Junk DNA

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 8. september 2020; checks kræver 14 redigeringer .

Ikke-kodende DNA, eller junk-DNA ( eng.  Non-coding DNA eng.  junk-DNA ) - dele af det genomiske DNA fra organismer, der ikke koder for proteinsekvenser. Noget ikke-kodende DNA oversættes til funktionelle ikke-kodende RNA-molekyler. Andre funktioner af ikke-kodende DNA omfatter reguleringen af ​​protein-, centromer- og telomer-kodende sekvenser. Udtrykket "junk-DNA" blev populært i 1960'erne. [1] [2] Ifølge T. Ryan Gregory , en genomisk biolog, var den første eksplicitte diskussion af arten af ​​junk-DNA af David Comings i 1972, og han anvendte udtrykket på alt ikke-kodende DNA. [3] Udtrykket blev formaliseret af Susumu Ono i 1972 [4] som bemærkede, at den genetiske belastning af neutrale mutationer er ved den øvre grænse for værdier for fungerende loci, der ville forventes baseret på typiske mutationsrater. Susumu forudsagde, at pattedyrs genomer ikke kunne indeholde mere end 30.000 loci på grund af trykket fra naturlig selektion, da "omkostningerne" ved mutationsbelastning ville forårsage uundgåelig nedgang i fitness og til sidst udryddelse. Denne forudsigelse forbliver korrekt, det menneskelige genom indeholder cirka 20.000 gener. En anden støtte til Onos teori er observationen af, at selv nært beslægtede arter kan have meget forskellige (størrelsesordener) genomstørrelser, som blev døbt C-paradokset (genomredundans) i 1971. [5]

Mens frugtbarheden af ​​udtrykket "junk-DNA" er blevet sat i tvivl med den begrundelse, at det a priori fremkalder antagelsen om en total mangel på funktion, og selvom et mere neutralt udtryk som "ikke-kodende DNA" anbefales; [3] Udtrykket "junk-DNA" forbliver navnet på den del af en genomisk sekvens, for hvilken der ikke er fundet nogen signifikant biologisk funktion , og hvor sekvenssammenligning ikke afslører bevarede elementer , der indikerer, at det kan give en adaptiv fordel . I slutningen af ​​1970'erne blev det klart, at meget af det ikke-kodende DNA i store genomer stammede fra prolifererende egoistiske mobile elementer , som W. Ford Doolittle og Carmen Sapienza beskrev i Nature i 1980 : "Det er blevet vist, at hvis et givet DNA eller klasse af DNA, med ubevist fænotypisk ekspression, har udviklet en strategi (såsom transposition), der sikrer dets overlevelse i genomet, så er der ingen anden forklaring på dets eksistens påkrævet. [6] Det kan forventes, at mængden af ​​junk-DNA vil afhænge af hastigheden af ​​amplifikation af disse elementer og hastigheden af ​​tab af ikke-funktionelt DNA. [7] I samme nummer af Nature , Orgel, Lesley Ilizer og Crick skrev Francis, at junk-DNA har "lidt specificitet og ringe eller ingen selektiv fordel for organismen". [8] Udtrykket forekommer primært i faglitteratur og videnskabelige publikationer i daglig tale , og det er blevet foreslået, at Skabelon:Quantifys konnotationer kan kvæle interessen for at fastslå de biologiske funktioner af ikke-kodende DNA. [9]

Adskillige beviser viser, at nogle junk-DNA-sekvenser sandsynligvis har funktionel aktivitet, der er ukendt for os, og at processen med at fjerne fragmenter af oprindeligt egoistisk eller ikke-funktionelt DNA har været almindelig gennem hele evolutionen. [10] I 2012 rapporterede ENCODE -projektet , et forskningsprogram støttet af National Human Genome Research Institute , at 76 % af det ikke-kodende DNA i det menneskelige genom er genstand for transkription , og at omkring halvdelen af ​​genomet på en eller anden måde binder regulatorisk proteiner såsom transkriptionsfaktorer . [elleve]

Det blev tidligere antaget, at omkring 95 % af DNA -sekvenserne i det menneskelige genom kan tilskrives junk-DNA. Sådanne sekvenser inkluderer intronsekvenser og områder af DNA mellem gener såvel som gentagne regioner. Men i 2012 blev det i publikationerne af Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) projektet vist, at andelen af ​​junk-DNA er stærkt overvurderet, og op til 80 % af genomet har biokemiske funktioner [12] [13] .

Selvom ENCODE-budskabet om, at over 80 % af det menneskelige genom er biokemisk funktionelt, er blevet kritiseret af andre videnskabsmænd [14] , som hævder, at hverken tilgængeligheden af ​​genomsekvenser for transkriptionsfaktorer eller deres transkription garanterer, at disse sekvenser har en biokemisk funktion, og at deres transskription giver en selektiv fordel . Desuden var de væsentligt lavere præ-ENCODE funktionalitetsscores baseret på pattedyrs genomkonserveringsscore. [5] [15] [16] [17]

Som svar på dette synspunkt hævder andre forskere, at den udbredte transskription og splejsning, der observeres i det menneskelige genom direkte i biokemiske analyser, er mere nøjagtige indikatorer for genetisk funktion end genomkonservatisme, fordi estimatet af konservatisme er relativt på grund af de utrolige forskelle i genomstørrelser selv blandt nært beslægtede arter. [18] [19] Konservativitetsscoren kan bruges til at lette søgningen efter funktionelle elementer i genomet, men ikke til at droppe eller fastholde, når man estimerer det samlede antal funktionelle elementer, der kunne findes i genomet, da elementer, der gør noget på molekylært niveau kan man gå glip af metoder til sammenlignende genomik. [18] Desuden er det meste af det kendte junk-DNA involveret i epigenetisk regulering, hvilket tilsyneladende er nødvendigt for udviklingen af ​​komplekse organismer. [20] [19] [21]

