Redundancija gena
Genska suvišnost ili genska redundancija je postojanje višestrukih gena u genomu organizma koji obavljaju istu funkciju. Suvišnost gena može nastati iz njihovom duplikacijom.[1] Takvi događaji dupliranja odgovorni su za mnoge skupove paralognih gena. Kada je pojedinačni gen u takvom skupu poremećen mutacijom ili ciljano nokautom, može imati mali učinak na fenotip, kao posljedicu suvišnosti gena, dok je učinak velik za nokautiranje gena sa samo jednom kopijom. .[2] Tzv. izbacivanje gena metod je koji se koristi u nekim studijama, s ciljem da karakteriziraju funkcionalno preklapanje učinaka održavanja i kondicije.[3]
Klasični modeli održavanja predlažu da se duplirani geni mogu sačuvati u različitoj mjeri u genomima zbog njihove sposobnosti da nadoknade štetan gubitak funkcije mutacija.[4][5] Ovi klasični modeli ne uzimaju u obzir potencijalni uticaj pozitivne selekcije. Izvan ovih klasičnih modela, istraživači nastavljaju proučavati mehanizme pomoću kojih se suvišni geni održavaju i razvijaju.[1][6][7] Suvišnost gena odavno je cijenjena kao izvor nastanka novog gena, tj. novi geni mogu nastati kada na duplikat postoji selektivni pritisak, dok se izvorni gen (divlji tip održava da obavlja izvornu funkciju , kako su predložili noviji modeli.
Funkcionalna divergencija[uredi | uredi izvor]
Kako se genom replicira tokom mnogih generacija, funkcija suvišnog gena će se najvjerojatnije razvijati zbog genetičkog drifta. Genetički drift utiče na genetičku suvišnost uklanjanjem ili fiksiranjem varijanti u populaciji. U slučaju da održava varijante, gen može nakupiti mutacije koje mijenjaju ukupnu funkciju.[6] Međutim, mnogi suvišni geni mogu se razići, ali zadržati izvornu funkciju mehanizmima kao što je subfunkcionalizacija, koja zadržava izvornu funkciju gena, iako komplementarnim djelovanjem duplikata. Tri mehanizma funkcionalne divergencije u genima su nefunkcionalizacija (ili gubitak gena), neofunkcionalizacija i subfunkcionalizacija.
Tokom nefunkcionalizacije ili degeneracije/gubitka gena, jedna kopija dupliranog gena dobija mutacije koje ga čine neaktivnim ili utišanim. Nefunkcionalizacija je često rezultat dupliranja jednog gena. U ovom slučaju gen nema funkciju i naziva se pseudogen. Pseudogeni se mogu vremenom izgubiti zbog genetilčkih mutacija. Neofunkcionalizacija se događa kada se u jednoj kopiji gena nakupljaju mutacije koje genu daju novu korisnu funkciju, koja se razlikuje od izvorne. Subfunkcionalizacija se događa kada obje kopije suvišnog gena steknu mutacije. Svaka kopija postaje samo djelimično aktivna; dvije od ovihkopija djelu ju kao jedna normalna kopija originalnog gena. Slika 2 desno daje vizualizaciju ovog koncepta.
Prenosivi elementi[uredi | uredi izvor]
Transponzibilni elementi imaju različite uloge u funkcionalnoj diferencijaciji. Donošenjem rekombinacije, prenosivi elementi mogu premještati suvišne sekvence u genomu Ova promjena u strukturi sekvenci i lokaciji, izvor je funkcionalne divergencije. Elementi koji se mogu transponirati potencijalno mogu uticati na ekspresiju gena, s obzirom na to da sadrže značajnu količinu mikro-RNK.
Ljudski suvišni geni[uredi | uredi izvor]
Olfaktorni receptori[uredi | uredi izvor]
Porodica ljudskih olfaktornih receptorskih gena (OR) sadrži 339 netaknutih gena i 297 pseudogena. Ovi geni se nalaze na različitim lokacijama u genomu, ali samo oko 13% je na različitim hromosomima ili na udaljenim lokusima. U ljudi je pronađeno 172 potporodica gena OR, a svaka u svom lokusu. Budući da su geni u svakoj od ovih njih strukturno i funkcionalno slični i u neposrednoj blizini jedni s drugima, pretpostavlja se da je svaki evoluirao iz pojedinih gena, koji su imali dupliranja. Veliki broj potporodica kod ljudi objašnjava mogućnost prepoznavanja toliko mirisa.
Ljudski OR geni imaju homologe kod drugih sisara, poput miševa, koji pokazuju evoluciju gena za njušni receptor. Utvrđeno je da je jedna posebna porodica koja je uključena u početni događaj percepcije mirisa visoko konzervina tokom čitave evolucije kičmenjaka.[8]
Bolesti[uredi | uredi izvor]
Često se smatra da duplikacije i suvišni geni imaju ulogu u nekim ljudskim bolestima. Događaji dupliranja cijelog genoma velikih razmjera, koji su se dogodili rano u evoluciji kičmenjaka, mogu biti razlog što geni ljudslih monogenskih bolesti često sadrže veliki broj suvišnih gena. Chen et al. pretpostavljaju da funkcionalno suvišni paralozi u genima ljudske monogenske bolesti maskiraju učinke dominantnih štetnih mutacija, održavajući tako gen bolesti u ljudskom genomu.[9]
Dupliranje cijelog genoma može biti vodeći uzrok zadržavanja nekih gena koji uzrokuju tumor u ljudskom genomu.[10] For example, Strout et al.[11] Pokazali su da su događaji dupliranja u tandemu, vjerovatno homolognom rekombinacijom, povezani sa akutnom mijeloidnom leukemijom. Djelimično umnožavanje gena ALL1 (MLL) je genetički defekt kod pacijenata s akutnom mijeloidnom leukemijom.
Reference[uredi | uredi izvor]
- ^ a b Conrad, Bernard; Antonarakis, Stylianos E. (septembar 2007). "Gene Duplication: A Drive for Phenotypic Diversity and Cause of Human Disease". Annual Review of Genomics and Human Genetics (jezik: engleski). 8 (1): 17–35. doi:10.1146/annurev.genom.8.021307.110233. ISSN 1527-8204. Arhivirano s originala, 25. 5. 2021. Pristupljeno 21. 5. 2021.
- ^ Pérez-Pérez JM, Candela H, Micol JL (august 2009). "Understanding synergy in genetic interactions". Trends Genet. 25 (8): 368–76. doi:10.1016/j.tig.2009.06.004. PMID 19665253.
- ^ Pérez-Pérez, José Manuel; Candela, Héctor; Micol, José Luis (1. 8. 2009). "Understanding synergy in genetic interactions". Trends in Genetics (jezik: engleski). 25 (8): 368–376. doi:10.1016/j.tig.2009.06.004. ISSN 0168-9525. PMID 19665253.
- ^ Nowak MA, Boerlijst MC, Cooke J, Smith JM. 1997. nowak_smith_1997_evolution_of_genetic_redundancy_Nature97. 275:1–5. sftp://cerca@192.168.2.5/home/cerca/Desktop/data/laptop_files/info/biologia/filogeny_evolution/evolution_multigene_families/nowak_smith_1997_evolution_of_genetic_redundancy_Nature97.pdf%5Cnpapers2://publication/uuid/BFCD7B63-4802-4C83-96AE-A2ED496127F3.
- ^ Martienssen, Rob; Irish, Vivian (1. 11. 1999). "Copying out our ABCs: the role of gene redundancy in interpreting genetic hierarchies". Trends in Genetics (jezik: engleski). 15 (11): 435–437. doi:10.1016/S0168-9525(99)01833-8. ISSN 0168-9525. PMID 10529802.
- ^ a b Force A et al. 1999. Preservation of duplicate genes by complementary, degenerative mutations. Genetics. 151:1531–1545.
- ^ Long M, Vankuren NW, Chen S, Vibranovski MD. 2013. New gene evolution: Little did we know. Annu. Rev. Genet. 47:307–333. doi: 10.1146/annurev-genet-111212-133301.
- ^ Malnic, Bettina; Godfrey, Paul A.; Buck, Linda B. (24. 2. 2004). "The human olfactory receptor gene family". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (jezik: engleski). 101 (8): 2584–2589. Bibcode:2004PNAS..101.2584M. doi:10.1073/pnas.0307882100. ISSN 0027-8424. PMC 356993. PMID 14983052.
- ^ Chen, Wei-Hua; Zhao, Xing-Ming; van Noort, Vera; Bork, Peer (1. 5. 2013). "Human Monogenic Disease Genes Have Frequently Functionally Redundant Paralogs". PLOS Computational Biology. 9 (5): e1003073. Bibcode:2013PLSCB...9E3073C. doi:10.1371/journal.pcbi.1003073. ISSN 1553-734X. PMC 3656685. PMID 23696728.
- ^ Malaguti, Giulia; Singh, Param Priya; Isambert, Hervé (1. 5. 2014). "On the retention of gene duplicates prone to dominant deleterious mutations". Theoretical Population Biology. 93: 38–51. doi:10.1016/j.tpb.2014.01.004. ISSN 1096-0325. PMID 24530892.
- ^ Strout, Matthew P.; Marcucci, Guido; Bloomfield, Clara D.; Caligiuri, Michael A. (3. 3. 1998). "The partial tandem duplication of ALL1 (MLL) is consistently generated by Alu-mediated homologous recombination in acute myeloid leukemia". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (5): 2390–2395. Bibcode:1998PNAS...95.2390S. doi:10.1073/pnas.95.5.2390. ISSN 0027-8424. PMC 19353. PMID 9482895.
Dopunska literatura[uredi | uredi izvor]
- Lehner B (2007). "Modelling genotype-phenotype relationships and human disease with genetic interaction networks". J Exp Biol. 210 (9): 1559–66. doi:10.1242/jeb.002311. PMID 17449820.
- Genetic Science Learning Center. "Homeotic Genes and Body Patterns." Learn.Genetics 6 April 2016 <http://learn.genetics.utah.edu/content/variation/hoxgenes/>
- Guo, H.-S., et al. "Evolution Of The KCS Gene Family In Plants: The History Of Gene Duplication, Sub/Neofunctionalization And Redundancy.[1]" Molecular Genetics And Genomics (2015): 14p. Scopus®.
- Nowak Ma, Boerlijst Mc, Cooke J, Smith Jm. "Evolution of genetic redundancy". Nature 388, 167-171. (10 July 1997).
- ^ Guo, Hai-Song; Zhang, Yan-Mei; Sun, Xiao-Qin; Li, Mi-Mi; Hang, Yue-Yu; Xue, Jia-Yu (12. 11. 2015). "Evolution of the KCS gene family in plants: the history of gene duplication, sub/neofunctionalization and redundancy". Molecular Genetics and Genomics (jezik: engleski). 291 (2): 739–752. doi:10.1007/s00438-015-1142-3. ISSN 1617-4615. PMID 26563433.