Tipuri de secvențe de ADN necodificatoare

De Dr. Liji Thomas, MDRevizuit de Dr. Jennifer Logan, MD, MPH

Planul genetic al tuturor formelor de viață se prezintă sub formă de acid nucleic, cel mai comun fiind acidul dezoxiribonucleic (ADN). Această substanță chimică poartă în structura sa capacitatea de a codifica toate miile de proteine și alte elemente structurale și funcționale necesare pentru a construi corpul organismului, precum și pentru a opera fiecare proces de viață.

Credite de imagine: Jezper / .com

Cu toate acestea, aceste regiuni de codificare sau genele care sunt responsabile de producerea efectivă a proteinelor reprezintă doar aproximativ 1,5% din ADN-ul unui organism. Restul este compus din ADN necodificator, denumit uneori ADN nedorit.

Cu toate acestea, se știe acum că ADN nedorit are multe alte funcții esențiale, cum ar fi reglarea expresiei genelor prin activarea sau dezactivarea secvențelor codificatoare. Alte porțiuni controlează sau modulează nivelul genelor care sunt în curs de decodificare. Astfel, departe de a fi ADN nedorit, acesta este mai bine numit ADN funcțional, deși multe dintre funcțiile sale sunt încă în curs de descoperire.

Există mai multe tipuri de ADN necodificator sau nedorit. Unele dintre acestea sunt descrise mai jos.

Gene ARN non-codificatoare

O parte din ADN-ul non-codificator este transcris sau formează o specie înrudită din punct de vedere chimic numită ARN, care este adevăratul mesager al schiței genetice către celulă. Aceste molecule includ ARN-ul de transfer, ARN-ul ribozomal și ARN-ul mesager și toate sunt implicate în producerea de proteine sau în traducerea ADN-ului în produsul proteic final, în cadrul celulei. Ele însele nu sunt proteine și nu dau naștere în mod direct la proteine, spre deosebire de secvențele genetice codificatoare de proteine din ADN. Cu toate acestea, secvențele de ADN care codifică aceste molecule de ARN nu sunt în mod evident junk.

Alte exemple includ ARN care interacționează cu Piwi și microARN. Se crede că microARN-urile sunt regulatorii activității de translație a aproape o treime din toate genele care codifică proteine în rândul mamiferelor. Aceștia sunt cercetați pentru rolurile lor posibil cruciale în evoluția anumitor boli, cum ar fi cancerul și bolile de inimă, precum și în răspunsul imunitar la organismele infecțioase care pătrund în organism.

O altă clasă de ARN specializat este ARN-ul necodificator lung care are roluri multiple în reglarea genelor, inclusiv în timpul remodelării cromatinei, transcripției, reglării post-transcripționale și ca sursă de siARN-uri.

Elemente reglatoare și introni

ADN necodificator se găsește, de asemenea, sub formă de elemente reglatoare cis și trans care modulează transcripția genelor. Acestea se găsesc fie în interiorul intronilor, fie în regiunile netranslatate de la capetele 5′ sau 3′ ale genei. Cis și trans se referă la localizarea lor în interiorul și, respectiv, între cromozomi.

Un intron este o porțiune de ADN necodificator încorporată în secvența genei propriu-zise. Prin urmare, intronii sunt, prin definiție, ADN necodificator și sunt transcriși în molecula preliminară de ARN mesager, dar sunt apoi eliminați pentru a da naștere formei mature. Aceștia pot juca roluri de reglementare în controlul activității ARNt și ARNr, precum și a segmentelor codificatoare de proteine, sau a codonilor. Cu toate acestea, majoritatea intronilor nu sunt funcționali.

Toate genele au un situs de reglare numit secvență promotoare, care este un segment de ADN necodificator care este legat de proteinele implicate în procesul de transcripție. Astfel de secvențe promotoare nu dau naștere niciunei părți din proteina finală, dar facilitează transcrierea unei anumite gene și se găsesc de obicei în amonte de regiunea de codificare.

Secvențele potențatoare influențează, de asemenea, probabilitatea ca o genă să fie transcrisă. Proteinele care activează transcrierea se leagă de aceste secvențe scurte. Pe de altă parte, pot fi prezente și secvențe inhibitoare (silențiatoare) care sunt deschise la legarea de proteine inhibitoare care reprimă sau reduc șansele de transcriere. Secvențele silencer se găsesc la o mică distanță de gena pe care o reglează, fie înainte, fie după aceasta.