I et papir fra 2014 forsøgte ENCODE-forskere at besvare "spørgsmålet om, hvorvidt ikke-konservative, men biokemisk aktive regioner faktisk er funktionelle." De bemærkede, at i litteraturen er de funktionelle dele af genomet blevet defineret forskelligt i tidligere undersøgelser afhængigt af de anvendte tilgange. Der er tre generelle tilgange, der bruges til at identificere funktionelle dele af det menneskelige genom: genetiske metoder (baseret på fænotypisk variation), evolutionære tilgange (baseret på konservatisme) og biokemiske metoder (baseret på biokemiske undersøgelser og brugt af ENCODE). Alle tre metoder har deres begrænsninger: genetiske metoder kan miste funktionelle elementer, der ikke er fysisk manifesterede i organismen, evolutionære tilgange har svært ved at bruge nøjagtige multiple sekvensjusteringer, fordi genomerne af selv nært beslægtede arter adskiller sig væsentligt, og biokemiske undersøgelser, selvom de er meget reproducerbare, men et biokemisk signal betyder ikke altid automatisk funktionalitet. [atten]

De bemærkede, at 70% af de transskriberede sekvenser havde mindre end 1 transkript pr. celle. De bemærkede, at det "er en vanskelig opgave at vælge mellem, hvad der er et reproducerbart, men lavt niveau af biokemisk signal, der er iboende i en stor del af genomet med lidt evolutionær konservatisme, specifik funktion eller biologisk støj." Derudover er opløsningen af ​​assayet ofte meget større end dets underliggende funktionelle bestanddele, så nogle af de reproducerbare "biokemisk aktive, men selektivt neutrale" sekvenser er usandsynligt, at de udfører meningsfulde funktioner, især dem med lave niveauer af biokemisk signal. Til dette tilføjede de: "Men vi anerkender også betydelige begrænsninger i vores nuværende afgrænsning af grænser, givet at nogle menneskespecifikke funktioner er vigtige, men ikke konservative, og at sygdomsrelevante regioner ikke behøver at blive selektivt screenet ud for at være funktionelle. "." På den anden side hævdede de, at 12-15% af det funktionelt begrænsede menneskelige DNA, som estimeret ved forskellige ekstrapolationsevolutionære metoder, stadig kan være undervurderet. De konkluderede, at i modsætning til evolutionære og genetiske data giver biokemiske data indsigt i både den molekylære funktion, som de underliggende DNA-elementer tjener, samt de celletyper, de opererer i. I sidste ende kan genetiske, evolutionære og biokemiske tilgange bruges som komplementære tilgange til at identificere områder, der kan fungere i menneskelig biologi og sygdom. [atten]

Nogle kritikere hævder, at funktionalitet kun kan vurderes ud fra en passende nulhypotese . I dette tilfælde ville nulhypotesen være, at disse dele af genomet er ikke-funktionelle og har egenskaber, uanset om de er baseret på deres konservatisme eller biokemiske aktivitet, som ville forventes af dem baseret på vores fælles forståelse af molekylær evolution og biokemi . Ifølge disse kritikere, indtil det pågældende område har vist sig at have yderligere funktioner ud over, hvad der forventes under nulhypotesen, bør det konventionelt betegnes som ikke-funktionelt. [22]

Der er stadig ikke noget samlet koncept for den evolutionære rolle og fremkomsten af ​​"junk"-DNA, men der er en opfattelse af, at eukaryotisk ikke-kodende DNA er resterne af ikke-kodende DNA-sekvenser, der opstod under udviklingen af ​​livet. Prokaryoter blev tvunget til at reducere størrelsen af ​​deres genomer for at reducere mængden af ​​DNA, hvori mutationer kunne forekomme, mens eukaryoter "gik ned ad stien" af diploidi og regelmæssig seksuel proces .

Ikke-kodende DNA

Der er også et alternativt navn for "junk"-DNA. Det er dog ikke helt sandt, da "ikke-kodende" DNA indeholder transposoner , der koder for proteiner, hvis funktion endnu ikke er fastlagt, samt nogle regulatoriske elementer.

Ifølge en version bruges ikke-kodende DNA, i det mindste delvist, til fremstilling af forskellige typer RNA , nemlig tRNA , rRNA , mikroRNA , lille nukleært RNA , lille nukleolært RNA . Alle disse RNA'er er involveret i kritiske livsprocesser for celler og endda multicellulære organismer (se RNA-interferens ).

I genomik og beslægtede discipliner er ikke-kodende DNA-sekvenser  den del af en organismes DNA , der ikke koder for proteinsekvenser . Nogle ikke-kodende DNA-sekvenser transskriberes til funktionelle ikke-kodende RNA- molekyler (f.eks. tRNA , rRNA og regulatorisk RNA ). Andre funktioner af ikke-kodende DNA omfatter transkriptionel og translationel regulering af proteinkodende sekvenser, SAR-sekvenser , replikationsstartsteder , centromerer og telomerer .

Mængden af ​​ikke-kodende DNA varierer betydeligt fra art til art. Hvor kun en lille procentdel af genomet er ansvarlig for kodning af proteiner, er procentdelen af ​​genomisk DNA, der udfører regulatoriske funktioner, stigende. Hvis der er meget ikke-kodende DNA i genomet, ser det meste ikke ud til at have nogen biologisk funktion for organismen, som teoretisk forudsagt i 1960'erne. Siden dengang er denne ikke-fungerende del ofte blevet omtalt som "junk-DNA", et begreb, der har forårsaget en masse modreaktioner i årevis. [elleve]

Et internationalt projekt ( ENCODE ) fandt gennem direkte biokemiske undersøgelser, at mindst 80% af menneskets genomiske DNA har biokemisk aktivitet. [23] Selvom dette ikke er en fuldstændig overraskelse, da mange funktionelle ikke-kodende regioner er blevet opdaget i løbet af de foregående årtiers forskning, [24] [20] har nogle forskere kritiseret konklusionen om, at biokemisk aktivitet er relateret til biologisk funktion . [14] [5] [15] [16] [17] Baseret på metoder til komparativ genomik estimeres andelen af ​​den biologisk signifikante del af vores genom til at være mellem 8 og 15%. [25] [18] [26] Andre har dog argumenter imod udelukkende at stole på estimater af komparativ genomik på grund af dets begrænsninger, eftersom ikke-kodende DNA har vist sig at være involveret i epigenetiske processer og i et kompleks af indbyrdes forbundne genetiske interaktioner. . [20] [18] [19] [21]

