Rodzaje niekodujących sekwencji DNA

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

Zapis genetyczny wszystkich form życia ma postać kwasu nukleinowego, najczęściej kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA). Ten związek chemiczny niesie w swojej strukturze zdolność do kodowania wszystkich tysięcy białek i innych elementów strukturalnych i funkcjonalnych wymaganych do budowy ciała organizmu, jak również do obsługi każdego procesu życiowego.

Image Credits: Jezper / .com

Jednakże te regiony kodujące lub geny, które są odpowiedzialne za rzeczywistą produkcję białek, stanowią tylko około 1,5% DNA organizmu. Reszta składa się z niekodującego DNA, czasami określanego jako śmieciowe DNA.

Jednakże śmieciowe DNA jest obecnie znane z wielu innych istotnych funkcji, takich jak regulowanie ekspresji genów poprzez włączanie lub wyłączanie sekwencji kodujących. Inne porcje kontrolować lub modulować poziom genów, które są dekodowane. Tak więc, daleko od bycia śmieciowym DNA, jest to lepiej nazywane funkcjonującym DNA, choć wiele z jego funkcji wciąż jest odkrywanych.

Istnieje kilka rodzajów niekodującego lub śmieciowego DNA. Niektóre z nich opisano poniżej.

Niekodujące geny RNA

Niektóre z niekodujących DNA są przepisywane na, lub tworzą, chemicznie powiązane gatunki zwane RNA, które są prawdziwym posłańcem genetycznego schematu do komórki. Cząsteczki te obejmują transferowe RNA, rybosomalne RNA i posłańca RNA, i wszystkie są zaangażowane w produkcję białek lub tłumaczenie DNA na końcowy produkt białkowy w komórce. Same w sobie nie są białkami i nie dają bezpośrednio początek białkom, w przeciwieństwie do sekwencji genów kodujących białka w DNA. Jednak sekwencje DNA kodujące dla tych cząsteczek RNA nie są oczywiście śmieciowe.

Inne przykłady obejmują Piwi-interacting RNA i mikroRNA. Uważa się, że mikroRNA są regulatorami aktywności translacyjnej prawie jednej trzeciej wszystkich genów kodujących białka wśród ssaków. Są one badane pod kątem ich prawdopodobnie kluczowej roli w rozwoju niektórych chorób, takich jak rak i choroby serca, jak również w odpowiedzi immunologicznej na organizmy infekcyjne dostające się do organizmu.

Inną klasą wyspecjalizowanego RNA jest długie niekodujące RNA, które pełni wiele ról w regulacji genów, w tym podczas przebudowy chromatyny, transkrypcji, regulacji posttranskrypcyjnej oraz jako źródło siRNA.

Elementy regulacyjne i introny

Niekodujący DNA występuje również w postaci elementów cis- i trans-regulacyjnych, które modulują transkrypcję genów. Znajdują się one albo w intronach, albo w regionach nieulegających translacji na 5′ lub 3′ końcu genu. Cis i trans odnoszą się do ich lokalizacji w obrębie i pomiędzy chromosomami, odpowiednio.

Intron jest odcinkiem niekodującego DNA włączonym do samej sekwencji genu. Introny są zatem niekodującego DNA z definicji, i są przepisywane do wstępnej cząsteczki RNA posłańca, ale są następnie usuwane, aby dać początek do postaci dojrzałej. Mogą one odgrywać role regulacyjne w kontrolowaniu aktywności tRNA i rRNA, jak również segmentów kodujących białka, czyli kodonów. Jednak większość intronów nie jest funkcjonalna.

Wszystkie geny mają miejsce regulatorowe zwane sekwencją promotorową, która jest niekodującym segmentem DNA, związanym przez białka uczestniczące w procesie transkrypcji. Takie sekwencje promotorowe nie dają podstaw do powstania żadnej części końcowego białka, ale ułatwiają transkrypcję danego genu i zwykle znajdują się przed regionem kodującym.

Sekwencje pobudzające również wpływają na prawdopodobieństwo, że gen będzie transkrybowany. Białka, które aktywują transkrypcję wiążą się z tymi krótkimi sekwencjami. Z drugiej strony, mogą być również obecne sekwencje hamujące (silencery), które są otwarte na wiązanie przez białka hamujące, które represjonują lub zmniejszają szanse transkrypcji. Sekwencje tłumiące znajdują się w pewnej odległości od regulowanego genu, przed lub za nim.

Super-enhancery są skupiskami sekwencji wzmacniających związanych ze sobą fizycznie lub funkcjonalnie, które są związane z regulacją genów istotnych dla tożsamości komórki, takich jak czynniki transkrypcyjne, które określają typ i linię komórki.

Oba typy elementów regulacyjnych mogą być obecne w niektórych genach, które wymagają wysokiego stopnia regulacji.

