Un nou studiu dezvăluie un mecanism de generare a omologilor ADN care ar putea da naștere la noi gene microARN, aruncând lumină asupra originilor genelor și influențând potențial înțelegerea noastră a structurilor ARN.
Cercetătorii de la Universitatea din Helsinki au descoperit un mecanism care generează nașterea instantanee ADN omologi, ceea ce poate duce la crearea de noi gene microARN din secvențe de ADN necodante. Această descoperire a fost făcută în timp ce se studia erorile de replicare a ADN-ului și efectul lor asupra acestuia ARN Structurile moleculare, oferă noi perspective asupra originilor genelor.
Complexitatea organismelor vii este codificată în genele lor, dar de unde provin aceste gene? Cercetătorii de la Universitatea din Helsinki au rezolvat întrebările restante despre originea genelor de reglare mici și au descris mecanismul care creează omologia ADN-ului lor. În condițiile potrivite, acești omologi se dezvoltă în gene microARN.
Genele și proteinele: elementele de bază ale vieții
Genomul uman conține cca. 20.000 de gene sunt folosite pentru a construi proteine. Acțiunile acestor gene clasice sunt coordonate de mii de gene reglatoare, dintre care cea mai mică codifică molecule de microARN care au 22 de perechi de baze în lungime. În timp ce numărul de gene rămâne relativ constant, uneori apar noi gene în timpul evoluției. La fel ca originea vieții biologice, originea noilor gene continuă să fascineze oamenii de știință.
Rezolvați puzzle-ul alternativ
Toate moleculele de ARN necesită seturi alternative de baze care blochează molecula în forma sa funcțională. Important este că șansele ca mutații aleatorii ale bazei să formeze astfel de căi alternante progresiv sunt foarte mici, chiar și pentru genele simple de microARN. Prin urmare, originea acestor secvențe alternante a nedumerit cercetătorii. Experții de la Institutul de Biotehnologie de la Universitatea din Helsinki din Finlanda au rezolvat acest puzzle, descriind un mecanism care poate genera instantaneu omologi completi ai ADN-ului, creând astfel noi gene microARN din secvențe de ADN necodante anterior.
Informații despre replicarea ADN-ului
Într-un proiect finanțat de Academia Finlandei, cercetătorii au studiat erorile în replicarea ADN-ului. Ari Luitinoja, liderul proiectului, compară replicarea ADN-ului cu tipărirea textului.
„ADN-ul este copiat o bază la un moment dat, iar mutațiile sunt de obicei baze unice greșite, cum ar fi loviturile errate pe tastatura unui laptop. Am studiat un mecanism care duce la erori mai mari, cum ar fi copierea și inserarea textului dintr-un alt context. Ne-a interesat mai ales când ați copiat textul înapoi, astfel încât să creeze text simetric.
Cercetătorii au studiat mecanismul de eroare în replicarea ADN-ului și au observat că unele erori creează omologi care se pot transforma în structuri în ac de păr. Credit: Ari Löytynoja
Structurile ARN și erorile ADN.
Cercetătorii au realizat că erorile de replicare a ADN-ului pot fi uneori benefice. Ei i-au descris aceste descoperiri lui Mikko Freelander, un expert în biologia ARN. El a văzut imediat legătura cu structura moleculelor de ARN.
„În molecula de ARN, bazele omologilor adiacenți se pot împerechea și forma structuri asemănătoare acelor de păr. Astfel de structuri sunt esențiale pentru funcționarea moleculelor de ARN”, explică el.
Cercetătorii au decis să se concentreze asupra genelor microARN datorită structurii lor simple: genele sunt foarte scurte – doar câteva zeci de baze – și trebuie să se plieze într-o structură în ac de păr pentru a funcționa corect.
Ideea centrală a fost de a modela istoria genelor folosind un algoritm computerizat personalizat. Potrivit cercetătorului postdoctoral Helle Monteinen, acest lucru permite examinarea cea mai atentă a originii genelor până în prezent.
„Genomurile complete ale zeci de primate și mamifere sunt cunoscute. O comparație a genomilor lor este revelatoare. Clasifica Ei posedă o pereche de microARN palindrom, de care le lipsește. „Prin modelarea detaliată a istoriei, putem vedea că omologii completi sunt creați de evenimente cu o singură mutație”, spune Montinen.
Ideea de bază a fost de a modela istoria genelor folosind informații de la speciile înrudite. Modelarea a arătat că omologii genelor microARN sunt generați de evenimente cu o singură mutație. Credit: Ari Löytynoja
Arheologie și cosmopolitism
Concentrându-se pe oameni și alte primate, cercetătorii de la Helsinki au demonstrat că mecanismul nou descoperit ar putea explica cel puțin un sfert din noile gene microARN. Deoarece cazuri similare au fost găsite în alte linii evolutive, mecanismul de origine pare universal.
În principiu, apariția genelor microARN este atât de ușoară încât noi gene pot afecta sănătatea umană. Helle Montinen vede importanța lucrului la scară mai mare, de exemplu în înțelegerea principiilor de bază ale vieții biologice.
„Apariția de noi gene din nimic i-a uimit pe cercetători. Acum avem un model elegant pentru evoluția genelor ARN.”
Deși descoperirile se bazează pe gene de reglementare mici, cercetătorii cred că descoperirile pot fi generalizate la alte gene și molecule de ARN. De exemplu, folosind materiile prime generate de mecanismul nou descoperit, selecția naturală poate crea structuri și funcții ARN mai complexe.
Studiul a fost publicat în Cu oameni.
Referință: „Generarea de novo de miARN de la schimbarea șablonului în timpul replicării ADN” de Heli AM Mönttinen, Mikko J. Frilander și Ari Löytynoja, 29 noiembrie 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences.
doi: 10.1073/pnas.2310752120
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”