Andel af ikke-kodende genomisk DNA

Mængden af ​​totalt genomisk DNA varierer meget fra organisme til organisme, og andelen af ​​kodende og ikke-kodende DNA i disse genomer varierer også meget. F.eks. troede man oprindeligt, at over 98 % af det menneskelige genom ikke koder for proteinsekvenser, inklusive de fleste af sekvenserne i introner og intergene sekvenser , [27] , mens det for prokaryote genomer er typisk, at kun 20 % af genomet er ikke-kodende. [24]

Mens genomstørrelse , og en stigning i mængden af ​​ikke-kodende DNA, korrelerer med kompleksiteten af ​​en organisme, er der mange undtagelser. For eksempel indeholder genomet af den encellede Polychaos dubium (også kendt som Amoeba dubia ) mere end 200 gange mere DNA end et menneske. [28] Genomet af kuglefisken Takifugu rubripes er kun omkring en ottendedel af størrelsen af ​​det menneskelige genom, men ser alligevel ud til at have det samme antal gener; cirka 90 % af Takifugu rubripes -genomet er ikke-kodende DNA. [27] Den store variation i nuklear genomstørrelse blandt eukaryote arter er kendt som C-paradokset (genomredundans) . [29] De fleste forskelle i genomstørrelse synes at skyldes ikke-kodende DNA.

Planteforskning har afsløret en nøglefunktion af en del af ikke-kodende DNA, der tidligere blev betragtet som ubetydelig og har tilføjet et nyt lag af viden til forståelsen af ​​genregulering. [tredive]

Typer af ikke-kodende DNA-sekvenser

Ikke-kodende funktionelt RNA

Ikke-kodende RNA'er  er funktionelle RNA- molekyler , der ikke oversættes til proteiner. Eksempler på ikke-kodende RNA'er omfatter rRNA , tRNA , piRNA og mikroRNA .

MikroRNA'er menes at kontrollere translationsaktiviteten af ​​cirka 30% af alle proteinkodende gener hos pattedyr og kan være afgørende i udviklingen eller behandlingen af ​​forskellige sygdomme, herunder cancer , hjerte-kar-sygdomme og immunrespons på infektion . [31]

Cis- og Trans -regulatoriske elementer

Cis-regulatoriske elementer  er sekvenser, der kontrollerer transkriptionen af ​​et nærliggende gen. Cis-elementerne kan være placeret i det 5'- eller 3'- utranslaterede område eller inden for introner . Trans regulatoriske elementer styrer gentransskription over lange afstande.

Promotorer fremmer transkriptionen af ​​et bestemt gen og er sædvanligvis placeret opstrøms for den kodende region. Enhancer -sekvenser kan også påvirke niveauet af transskription af et gen over meget store afstande. [32]

Introns

Introner  er ikke-kodende regioner af et gen, der transskriberes til mRNA-precursorsekvenser (præ-mRNA) , men fjernes fuldstændigt under splejsning under modningsprocessen af ​​messenger-RNA . Mange introner er mobile genetiske elementer . [33]

Undersøgelser af type I-introner fra protozoen Tetrahymena viser, at nogle introner er værtsneutrale egoistiske transponerbare elementer, fordi de kan udskære sig selv fra omgivende exoner under RNA-post-transkriptionel modifikation og ikke påvirker forholdet mellem ekspressionsniveauer mellem alleler og introner eller uden dem. . [33] Nogle introner ser ud til at have lignende biologiske funktioner, muligvis ved at fungere som ribozymer , der kan regulere tRNA- og rRNA -aktivitet , såvel som ekspressionen af ​​proteinkodende gener, tilsyneladende i organismer, der er blevet afhængige af sådanne introner efter en lang periode med tid; for eksempel ser trnL-intronen , der findes i alle planter , ud til at have været lodret nedarvet i flere milliarder år, inklusive over en milliard år inden for kloroplaster og yderligere 2-3 milliarder år før det, i kloroplastforfædre i cyanobakterier . [33]

Pseudogenes

Pseudogener  er DNA-sekvenser, der ligner almindelige gener , der har mistet deres evne til at kode for et protein eller ikke længere udtrykkes i cellen. Pseudogener opstår ved retrotransposition eller duplikering af funktionelle gener og bliver ikke-fungerende "fossile gener" på grund af mutationer , der forhindrer gentranskription , såvel som mutationer inden for promotorregionen, eller fuldstændig ændrer translationen af ​​genet, såsom forekomsten af et stopkodon eller et frameshift . [34] Pseudogener som følge af retrotransposition af RNA-mellemprodukter er kendt som trunkerede pseudogener; pseudogener som følge af rester af duplikerede gener eller inaktiverede gener kaldes ubehandlede pseudogener. [34]

Mens evolutionens lov om irreversibilitet antyder, at tabet af funktion af pseudogener skal være permanent, kan tavse gener faktisk bevare funktionen i adskillige millioner år og kan "genaktiveres" ved at genoprette proteinkodende sekvens [35] og et betydeligt antal tidligere pseudogener aktivt transskriberet. [34] [36] Da pseudogener kan ændre sig, som forventet, uden evolutionære begrænsninger, kan de tjene som en arbejdsmodel for typiske og hyppige forskellige spontane genetiske mutationer . [37]

Gentagelser, transposoner og virale elementer

Transposoner og retrotransposoner  er mobile genetiske elementer . Retrotransposon- gentagelsessekvenser , herunder lange spredte gentagelser (LINE'er) og korte spredte gentagelser (SINE'er), udgør størstedelen af ​​den genomiske sekvens i mange arter. Alu-gentagelser , klassificeret som korte spredte gentagelser, er det mest almindelige transponerbare element i det menneskelige genom. Nogle eksempler er blevet fundet på, at SINE'er påvirker transkriptionskontrollen af ​​nogle proteinkodende gener. [38] [39] [40]

Endogene retrovirussekvenser er produkter af revers transkription af retrovirusgenomer og deres indsættelse i genomet af kimcelleceller . Mutationer inden for disse revers transskriberede sekvenser kan inaktivere det virale genom. [41]

Mere end 8% af det menneskelige genom stammer fra (for det meste henfaldne) endogene retrovirussekvenser, hvoraf over 42% er genkendeligt stammer fra retrotransposoner, mens de øvrige 3% kan identificeres som rester af transposon-DNA . Det meste af den resterende halvdel af genomet, som i øjeblikket ikke har nogen klar oprindelse, menes at være afledt af transponerbare elementer, der var aktive for mange år siden (>200 millioner år), men tilfældige mutationer gjorde dem uigenkendelige. [42] Forskelle i genomstørrelse i mindst to plantearter er hovedsageligt resultatet af forskelle i deres indhold af retrotransposonsekvenser. [43] [44]

Telomerer

Telomerer  er regioner med gentagne DNA i enderne af kromosomerne , som beskytter dem mod forkortning under DNA-replikation .

Betydningen af ​​ikke-kodende DNA

Der er en opfattelse af, at tilstedeværelsen af ​​en stor mængde ikke-kodende DNA har stabiliseret genomet med hensyn til mutationer (hyppigheden af ​​en mutation, der "slår" på et aktivt gen, er faldet). Dette var betingelsen for fremkomsten af ​​flercellede organismer [45] .

Mange ikke-kodende DNA-sekvenser har vigtige biologiske funktioner, som det fremgår af komparative genomiske undersøgelser , som rapporterer nogle områder af ikke-kodende DNA, der er meget konserverede ( engelsk  . Conserved non-coding sequence ), nogle gange på en tidsskala på hundreder millioner år. , hvilket indebærer, at disse ikke-kodende regioner er under stærkt evolutionært pres og positiv selektion . [46] For eksempel, i menneske- og musegenomerne , som afveg fra en fælles forfader for 65-75 millioner år siden, udgør proteinkodende DNA-sekvenser kun omkring 20 % af det konserverede DNA, og de resterende 80 % af det konserverede DNA er i ikke-kodende regioner. [47] Sammenkædet arv afslører ofte sygdomsassocierede regioner af kromosomer, der mangler funktionelle varianter af kodende gener i regionen, hvilket indikerer, at de sygdomsfremkaldende sekvensvarianter ligger i ikke-kodende DNA. [47] Betydningen af ​​mutationer i ikke-kodende DNA blev undersøgt i april 2013. [48] 

Ikke-kodende sekvens genetisk polymorfi har også vist sig at spille en rolle i modtageligheden for infektionssygdomme såsom hepatitis C. [49] Derudover har ikke-kodende sekvens genetisk polymorfi vist sig at bidrage til modtagelighed for Ewings sarkom  , en meget aggressiv knoglekræft i barndommen. [halvtreds]

Nogle specifikke ikke-kodende DNA-sekvenser kan være særligt vigtige for at opretholde kromosomstruktur, centromerfunktion og genkendelse af homologe kromosomer i meiose . [51]

Ifølge en sammenlignende undersøgelse af over 300 prokaryote og over 30 eukaryote genomer [ 52] ser eukaryoter ud til at kræve mindst en minimal mængde ikke-kodende DNA. Dette minimum kan forudsiges ved hjælp af en vækstmodel for regulatoriske genetiske netværk, hvilket antyder, at det er nødvendigt til regulatoriske formål. Hos mennesker er det forudsagte minimum omkring 5% af det samlede genom.

Der er bevis for, at en betydelig andel (mere end 10%) af de 32 pattedyrsgenomer kan fungere gennem dannelsen af ​​specifikke sekundære RNA-strukturer. [53] Undersøgelsen brugte komparative genomiske teknikker til at identificere kompenserende DNA-mutationer, der bevarer RNA-duplikation, et kendetegn for RNA- molekyler . Over 80 % af de regioner i genomet, der giver evolutionært bevis for bevarelsen af ​​RNA-strukturen, giver ikke pålidelig bevaring af DNA-strukturen.

Genombeskyttelse

Ikke-kodende DNA adskiller gener med lange intervaller, således at en mutation i ét gen eller en region af et kromosom, såsom en deletion eller insertion, ikke resulterer i " frameshift-mutationer " i hele kromosomet. Når kompleksiteten af ​​genomet er relativt høj, ligesom det menneskelige genom, er ikke kun individuelle gener, men også individuelle dele af genet adskilt af ikke-kodende regioner - introner , der beskytter hele den kodende sekvens af genet, hvilket minimerer ændringerne forårsaget af mutation.

Det er blevet foreslået, at ikke-kodende DNA kan reducere sandsynligheden for genskade under kromosomkrydsning . [54]

Genetiske omskiftere

Nogle ikke-kodende DNA-sekvenser fungerer som genetiske "switches", der bestemmer, hvor og hvornår gener vil blive udtrykt. [55] For eksempel har et langt ikke-kodende RNA ( lncRNA ) molekyle vist sig at hjælpe med at forhindre udviklingen af ​​brystkræft ved at forhindre den genetiske switch i at sætte sig fast. [56]

Regulering af genekspression

Nogle ikke-kodende DNA-sekvenser bestemmer niveauet af ekspression af forskellige gener. [57]

Transkriptionsfaktorbindingssteder

Nogle ikke-kodende DNA-sekvenser, der bestemmer bindingsstedet for transkriptionsfaktorer. [57] Transkriptionsfaktorer er proteiner, der binder til specifikke ikke-kodende DNA-sekvenser, og derved styrer overførslen (eller transkriptionen) af genetisk information fra DNA til mRNA. Transkriptionsfaktorer virker helt forskellige steder i genomet hos forskellige mennesker.

Operatører

En operator er en del af DNA, som repressorer binder til . Repressorer  er DNA-bindende proteiner, der regulerer ekspressionen af ​​et eller flere gener ved at binde sig til en operator og blokere bindingen af ​​RNA-polymerase til en promotor og dermed forhindre gentransskription. Denne blokering af genekspression kaldes repression.

Enhancers

En enhancer er en region af DNA, der kan binde til proteiner ( trans-virkende faktorer ), normalt et sæt af transkriptionsfaktorer, hvilket øger niveauet af transskription af gener i en genklynge.

Lyddæmpere

En lyddæmper er en strækning af DNA, der inaktiverer genekspression, når regulatoriske proteiner binder til det. Dens funktion minder meget om en forstærker, men med den forskel, at den inaktiverer et gen.

Promotorer

En promotor er en sektion af DNA, der sikrer transkriptionen af ​​et bestemt gen. Promotoren er normalt placeret i nærheden af ​​genet, hvis transkription regulerer.

Isolatorer

En genetisk isolator er et afgrænsningselement, der spiller to separate roller i genekspression, den første er at blokere påvirkningen af ​​forstærkeren, men oftest er det en barriere i udbredelsen af ​​processen med kromatinkondensering til naboområder. En isolator i en DNA-sekvens kan sammenlignes med en ordseparator i lingvistik, såsom et komma (,) i en sætning, fordi isolatoren angiver, hvor grænserne for sekvenser med aktiverede eller undertrykte udtryksniveauer er.

Brug af ikke-kodende DNA

Ikke-kodende DNA og evolution

Delte sekvenser af tilsyneladende ikke-kodende DNA er hovedbeviset for afstamning fra en fælles forfader . [58]

Pseudogene sekvenser ser ud til at akkumulere mutationer i en hurtigere hastighed end kodende sekvenser på grund af tabet af selektivt tryk fra naturlig selektion. [37] Dette giver dig mulighed for at skabe mutante alleler, der har nye funktioner, og som kan opfanges af naturlig selektion; således kan pseudogener tjene som materiale for evolution og kan betragtes som "protogener". [59]

Korrelation med lang rækkevidde (lang rækkevidde)

En statistisk signifikant forskel mellem de kodende og ikke-kodende DNA-sekvenser blev vist. Det observeres, at nukleotiderne i den ikke-kodende DNA-sekvens af DNA viser en langskala power-lov korrelation, mens de kodende sekvenser ikke gør det. [60] [61] [62]

Retsmedicinsk videnskab

Politiet tager nogle gange DNA-prøver som bevis for identifikationsformål . Som beskrevet i Maryland v. King , 2013 US Højesterets afgørelse: [63]

Den nuværende standard for retsmedicinsk DNA-baseret identifikation er baseret på analyse af kromosomer placeret i kernerne i alle menneskelige celler. ”Dna-materialet i kromosomerne består af 'kodende' og 'ikke-kodende' områder. De kodende regioner er kendt som gener og indeholder den information, cellen skal bruge for at lave proteiner. . . . Regioner, der ikke koder for proteiner. . . er ikke direkte relateret til produktionen af ​​proteiner, [og] er blevet klassificeret som 'junk'-DNA." Adjektivet "skrald" kan vildlede lægmanden, for faktisk bruges denne del af DNA'et til næsten absolut nøjagtig identifikation af en person.