Super-întăritorii sunt grupuri de secvențe enhancer legate între ele prin asociere fizică sau funcțională și care sunt legate de reglarea unor gene vitale pentru identitatea celulei, cum ar fi factorii de transcripție care determină tipul și linia genetică a celulei.

Ambele tipuri de elemente reglatoare pot fi prezente în unele gene care necesită un grad ridicat de reglare.

Secvențele stimulatoare se leagă, de asemenea, de proteine reglatoare care acționează în mai multe moduri, cum ar fi prin împiedicarea acțiunii intensificatorilor și, astfel, restricționarea numărului de gene din acel set, sau prin inhibarea modificărilor structurale ale ADN-ului care ar putea reprima activitatea genei în cauză. Acestea se numesc blocanți de potențatori și, respectiv, izolatori de barieră.

Pseudogene

Un alt tip de ADN necodificator este pseudogena, care este o secvență de ADN care seamănă cu o genă existentă, dar care este nefuncțională. Se crede că acestea sunt rezultatul unor mutații în genele funcționale care împiedică formarea de proteine funcționale sau inhibă transcrierea lor. Acestea ar putea apărea, de asemenea, ca urmare a retrotranspunerii. Cele mai multe par a fi nefuncționale.

Câteva infecții virale pot, de asemenea, să rezulte în ADN necodificator ca urmare a transcripției inverse. Acest proces descrie ceea ce se întâmplă atunci când un virus purtător de ARN, cum ar fi HIV, infectează o celulă. Acesta își copiază ARN-ul sub formă de ADN pe ADN-ul gazdei, astfel încât să poată face ca celula gazdă să efectueze diferitele operațiuni necesare pentru a se replica și a prolifera. Aceste secvențe de ADN de origine virală pot suferi ulterior mutații, care duc la inactivarea lor, formând pseudogene.

Transpozoni

Un alt tip specializat de ADN necodificator este transpozonul, un element genetic mobil care își poate schimba locația în genom. Prin schimbarea locației sale, acesta poate corecta o mutație sau poate induce una. În ambele cazuri, acesta modifică dimensiunea genomului celulei. Elementele transpozabile alcătuiesc cea mai mare parte a ADN-ului necodificator. Printre acestea se numără LINEs, SINEs, ADN satelit și VNTRs.

LINEs, sau Long INterspersed Elements, sunt regiuni necodificatoare, moderat repetitive, posibil derivate din viruși. SINEs, sau Short INterspersed Elements, sunt regiuni foarte repetitive, nefuncționale, care pot fi rezultatul transcrierii inverse a ARN.

ADN satelit și telomeri

Telomerii sunt segmente de nucleotide repetitive care formează segmente specializate de ADN care se găsesc la capetele tuturor cromozomilor. Aceștia sunt importanți în păstrarea integrității structurale a cromozomului în timpul procesului de replicare a ADN-ului, împiedicând degradarea capetelor.

ADN-ul satelit este un termen utilizat pentru regiunile de ADN repetitiv în tandem grupate într-o zonă. Acest tip de ADN necodificator se găsește în centromeri, structurile vitale care leagă membrii unei perechi de cromozomi în timpul diviziunii celulare. Este prezent, de asemenea, sub forma heterocromatinei, o formă dens compactă de ADN care reglează activitatea genelor, precum și păstrează structura cromozomilor. VNTRs sau Variable Number of Tandem Repeats (Număr variabil de repetări în tandem) sunt elemente repetitive, dar mai scurte decât cele observate în cazul ADN-ului satelit.

În concluzie, este nevoie de foarte multe studii pentru a afla mai multe despre cum și ce fac diferitele tipuri de ADN necodificator.

Lecturi suplimentare

• Tot conținutul ADN
• Ce este ADN-ul?
• Proprietăți ale ADN-ului
• Modificări chimice ale ADN-ului
• Funcții biologice ale ADN-ului

Scris de

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas este obstetrician-ginecolog, care a absolvit Colegiul Medical Guvernamental, Universitatea din Calicut, Kerala, în 2001. Liji a practicat ca și consultant cu normă întreagă în obstetrică/ginecologie într-un spital privat timp de câțiva ani după absolvire. Ea a consiliat sute de pacienți care se confruntă cu probleme de la probleme legate de sarcină și infertilitate și s-a ocupat de peste 2.000 de nașteri, străduindu-se întotdeauna să obțină o naștere normală, mai degrabă decât una chirurgicală.

Citate

.