Sekwencje indukcyjne wiążą również białka regulacyjne, które działają na kilka sposobów, jak przez zapobieganie działaniu enhancerów, a tym samym ograniczanie liczby genów w tym zestawie, lub przez hamowanie zmian strukturalnych DNA, które mogłyby represjonować aktywność danego genu. Są one nazywane odpowiednio blokerami enhancerów i izolatorami barier.

Pseudogeny

Innym rodzajem niekodującego DNA jest pseudogen, który jest sekwencją DNA przypominającą istniejący gen, ale niefunkcjonalną. Uważa się, że są one wynikiem mutacji w funkcjonalnych genach, które uniemożliwiają im tworzenie funkcjonalnych białek lub hamują ich transkrypcję. Mogą one również powstać w wyniku retro-transpozycji. Większość wydaje się być niefunkcjonalna.

Niektóre infekcje wirusowe mogą również skutkować niekodującym DNA w wyniku odwrotnej transkrypcji. Proces ten opisuje, co się dzieje, gdy wirus przenoszący RNA, taki jak HIV, infekuje komórkę. Kopiuje on swoje RNA w formie DNA na DNA gospodarza, tak aby mógł on sprawić, że komórka gospodarza wykona różne operacje wymagane do replikacji i rozmnażania się. Te pochodzące z wirusa sekwencje DNA mogą później ulegać mutacjom, które prowadzą do ich inaktywacji, tworząc pseudogeny.

Transpozony

Innym wyspecjalizowanym typem niekodującego DNA jest transpozon, ruchomy element genetyczny, który może zmieniać swoją lokalizację w genomie. Zmieniając swoją lokalizację, może on poprawiać mutację lub ją wywoływać. W obu przypadkach zmienia on rozmiar genomu komórki. Elementy transpozycyjne stanowią większą część niekodującego DNA. Obejmują one LINE, SINE, satelitarne DNA i VNTRs.

LINE, czyli Long INterspersed Elements, są umiarkowanie powtarzalnymi, niekodującymi regionami pochodzącymi prawdopodobnie od wirusów. SINEs, lub Short INterspersed Elements, są wysoce powtarzalnymi, niefunkcjonalnymi regionami, które mogą być wynikiem odwrotnej transkrypcji RNA.

Satelitarne DNA i telomery

Telomery są segmentami powtarzających się nukleotydów tworzących wyspecjalizowane segmenty DNA znajdujące się na końcach wszystkich chromosomów. Są one ważne w zachowaniu integralności strukturalnej chromosomu podczas procesu replikacji DNA, poprzez utrzymywanie końców przed degradacją.

Satelitarne DNA to termin używany dla tandemowo powtarzających się regionów DNA skupionych w danym obszarze. Ten rodzaj niekodującego DNA znajduje się w centromerach, istotnych strukturach, które łączą członków pary chromosomów podczas podziału komórki. Jest on również obecny w formie heterochromatyny, gęsto upakowanej formy DNA, która reguluje aktywność genów, jak również zachowuje strukturę chromosomów. VNTRs lub Variable Number of Tandem Repeats są powtarzającymi się elementami, ale krótszymi niż obserwowane w przypadku satelitarnego DNA.

W skrócie, potrzeba wielu badań, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak i co robią różne rodzaje niekodującego DNA.

Dalsza lektura

• Wszystkie treści dotyczące DNA
• Co to jest DNA?
• Właściwości DNA
• Modyfikacje chemiczne DNA
• Funkcje biologiczne DNA

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr Liji Thomas jest OB-GYN, który ukończył Government Medical College, University of Calicut, Kerala, w 2001 roku. Liji praktykowała jako pełnoetatowy konsultant w dziedzinie położnictwa/ginekologii w prywatnym szpitalu przez kilka lat po ukończeniu studiów. Doradzała setkom pacjentek borykających się z problemami związanymi z ciążą i niepłodnością oraz kierowała ponad 2000 porodów, starając się zawsze doprowadzić do porodu normalnego, a nie operacyjnego.

Ostatnia aktualizacja Mar 30, 2020

Cytaty

Proszę użyć jednego z następujących formatów, aby zacytować ten artykuł w swoim eseju, pracy lub raporcie:

• APA

  Thomas, Liji. (2020, March 30). Rodzaje niekodujących sekwencji DNA. Wiadomości-Medyczne. Retrieved on March 26, 2021 from https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx.

• MLA

  Thomas, Liji. „Rodzaje niekodujących sekwencji DNA”. Wiadomości-Medyczne. 26 marca 2021. <https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx>.

• Chicago

  Thomas, Liji. „Rodzaje niekodujących sekwencji DNA”. News-Medical. https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx. (dostęp 26 marca 2021).

• Harvard

  Thomas, Liji. 2020. Rodzaje niekodujących sekwencji DNA. Wiadomości-Medyczne, przeglądane 26 marca 2021, https://www.news-medical.net/life-sciences/Types-of-Junk-DNA-Sequences.aspx.

.