Se også

Noter

  1. ↑ Ehret CF, De Haller G; DeHaller. Oprindelse, udvikling og modning af organeller og organelsystemer på celleoverfladen i Paramecium  //  Journal of Ultrastructure Research : journal. - 1963. - Bd. 9 Tillæg 1 . - S. 1, 3-42 . - doi : 10.1016/S0022-5320(63)80088-X . — PMID 14073743 .
  2. ↑ Dan Graur, The Origin of Junk DNA: A Historical Whodunnit Arkiveret 8. november 2020 på Wayback Machine
  3. ↑ 1 2 Genomets udvikling / Gregory, T. Ryan. - Elsevier , 2005. - S.  29 -31. — ISBN 0123014638 . . - "Comings (1972) gav på den anden side, hvad der må betragtes som den første eksplicitte diskussion af naturen af ​​"junk-DNA", og var den første til at anvende udtrykket på alt ikke-kodende DNA."; "Af denne grund, det er usandsynligt, at en funktion for ikke-kodende DNA kan stå for hverken dens rene masse eller dens ulige fordeling blandt taxa. Men at afvise det som ikke mere end "junk" i den nedsættende betydning af "ubrugelig" eller "spildfuldt" gør ikke meget for at fremme forståelsen af ​​genomets evolution. Af denne grund bruges det langt mindre belastede udtryk "ikke-kodende DNA" i hele dette kapitel og anbefales frem for "junk-DNA" til fremtidige behandlinger af emnet."".
  4. ↑ Så meget "junk"-DNA i vores genom, In Evolution of Genetic Systems; S. Ohno. / HH Smith. - Gordon and Breach, New York, 1972. - S. 366-370.
  5. ↑ 1 2 3 Sean Eddy (2012) C-værdi-paradokset, junk-DNA og ENCODE Arkiveret fra originalen den 23. oktober 2013. Curr Biol 22(21):R898-R899.
  6. ↑ Doolittle WF, Sapienza C; Sapienza. Selviske gener, fænotypeparadigmet og genomudvikling  (engelsk)  // Nature : journal. - 1980. - Bd. 284 , nr. 5757 . - S. 601-603 . - doi : 10.1038/284601a0 . — . — PMID 6245369 .
  7. ↑ En anden kilde er genomduplikation efterfulgt af funktionstab på grund af redundans.
  8. ↑ Orgel LE, Crick FH; Crick. Egoistisk DNA: den ultimative parasit  (engelsk)  // Nature. - 1980. - April ( bd. 284 , nr. 5757 ). - S. 604-607 . - doi : 10.1038/284604a0 . — . — PMID 7366731 .
  9. ↑ Khajavinia A., Makalowski W; Makalowski. Hvad er "junk"-DNA, og hvad er det værd?  (engelsk)  // Scientific American . - Springer Nature , 2007. - Maj ( vol. 296 , nr. 5 ). - S. 104 . - doi : 10.1038/scientificamerican0307-104 . — PMID 17503549 . . — "Udtrykket "junk-DNA" afviste mainstream-forskere fra at studere ikke-kodende genetisk materiale i mange år."
  10. ↑ Biémont, Christian; Vieira, C. Genetik: Junk DNA som en evolutionær kraft   // Nature . - 2006. - Bd. 443 , nr. 7111 . - S. 521-524 . - doi : 10.1038/443521a . — . — PMID 17024082 .
  11. ↑ 1 2 Pennisi, E. ENCODE Project Writer Eulogy for Junk DNA   // Science . - 2012. - 6. september ( bd. 337 , nr. 6099 ). - S. 1159-1161 . - doi : 10.1126/science.337.6099.1159 . — PMID 22955811 .
  12. ↑ JR Ecker et al., Genomics: ENCODE forklaret Arkiveret 8. september 2012 på Wayback Machine , Nature 489 , s. 52-55, 6. september 2012
  13. ↑ E. Pennisi, ENCODE Project Writer Eulogy for Junk DNA Arkiveret 9. september 2012 på Wayback Machine , Science 337 (6099) s. 1159—1161, 7. september 2012
  14. ↑ 12 Robin McKie . Angrebne videnskabsmænd hævder, at 'junk-DNA' er afgørende for livet , The Observer  (24. februar 2013). Arkiveret fra originalen den 1. juli 2013. Hentet 2. januar 2019.
  15. ↑ 1 2 Doolittle, W. Ford. Er uønsket DNA-køje? En kritik af ENCODE // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . - 2013. - T. 110 , nr. 14 . - S. 5294-5300 . - doi : 10.1073/pnas.1221376110 . - . — PMID 23479647 .
  16. ↑ 1 2 Palazzo, Alexander F.; Gregory, T. Ryan. Sagen om uønsket DNA // PLoS Genetik. - 2014. - T. 10 , nr. 5 . — S. e1004351 . — ISSN 1553-7404 . - doi : 10.1371/journal.pgen.1004351 .
  17. ↑ 1 2 Dan Graur , Yichen Zheng, Nicholas Price, Ricardo BR Azevedo1, Rebecca A. Zufall og Eran Elhaik. Om tv-apparaters udødelighed: "funktion" i det menneskelige genom ifølge det evolutionsfrie evangelium om ENCODE  //  Genome Biology and Evolution : journal. - 2013. - Bd. 5 , nr. 3 . - S. 578-590 . - doi : 10.1093/gbe/evt028 . — PMID 23431001 .
  18. ↑ 1 2 3 4 5 6 Kellis, M. et al. Definition af funktionelle DNA-elementer i det menneskelige genom  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences  : tidsskrift. - 2014. - Bd. 111 , nr. 17 . - P. 6131-6138 . - doi : 10.1073/pnas.1318948111 . - . — PMID 24753594 .
  19. ↑ 1 2 3 Mattick JS, Dinger ME Omfanget af funktionalitet i det menneskelige genom // The HUGO Journal. - 2013. - T. 7 , nr. 1 . - S. 2 . - doi : 10.1186/1877-6566-7-2 .
  20. ↑ 1 2 3 Carey, Nessa. Junk DNA: A Journey Through the Dark Matter of the Genome  (engelsk) . - Columbia University Press , 2015. - ISBN 9780231170840 .
  21. ↑ 1 2 Ikke-kodende RNA'er og epigenetisk regulering af genekspression: Drivers of Natural Selection  / Morris, Kevin. — Norfolk, Storbritannien: Caister Academic Press, 2012. - ISBN 1904455948 .
  22. ↑ Palazzo, Alexander F.; Lee, Eliza S. Ikke-kodende RNA: hvad er funktionelt og hvad er junk? (engelsk)  // Frontiers in Genetics: tidsskrift. - 2015. - Bd. 6 . — S. 2 . - ISSN 1664-8021 . - doi : 10.3389/fgene.2015.00002 . — PMID 25674102 .
  23. ↑ ENCODE-projektkonsortiet. En integreret encyklopædi over DNA-elementer i det menneskelige genom  (engelsk)  // Nature : journal. - 2012. - Bd. 489 , nr. 7414 . - S. 57-74 . - doi : 10.1038/nature11247 . — . — PMID 22955616 . .
  24. ↑ 1 2 Costa, Fabrico. 7 Ikke-kodende RNA'er, Epigenomics og Complexity in Human Cells // Ikke-kodende RNA'er og epigenetisk regulering af genekspression: Drivers of Natural Selection  (engelsk) / Morris, Kevin V.. — Caister Academic Press, 2012. - ISBN 1904455948 .
  25. ↑ Ponting, C.P.; Hardison, R. C. Hvilken del af det menneskelige genom er funktionel?  // Genomforskning. - 2011. - T. 21 . - S. 1769-1776 . - doi : 10.1101/gr.116814.110 . — PMID 21875934 .
  26. ↑ Chris M. Rands, Stephen Meader , Chris P. Ponting og Gerton Lunter. 8,2 % af det menneskelige genom er begrænset: Variation i omsætningshastigheder på tværs af funktionelle elementklasser i den menneskelige afstamning  //  PLoS- genet : journal. - 2014. - Bd. 10 , nej. 7 . — P. e1004525 . - doi : 10.1371/journal.pgen.1004525 . — PMID 25057982 .
  27. ↑ 1 2 Elgar G., Vavouri T; Vavouri. Tuning ind på signalerne: ikke-kodende sekvensbevarelse i hvirveldyrgenomer  // Trends Genet  . : journal. - 2008. - Juli ( bind 24 , nr. 7 ). - S. 344-352 . - doi : 10.1016/j.tig.2008.04.005 . — PMID 18514361 .
  28. ↑ Gregory TR, Hebert PD; Hebert. Modulationen af ​​DNA-indhold: nærliggende årsager og ultimative konsekvenser  // Genome Res  . : journal. - 1999. - April ( bind 9 , nr. 4 ). - s. 317-324 . - doi : 10.1101/gr.9.4.317 . — PMID 10207154 .
  29. ↑ Wahls, W. P. et al. Hypervariabel minisatellit-DNA er et hotspot for homolog rekombination i humane celler  (engelsk)  // Cell  : journal. - Cell Press , 1990. - Vol. 60 , nr. 1 . - S. 95-103 . - doi : 10.1016/0092-8674(90)90719-U . — PMID 2295091 .
  30. ↑ Waterhouse, Peter M.; Hellens, Roger P. Plantebiologi: Kodning i ikke-kodende RNA'er   // Nature . - 2015. - 25. marts ( bd. 520 , nr. 7545 ). - S. 41-42 . - doi : 10.1038/nature14378 .
  31. ↑ Li M., Marin-Muller C., Bharadwaj U., Chow K.H., Yao Q., Chen C.; Marin-Muller; Bharadwaj; Chow; Yao; Chen. MicroRNA'er: Kontrol og tab af kontrol i menneskelig fysiologi og sygdom  // World J  Surg : journal. - 2009. - April ( bind 33 , nr. 4 ). - s. 667-684 . - doi : 10.1007/s00268-008-9836-x . — PMID 19030926 .
  32. ↑ Visel A; Rubin EM; Pennacchio L.A.Genomiske syn på fjerntvirkende forstærkere  // Nature . - 2009. - September ( vol. 461 , nr. 7261 ). - S. 199-205 . - doi : 10.1038/nature08451 . — . — PMID 19741700 .
  33. ↑ 1 2 3 Nielsen H., Johansen SD; Johansen. Gruppe I-introner: Bevæger sig i nye retninger   // RNA Biol : journal. - 2009. - Bd. 6 , nr. 4 . - s. 375-383 . doi : 10.4161 / rna.6.4.9334 . — PMID 19667762 .
