besmettelijke organismen die het lichaam binnendringen.

Een andere klasse van gespecialiseerd RNA is het lange niet-coderende RNA dat meerdere rollen speelt bij genregulatie, onder meer tijdens chromatine-remodellering, transcriptie, post-transcriptionele regulatie, en als bron van siRNAs.

Regulerende elementen en introns

Niet-coderend DNA wordt ook gevonden in de vorm van cis- en trans-regulerende elementen die de gen-transcriptie moduleren. Zij worden gevonden binnen introns of in de niet-vertaalde regio’s aan de 5′ of 3′ uiteinden van het gen. Cis en trans verwijzen naar hun plaats binnen en tussen chromosomen, respectievelijk.

Een intron is een stuk niet-coderend DNA opgenomen in de gensequentie zelf. Introns zijn dus per definitie niet-coderend DNA, en worden getranscribeerd in de voorlopige boodschapper-RNA-molecule, maar worden vervolgens verwijderd om de rijpe vorm te doen ontstaan. Zij kunnen een regulerende rol spelen bij het controleren van de activiteit van tRNA en rRNA, alsmede van de eiwitcoderende segmenten, of codons. De meeste introns zijn echter niet functioneel.

Alle genen hebben een regulerende plaats die een promotorsequentie wordt genoemd; dit is een niet-coderend DNA-segment dat wordt gebonden door eiwitten die betrokken zijn bij het transcriptieproces. Dergelijke promotorsequenties geven geen aanleiding tot een deel van het uiteindelijke eiwit, maar vergemakkelijken de transcriptie van een bepaald gen en worden gewoonlijk stroomopwaarts van de coderende regio aangetroffen.

Enhancer-sequenties beïnvloeden ook de waarschijnlijkheid dat een gen zal worden getranscribeerd. Eiwitten die de transcriptie activeren, binden zich aan deze korte sequenties. Anderzijds kunnen er ook remmende sequenties (silencers) aanwezig zijn die openstaan voor binding door remmende eiwitten die de kans op transcriptie onderdrukken of verminderen. Silencer sequenties worden gevonden op enige afstand van het gen dat zij reguleren, hetzij ervoor of erna.

Super-enhancers zijn clusters van enhancer sequenties die door fysieke of functionele associatie aan elkaar gebonden zijn, en die gebonden zijn aan de regulatie van genen die van vitaal belang zijn voor de identiteit van de cel, zoals de transcriptiefactoren die het type en de geslachtslijn van de cel bepalen.

Beide typen regulerende elementen kunnen aanwezig zijn in sommige genen die een hoge mate van regulering vereisen.

Insulatorsequenties binden ook regulerende proteïnen die op verschillende manieren werken, zoals door de werking van enhancers te voorkomen en zo het aantal genen in die set te beperken, of door structurele DNA-veranderingen te remmen die de activiteit van het betrokken gen zouden kunnen onderdrukken. Dit worden respectievelijk enhancer-blokkers en barrière-isolatoren genoemd.

Pseudogenen

Een ander type niet-coderend DNA is het pseudogeen, dat een DNA-sequentie is die lijkt op een bestaand gen, maar niet functioneel is. Men denkt dat deze het resultaat zijn van mutaties in functionele genen die de vorming van functionele eiwitten verhinderen of hun transcriptie remmen. Zij kunnen ook ontstaan als gevolg van retro-transpositie. De meeste lijken niet-functioneel te zijn.

Sommige virale infecties kunnen ook niet-coderend DNA opleveren als gevolg van omgekeerde transcriptie. Dit proces beschrijft wat er gebeurt wanneer een RNA-dragend virus zoals HIV een cel infecteert. Het kopieert zijn RNA in de vorm van DNA naar het DNA van de gastheer zodat het de gastheercel de verschillende handelingen kan laten verrichten die nodig zijn om te repliceren en te prolifereren. Deze viraal afgeleide DNA-sequenties kunnen later mutaties ondergaan, die leiden tot hun inactivering, waardoor pseudogenen worden gevormd.

Transposons

Een ander gespecialiseerd type niet-coderend DNA is het transposon, een mobiel genetisch element dat zijn plaats in het genoom kan veranderen. Door de verplaatsing van zijn plaats kan het een mutatie corrigeren of er een teweegbrengen. In beide gevallen verandert het de grootte van het genoom van de cel. Transponeerbare elementen vormen het grootste deel van het niet-coderende DNA. Daartoe behoren LINE’s, SINE’s, satelliet-DNA en VNTR’s.

LINE’s, of Long INterspersed Elements, zijn matig repeterende, niet-coderende regio’s die mogelijk van virussen afkomstig zijn. SINE’s, of Short INterspersed Elements, zijn sterk repetitieve, niet-functionele regio’s die het resultaat kunnen zijn van omgekeerde transcriptie van RNA.

Satelliet-DNA en telomeren

Telomeren zijn segmenten van zich herhalende nucleotiden die gespecialiseerde DNA-segmenten vormen die aan de uiteinden van alle chromosomen worden aangetroffen. Deze zijn belangrijk voor het behoud van de structurele integriteit van het chromosoom tijdens het proces van DNA-replicatie, door te voorkomen dat de uiteinden worden afgebroken.

Satelliet-DNA is een term die wordt gebruikt voor tandem-herhalende DNA-regio’s die in een gebied zijn geclusterd. Dit type niet-coderend DNA wordt aangetroffen in centromeren, de vitale structuren die de leden van een chromosomenpaar tijdens de celdeling met elkaar verbinden. Het is ook aanwezig in de vorm van heterochromatine, een dicht opeengepakte vorm van DNA die genactiviteit regelt en de chromosoomstructuur bewaart. VNTR’s of Variable Number of Tandem Repeats zijn repeterende elementen, maar korter dan gezien bij satelliet-DNA.

Kortom, er is veel studie nodig om meer te weten te komen over hoe en wat verschillende soorten niet-coderend DNA doen.

Verder lezen

• Alle DNA-inhoud
• Wat is DNA?
• DNA Eigenschappen
• DNA Chemische Modificaties
• DNA Biologische Functies

Geschreven door

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is een OB-GYN, die in 2001 is afgestudeerd aan het Government Medical College, Universiteit van Calicut, Kerala. Liji heeft na haar afstuderen een aantal jaren als fulltime consulent verloskunde/gynaecologie in een particulier ziekenhuis gewerkt. Ze heeft honderden patiënten begeleid die te maken hadden met zwangerschapsgerelateerde problemen en onvruchtbaarheid, en heeft meer dan 2000 bevallingen begeleid, waarbij ze altijd streefde naar een normale bevalling in plaats van een operatieve.

Last bijgewerkt 30 mrt 2020

Citaties

Gebruik een van de volgende formats om dit artikel te citeren in uw essay, paper of verslag:

• APA

  Thomas, Liji. (2020, 30 maart). Soorten niet-coderende DNA-sequenties. Nieuws-Medisch. Retrieved on March 26, 2021 from https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx.

• MLA

  Thomas, Liji. “Soorten niet-coderende DNA-sequenties”. Nieuws-Medisch. 26 maart 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx>.

• Chicago

  Thomas, Liji. “Soorten niet-coderende DNA-sequenties”. Nieuws-Medisch. https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx. (accessed March 26, 2021).

• Harvard

  Thomas, Liji. 2020. Soorten niet-coderende DNA-sequenties. Nieuws-Medisch, bekeken 26 maart 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx.