Naukowcy odkryli, w jaki sposób nasze DNA może wykorzystywać genetyczny przycisk szybkiego przewijania do tworzenia nowych genów umożliwiających szybkie dostosowywanie się do stale zmieniającego się środowiska.
Badając błędy replikacji DNA, naukowcy z Uniwersytetu Helsińskiego w Finlandii odkryli, że niektóre pojedyncze mutacje tworzą palindromy, które czytają się do przodu i do tyłu. W odpowiednich warunkach mogą rozwinąć się w… MikroRNA Geny (miRNA).
Te małe, proste geny odgrywają ważną rolę w regulacji innych genów. Wiele genów miRNA istnieje już od dawna w historii ewolucji, ale naukowcy odkryli, że w niektórych grupach zwierząt, takich jak naczelne, Nagle pojawiają się nowe geny miRNA.
„Pojawienie się nowych genów z niczego zadziwiło badaczy”. On mówi Bioinformatykka Helle Monteinen, pierwsza autorka nowego badania.
„Mamy teraz elegancki model ewolucji genów RNA”.
Błędy, które umożliwiają ten niezwykle skuteczny sposób generowania genów, nazywane są mutacjami przełączającymi szablon (TSM). Proces tworzenia miRNA związanych z TSM jest znacznie szybszy niż ewolucja nowych białek funkcjonalnych.
„DNA jest kopiowane jedna zasada na raz, a mutacje to zazwyczaj pojedyncze błędne zasady, jak błędne uderzenia na klawiaturze laptopa” On mówi Lider projektu i ekspert w dziedzinie bioinformatyki Ari Luitinoja.
„Badaliśmy mechanizm prowadzący do większych błędów, np. kopiowanie i wklejanie tekstu z innego kontekstu. Szczególnie interesowały nas przypadki, w których tekst był kopiowany wstecz, tworząc system symetryczny”.
Wszystkie cząsteczki RNA potrzebują powtarzających się zestawów zasad, które utrzymują cząsteczkę w jej roboczej formie. Zespół zdecydował się skupić na genach mikroRNA, które są bardzo krótkie i składają się z około 22 genów Zasada par.
Ale nawet w przypadku prostych genów mikroRNA szanse, że przypadkowe mutacje zasad będą powoli tworzyć tego rodzaju naprzemienne szlaki, są bardzo niskie.
Naukowcy zastanawiali się, skąd wzięły się te naprzemienne sekwencje. Okazuje się, że TSM mogą szybko wytworzyć kompletne homologi DNA, tworząc nowe geny mikroRNA z wcześniej niekodujących sekwencji DNA.
„W cząsteczce RNA zasady sąsiednich homologów mogą łączyć się w pary i tworzyć struktury przypominające spinkę do włosów. Takie struktury są niezbędne dla funkcjonowania cząsteczek RNA.” On mówi Biotechnolog Mikko Freelander.
Zmapowano już kompletne genomy wielu naczelnych i ssaków. Porównując te genomy za pomocą niestandardowego algorytmu komputerowego, badacze byli w stanie dowiedzieć się, które gatunki mają palindrom mikroRNA.
„Dzięki szczegółowemu modelowaniu historii możemy zobaczyć, że kompletne homologi powstają w wyniku pojedynczych mutacji” – powiedział Montinen. On tłumaczy.
Poniższy diagram dobrze wyjaśnia ten proces. Kiedy replikacja DNA rozpoczyna się od każdej pary zasad na liście receptur, kończy się, gdy trafi na mutację lub wadliwą parę zasad.
Następnie replikacja przenosi się na sąsiednią kość i zaczyna powtarzać te instrukcje, ale od tyłu.
Kiedy replikacja powraca do pierwotnego szablonu, tworzy bardzo mały homolog, który może łączyć się ze sobą w strukturę spinki do włosów.
Przełączanie szablonów podczas replikacji DNA pozwala pojedynczemu zdarzeniu mutacyjnemu stworzyć w DNA idealną strukturę dla nowego genu miRNA. Jest to o wiele bardziej skuteczne niż powolne i stopniowe zmiany, które mogą z tym nastąpić Poszczególne elementy konstrukcyjne.
W drzewie genealogicznym naczelnych odkryto ponad 6000 takich struktur, które mogą dać początek co najmniej 18 nowym genom miRNA u człowieka. Stanowi to 26% wszystkich miRNA, które, jak się uważa, pojawiły się od czasu pojawienia się naczelnych.
Takie odkrycia, obejmujące linie ewolucyjne, wskazują na uniwersalny mechanizm tworzenia genów miRNA, a zespół uważa, że odkrycia można zastosować również do innych genów i cząsteczek RNA.
Wydaje się, że stosunkowo łatwo pojawić się nowe geny mikroRNA, które mogą mieć wpływ na zdrowie człowieka. Niektóre miRNA związane z TSM wykazały już znaczenie funkcjonalne, np HSA-MER-576 Co wpływa na odpowiedź przeciwwirusową u naczelnych.
„Wiele wariantów TSM może stać się genami miRNA, które segregują populacje ludzkie” – piszą autorzy On pisze„Co sugeruje, że proces TSM jest obecnie aktywny i kształtuje nasze genomy”.
Badanie zostało opublikowane w Postępowanie Narodowej Akademii Nauk.