  34. ↑ 1 2 3 Zheng D., Frankish A., Baertsch R. et al. Pseudogener i ENCODE-regionerne: Konsensusannotering, analyse af transkription og evolution  // Genome Res  . : journal. - 2007. - Juni ( bind 17 , nr. 6 ). - S. 839-851 . - doi : 10.1101/gr.5586307 . — PMID 17568002 .
  35. ↑ Marshall CR, Raff EC, Raff RA; Raff; Raff. Dollos lov og geners død og opstandelse  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal. - 1994. - December ( bind 91 , nr. 25 ). - P. 12283-12287 . - doi : 10.1073/pnas.91.25.12283 . - . — PMID 7991619 .
  36. ↑ Tutar, Y. Pseudogenes // Comp Funct Genomics. - 2012. - T. 2012 . - S. 424526 . - doi : 10.1155/2012/424526 . — PMID 22611337 .
  37. ↑ 1 2 Petrov DA, Hartl DL; Hartl. Pseudogen evolution og naturlig selektion for et kompakt genom  //  Journal of Heredity : journal. - Oxford University Press , 2000. - Vol. 91 , nr. 3 . - S. 221-227 . doi : 10.1093 / jhered/91.3.221 . — PMID 10833048 .
  38. ↑ Ponicsan SL, Kugel JF, Goodrich JA; Kugel; Goodrich. Genomiske ædelstene: SINE RNA'er regulerer mRNA-produktion  //  Aktuel mening i genetik og udvikling. - Elsevier , 2010. - Februar ( bind. 20 , nr. 2 ). - S. 149-155 . - doi : 10.1016/j.gde.2010.01.004 . — PMID 20176473 .
  39. ↑ Häsler J., Samuelsson T., Strub K; Samuelsson; strub. Nyttigt 'junk': Alu-RNA'er i det humane transkriptom   // Celle . Mol. livsvidenskab.  : journal. - 2007. - Juli ( bind 64 , nr. 14 ). - S. 1793-1800 . - doi : 10.1007/s00018-007-7084-0 . — PMID 17514354 .
  40. ↑ Walters RD, Kugel JF, Goodrich JA; Kugel; Goodrich. Uvurderligt skrammel: den cellulære påvirkning og funktion af Alu og B2 RNA'er  (engelsk)  // IUBMB Life : journal. - 2009. - August ( bind 61 , nr. 8 ). - s. 831-837 . - doi : 10.1002/iub.227 . — PMID 19621349 .
  41. ↑ Nelson, P. N.; Hooley, P.; Roden, D.; Davari Ejtehadi, H.; Rylance, P.; Warren, P.; Martin, J.; Murray, P.G. Humane endogene retrovira: transponerbare elementer med potentiale? (eng.)  // Clin Exp Immunol : journal. - 2004. - Oktober ( bind 138 , nr. 1 ). - S. 1-9 . - doi : 10.1111/j.1365-2249.2004.02592.x . — PMID 15373898 .
  42. ↑ International Human Genome Sequencing Consortium. Indledende sekventering og analyse af det menneskelige genom  //  Nature : journal. - 2001. - Februar ( bind 409 , nr. 6822 ). - s. 879-888 . - doi : 10.1038/35057062 . — . — PMID 11237011 .
  43. ↑ Piegu, B.; Guyot, R.; Picault, N.; Roulin, A.; Sanyal, A.; Saniyal, A.; Kim, H.; Collura, K.; Brar, D.S.; Wing, R.A.; Panaud, O. Fordobling af genomstørrelse uden polyploidisering: dynamikken i retrotranspositionsdrevne genomiske udvidelser i Oryza australiensis, en vild slægtning til ris  // Genome  Res : journal. - 2006. - Oktober ( bind 16 , nr. 10 ). - S. 1262-1269 . - doi : 10.1101/gr.5290206 . — PMID 16963705 .
  44. ↑ Hawkins, J.S.; Kim, H.; Nason, JD.; Wing, R.A.; Wendel, JF. Differentiel afstamningsspecifik amplifikation af transposerbare elementer er ansvarlig for genomstørrelsesvariation i Gossypium   // Genome Res : journal. - 2006. - Oktober ( bind 16 , nr. 10 ). - S. 1252-1261 . - doi : 10.1101/gr.5282906 . — PMID 16954538 .
  45. ↑ Genekspression, 2000 .
  46. ↑ Ludwig MZ Funktionel udvikling af ikke-kodende DNA  //  Current Opinion in Genetics & Development. - Elsevier , 2002. - December ( bind 12 , nr. 6 ). - s. 634-639 . - doi : 10.1016/S0959-437X(02)00355-6 . — PMID 12433575 .
  47. ↑ 1 2 Cobb J., Büsst C., Petrou S., Harrap S., Ellis J; bust; Petrou; Harrap; Ellis. Søgning efter funktionelle genetiske varianter i ikke-kodende DNA   // Clin . Exp. Pharmacol. physiol. : journal. - 2008. - April ( bind 35 , nr. 4 ). - s. 372-375 . - doi : 10.1111/j.1440-1681.2008.04880.x . — PMID 18307723 .
  48. ↑ E Khurana; Fu; Colonna; Mu; Kang; Lappalainen; Sboner; Lochovsky; Chen; Harmanci; Das; Abyzov; Balasubramanian; beal; Chakravarty; Challis; Chen; Clarke; Clarke; Cunningham; Evani; Flicek; Fragoza; Garnison; Gibbs; Gumus; Herrero; Kitabayashi; Kong; Lage. Integrativ annotering af varianter fra 1092 mennesker: anvendelse på cancergenomik  (engelsk)  // Science : journal. - 2013. - April ( bd. 342 , nr. 6154 ). - s. 372-375 . - doi : 10.1126/science.1235587 . — PMID 24092746 .
  49. ↑ Lu, Yi-Fan; Mauger, David M.; Goldstein, David B.; Urban, Thomas J.; Weeks, Kevin M.;  Bradrick , Shelton S. IFNL3 mRNA-struktur er ombygget af en funktionel ikke-kodende polymorfi forbundet med hepatitis C-virus clearance  // Videnskabelige rapporter : journal. - 2015. - 4. november ( bind 5 ). — S. 16037 . - doi : 10.1038/srep16037 . — PMID 26531896 .
  50. ↑ Grünewald, Thomas G.P.; Bernard, Virginie; Gilardi-Hebenstreit, Pascale; Raynal, Virginie; Surdez, Didier; Aynaud, Marie-Ming; Mirabeau, Olivier; Cidre-Aranaz, Florencia; Tirode, Frank. Kimærisk EWSR1-FLI1 regulerer Ewing-sarkommodtagelighedsgenet EGR2 via en GGAA-mikrosatellit  (engelsk)  // Nature Genetics  : tidsskrift. — Bd. 47 , nr. 9 . - S. 1073-1078 . - doi : 10.1038/ng.3363 . — PMID 26214589 .
  51. ↑ Subirana JA, Messeguer X; budbringer. De hyppigste korte sekvenser i ikke-kodende DNA  // Nucleic Acids Res  . : journal. - 2010. - Marts ( bd. 38 , nr. 4 ). - S. 1172-1181 . doi : 10.1093 / nar/gkp1094 . — PMID 19966278 .
  52. ↑ SE Ahnert; TMA Fink Hvor meget ikke-kodende DNA kræver eukaryoter?  // J. Theor. Biol.. - 2008. - T. 252 , nr. 4 . - S. 587-592 . - doi : 10.1016/j.jtbi.2008.02.005 . — PMID 18384817 .
  53. ↑ Smith M.A. et al. Udbredt rensende selektion på RNA-struktur hos pattedyr  //  Nucleic Acids Research : journal. - 2013. - Juni ( bind 41 , nr. 17 ). - P. 8220-8236 . doi : 10.1093 / nar/gkt596 . — PMID 23847102 .
  54. ↑ Dileep, V. Stedet og funktionen af ​​ikke-kodende DNA i udviklingen af ​​variabilitet  //  Hypothesis: journal. - 2009. - Bd. 7 , nr. 1 . —P.e7 . _ - doi : 10.5779/hypothesis.v7i1.146 .
  55. ↑ Carroll, Sean B. et al. Regulating Evolution  // Scientific American  . - Springer Nature , 2008. - Maj ( vol. 298 , nr. 5 ). - S. 60-67 . - doi : 10.1038/scientificamerican0508-60 . — PMID 18444326 .
  56. ↑ Stojic, L Transkriptionel silencing af langt ikke-kodende RNA GNG12-AS1 afkobler dets transkriptionelle og produktrelaterede funktioner . nature.com . Natur. Hentet 21. februar 2016. Arkiveret fra originalen 16. februar 2016.
  57. ↑ 1 2 Callaway, Ewen. Junk DNA får æren for at gøre os til dem, vi er  // New Scientist  : magazine  . - 2010. - Marts.
  58. ↑ "Plagiarized Errors and Molecular Genetics" Arkiveret 12. november 2020 på Wayback Machine , talkorigins , af Edward E. Max, MD, Ph.D.
  59. ↑ Balakirev ES, Ayala FJ; Ayala. Pseudogener: er de "junk" eller funktionelt DNA? (engelsk)  // Annu. Rev. Genet.  : journal. - 2003. - Bd. 37 . - S. 123-151 . - doi : 10.1146/annurev.genet.37.040103.103949 . — PMID 14616058 .
  60. ↑ C.-K. Peng, SV Buldyrev, A.L. Goldberger, S. Havlin , F. Sciortino, M. Simons, H.E. Stanley; Buldyrev, SV; Goldberger, A.L.; Havlin, S; Sciortino, F; Simons, M; Stanley, H.E. Langrækkende korrelationer i nukleotidsekvenser   // Nature . - 1992. - Bd. 356 , nr. 6365 . - S. 168-170 . - doi : 10.1038/356168a0 . — . — PMID 1301010 .
  61. ↑ W. Li og K. Kaneko; Kaneko, K. Langdistancekorrelation og delvist 1/f alfa- spektrum i en ikke-kodende DNA-sekvens   // Europhys . Lett: journal. - 1992. - Bd. 17 , nr. 7 . - S. 655-660 . - doi : 10.1209/0295-5075/17/7/014 . - .
  62. ↑ SV Buldyrev, A.L. Goldberger, S. Havlin , R.N. Mantegna, M. Matsa, C.-K. Peng, M. Simons og H.E. Stanley; Goldberger, A.; Havlin, S.; Mantegna, R.; Matsa, M.; Peng, C.-K.; Simons, M.; Stanley, H. Langrækkende korrelationsegenskaber af kodende og ikke-kodende DNA-sekvenser: GenBank-analyse  (engelsk)  // Physical Review E  : journal. - 1995. - Bd. 51 , nr. 5 . - P. 5084-5091 . - doi : 10.1103/PhysRevE.51.5084 . - .
  63. ↑ Slip opinion Arkiveret 21. april 2017 på Wayback Machine for Maryland v. King fra den amerikanske højesteret

