Śmieciowe DNA coraz mniej śmieciowe
Paweł Szablewski | 2007-07-01
W ostatnim czasie mamy prawdziwy wysyp doniesień wykazujących znaczącą rolę niekodującego DNA w procesie funkcjonowania genomu i budowy białek. Najbardziej intrygująca pozostaje jego ilość. Dla wielu organizmów stanowi ono większość genomu, na przykład dla człowieka szacuje się nawet do 98% całego genomu. Ponieważ trudno było im przypisać jakąś funkcje potocznie nazywano je "DNA śmieciowe" (junk DNA).
Prace wykonane przez członków Projektu Sekwencjonowania Heterochromatyny w Genomie Drosophila (Drosophila Heterochromatin Genome Project, DHGP), pod kierownictwem Gary Karpen z Department of Energy*s Lawrence Berkeley National Laboratory pozwalają obalić jedną z największych twierdz "DNA śmieciowego" – heterochromatynę, silnie skondensowaną formę DNA.
Heterohromatyna uważana jest za jedną z części genomu bogatszych w formy "śmieciowe" DNA. Dzieli się ją na dwie frakcje, fakultatywną zawierającą nieliczne geny swoiste, ulegające ekspresji w zależności od typu komórek i etapu cyklu komórkowego, w którym się znajdowały. Drugą frakcję stanowi heterochromatyna konstytutywna składająca się z części nie kodujących, za to zawiera liczne, wielokrotnie powtarzające się sekwencje (mikrostelity, minisatelity, sekwencje telomerowe, powtórzenia tandemowe).
Sekwencje te są bardzo kłopotliwe podczas odczytywania genomu. Najczęściej przed przystąpieniem do odczytu całe nici DNA rozbija się na krótsze fragmenty. Po zsekwencjonowaniu łączy się ponownie, wykorzystując ich pasujące do siebie końcówki. Trudno jest to zrobić w przypadku powtarzających się sekwencji. Dla licznych fragmentów końcówki wyglądają tak samo. Dlatego też w wielu programach poznawania genomu ta cześć pozostała nie zsekwencjonowania do końca. Tak jest też w przypadku muszki owocowej (Drosophila melanogaster).
Owad ten szczególnie dobrze nadaje się do takich badań, ponieważ ponad 1/3 jego genomu występuje w postaci heterochromatyny. U samic stanowi ona około 60 milionów par zasad, a u samców dodatkowe 40 milionów zawartych jest w chromosomie Y.
Naukowcy po odczytaniu DNA z tych fragmentów dokładnie przeanalizowali je przy pomocy specjalnych programów komputerowych. Pozwoliło to wytypować 230-254 odcinki powiązane z kodowaniem białek. Pierwotnie szacowano ich ilość na 30-40. Elementy te dość łatwo są odnajdywane w luźniej spakowanych odcinkach DNA. Natomiast w heterochromatynie odszukanie ich jest bardzo trudne - głównie z powodu innej budowy genów w tych odcinkach genomu. Są one bardziej poszatkowane bardzo długimi, powtarzającymi się sekwencjami nie kodującymi. W badanych fragmentach odnaleziono także elementy odpowiedzialne za kodowanie struktur RNAs nie uczestniczących w budowie białek. Mogły one natomiast między innymi dezaktywować transpozony (fragmenty DNA potrafiące samodzielnie przemieszczać się w chromosomie). Następnym rezultatem pracy było potrojenie liczby pseudogenów znanych dla tego fragmentu DNA u muszki owocowej. Najczęściej są to niepełne wersje genów właściwych lub kodujące cechy nie wymagane prze organizm tych owadów, a więc geny pozostające nieaktywne. Największą część badanego DNA stanowiły pozostałości poprzerywanych transpozonów.
Źródła:
- eurekalert.org, 2007.06.14, Exploring the Dark Matter of the Genome
Sequencing Unravels Secrets in the Complex Heterochromatin of the Fruit Fly,
- Roger A. Hoskins i inni, Sequence Finishing and Mapping of Drosophila melanogaster Heterochromatin, Science 15 June 2007: Vol. 316. no. 5831, pp. 1625 - 1628.
Komentarze
mikroos | 2007-07-01 00:00:00
bardzo ciekawy tytuł artykułu, gratulacje :)
An.Ka. | 2007-07-21 00:00:00
"U samic stanowi ona około 60 milionów par zasad, a u samców dodatkowe 40 milionów zawartych jest w chromosomie Y."
Z tego co wiem determinacja płci u Drosophila polega na stosunku liczby chromosomów X do liczby autosomów, a nie na posiadaniu bądź nie chromosomu Y (tak jak to jest u ludzi).
Czy ktoś proszę mógłby mi wyjaśnić czy coś się w tej sprawie zmieniło?
Paweł | 2007-07-24 00:00:00
Rzeczywiście u muszki owocowej determinacja płci zależy od stosunku chromosomów X do autosomów. Jednak podobnie jak ludzie posiadają one chromosomy X i Y. Chromosom Y natomiast nie posiada genów determinujących płeć. Dlatego samcem może zostać również osobnik bez tego chromosomu. Natomiast na chromosomie Y zidentyfikowano geny ujawniające się w procesie spermatogenezy i silnie wpływając na płodność samców. Chyba nadal nie jest znany dokładny mechanizm w jaki sposób muszka "rozpoznaje" ilość posiadanych chromosomów X do autosomów. Przypuszcza się, iż mogą to być geny regulatorowe, które aktywują gen Sxl, a ten włącza całą kaskadę przemian determinujących rozwój określonej płci Drosophili.
An.Ka. | 2007-07-24 00:00:00
Więc nie każdy samiec ma dodatkowe 40 milionów par zasad, ponieważ u niektórych samców brak po prostu chromosomu Y.
Dzięki za wyjaśnienie.
jonathan | 2007-08-16 00:00:00
Na samą myśl śmieciowe DNA,chce mi się śmiać.
Organizm to złożona całość, więc te śmieciowe DNA napewno nie jest
niepotrzebne,musi za coś odpowiadać, przecież to logiczne.
Bartek 328 | 2007-10-26 00:00:00
No nie do końca logika się sprawdza w organizmie jest wiele rzeczy które niei mają swojej funkcji lecz istnieją jako pozostałość ewolucyjna itd.