Litteratur

Patrushev L.I.  Ekspression af gener. - M. : Nauka, 2000. - 830 s. — ISBN 5-02-001890-2 .

Bennett, Michael D.; Leitch, Ilia J. Genomstørrelsesudvikling i planter // The Evolution of the Genome / Gregory, T. Ryan. - San Diego: Elsevier , 2005. - S. 89-162. - ISBN 978-0-08-047052-8 . Gregory, TR Genomstørrelsesudvikling hos dyr // The Evolution of the Genome / TR Gregory (red.). - San Diego: Elsevier , 2005. - ISBN 0-12-301463-8 . Shabalina SA, Spiridonov NA; Spiridonov. Pattedyrtranskriptomet og funktionen af ​​ikke-kodende DNA-sekvenser  (engelsk)  // Genome Biol. : journal. - 2004. - Bd. 5 , nr. 4 . — S. 105 . - doi : 10.1186/gb-2004-5-4-105 . — PMID 15059247 . Castillo-Davis CI Udviklingen af ​​ikke-kodende DNA: hvor meget skrammel, hvor meget funktion? (engelsk)  // Trends Genet. : journal. - 2005. - Oktober ( bind 21 , nr. 10 ). - S. 533-536 . - doi : 10.1016/j.tig.2005.08.001 . — PMID 16098630 .

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier