Tajemniczy gen GLO

 

Serfując po sieci natrafiłem na bardzo ciekawą dyskusję, którą na jednym z forów prowadził pan dr. Andrzej Gdula. Dotyczyła ona pseudogenów,a konkretnie na temat słynnego genu GLO. Zacytujmy tą dyskusję:

 http://forum.dlapolski.pl/viewtopic.php?t=632&start=165&sid=ea6712170120c25f56b2d614beb22131#44999

„MZ: W naszym genomie znajduje się pewien bardzo niezwykły fragment DNA. Jest zlokalizowany na krótkim ramieniu ósmego chromosomu. Jest to niepozorna grupa 152 nukleotydów. Gdy porównamy tą sekwencję z genomem myszy odkryjemy, że pasuje ona z bardzo wysoką dokładnością do sekwencji 10 egsonu genu GULO. Gen ten koduje enzym katalizujący finalny etap biosyntezy witaminy C. Co z tego? To niezwykłe, gdyż ludzie nie posiadają tego białka………

ANDRZEJ: „Przede wszystkim, stworzenie tylu stabilnie współ koegzystujących na ziemi ze sobą kilku milionów gatunków wymagało przemyślanego projektowania systemowego. Stąd też pojawiające się na ziemi nowe gatunki nie mogły być stwarzane z niczego, w oderwaniu od całego ekosystemu. Nawet ze skrótowego zapisu biblijnego wynika, że Stwórca stwarzał nowe gatunki na ziemi systemowo całymi rodzajami jednocześnie. Przy czym kolejne etapy stwarzania musiały przebiegać zgodnie z koniecznym łańcuchem zależności pokarmowych, przy jednoczesnym zabezpieczeniu podstawowej niezmienności gatunków, możliwości przystosowań stworzonych gatunków do zmiennych warunków otoczenia oraz stworzenia człowiekowi możliwości krzyżowania podobnych gatunków w celu lepszego dostosowania tych krzyżówek do ludzkich potrzeb. A to wszystko wymagało zastosowania pewnych unifikacji genetycznych, które nie mogą dowodzić słuszności teorii filogenezy i antropogenezy.

Zgodnie ze stosowanymi w literaturze definicjami Pseudogeny [wg Wikipedii hasła pseudogen] – to Sekwencje nukleotydowe genomów organizmów przypominające geny, lecz transkrypcyjnie nieaktywne, rozproszone, powtarzające się, niedziałające kopie genów, zawierająca błędy w obszarze kodującym. Co sprawia, że zawartej w nim informacji genetycznej nie można odczytać.

Kolejną część nadmiarowego DNA stanowią liczne niefunkcjonalne kopie genów, tak zwane pseudogeny. Pseudogeny zazwyczaj nie mogą ulegać ekspresji albo ze względu na liczne delecje (ubytki fragmentów sekwencji kodującej), albo z powodu mutacji uniemożliwiających syntezę białka, lub też brak odcinków promotorowych bądź sekwencji regulatorowych. Liczba pseudogenów jest różna dla różnych genów (od 1 do 1000) i zazwyczaj zmienia się w zależności od gatunku – wyjątkowo wysoka jest u ssaków. Okazuje się zatem, że w genomach eukariotycznych sekwencja genu może występować nie tylko raz, lecz też może należeć do całej rodziny sekwencji powtórzonych. Członkami tej rodziny może być kilka funkcjonalnych genów, które są ze sobą blisko spokrewnione, ale ulegają ekspresji w różnych okresach rozwoju lub w różnych tkankach bądź komórkach, albo kilka pseudogenów, albo jednych i drugich. Bywa, że są one zebrane razem w jednym regionie genomu albo rozrzucone nawet po wielu różnych chromosomach.

Mimo tego, że niektóre pseudogeny nie mają intronów lub promotorów (w przypadku gdy te pseudogeny są kopiowane z mRNA i włączone do chromosomu oraz nazywane jako przetwarzane pseudogeny), większość z nich ma pewne cechy podobne do genów. Są jednak niefunkcjonalne, ze względu na brak zdolności kodowania białka, wynikające z różnych genetycznych przyczyn. Lub niezdolności do kodowania RNA.

Pseudogeny charakteryzuje połączenie homologii do znanego genu i nie funkcyjności. Oznacza to, że chociaż każdy pseudogen jest podobny do jakiegoś funkcjonalnego genu, to jednak nie jest w stanie wytworzyć funkcjonalnych produktów końcowych (są nonfunctionality). Pseudogeny są dość trudne do identyfikacji i opisu w genomach, bo dwa wymogi: homologii i nonfunctionality są tylko domniemane przez porównywanie i obliczenia sekwencji, a nie biologicznie udowodnianie.

• Homologia ta wynika z identyczności sekwencji między sekwencjami DNA genu pseudogenu i rodziców. Polega na zestawieniu dwu sekwencji, i obliczeniu procentu identycznych par zasad . Wysoka identyczność sekwencji (zwykle od 40% do blisko 100%) oznacza, że jest wysoce prawdopodobne, że te dwie sekwencje nie różnią się od wspólnej sekwencji przodków (są homologiczne). I dlatego wg ewolucjonistów bardzo mało prawdopodobne jest, że te dwie sekwencje zostały niezależnie stworzonego.

• Nonfunctionality może objawiać się na wiele sposobów. Normalnie gen musi przejść przez kilka etapów, począwszy od genetycznych sekwencji DNA do w pełni funkcjonalnego białka: transkrypcji, obróbki pre-mRNA, translacji i zwijanie białek. Takie są wszystkie wymagane elementy tego procesu. Jeśli którykolwiek z tych kroków nie powiedzie się, to sekwencja może być uznana za niefunkcjonalną.

• Pseudogeny genów mRNA są często łatwiejsze do odkrycia. Ponieważ wiele genów mRNA występuje w wielu kopiach, pseudogeny są określane w identyczności sekwencji i lokalizacji w określonym regionie.

Istnieją trzy główne rodzaje pseudogeny, wszystkie o odmiennych mechanizmach pochodzenia i cech charakterystycznych.

• Nie przetworzone (lub kopiowane) pseudogeny, powstające w wyniku duplikacji odcinka DNA w procesie niewzajemnego crossing-over i uszkodzenia tej dodatkowej kopii. To znaczy, że kopia jakiegoś funkcjonalnego genu może powstać w wyniku duplikacji genu, a następnie nabyć mutacje , które powodują, że staje się on niefunkcjonalny. Duplikaty pseudogeny zwykle mają te same właściwości genów, w tym nienaruszone eksony, introny oraz struktury sekwencji i promotora. Utrata funkcji genu powielonego, zazwyczaj ma niewielki wpływ na organizm w jego przystosowaniach, ponieważ nienaruszona funkcjonalna kopia wciąż istnieje. Według niektórych modeli ewolucyjnych, wspólne powielane pseudogeny wskazują na pokrewieństwo ewolucyjne ludzi i innych naczelnych.

• Przetworzone (lub retrotranspozony) pseudogeny.- tworzy się w wyniku integracji do chromosomu segmentu DNA powstałego podczas retrotranskrypcji cząsteczki mRNA [to znaczy na drodze retropozycji, czyli odwrotnej transkrypcji mRNA] danego genu i następnie integracji tego transkrypt do DNA genomu. W tym przypadku pseudogeny – Retropseudogeny nie posiadają sekwencji regulatorowych, nie posiadają promotora oraz intronów, na końcu 3’ towarzyszy im sekwencja poliA. U wyższych eukariontów, w szczególności ssaków, retrotransposition jest dość powszechne wydarzenie, które miało ogromny wpływ na skład genomu. Ponieważ 30% – 44% genomu człowieka składa się z powtarzalnych elementów, takich jak SINE i LINE W procesie retrotranspozycji, część mRNA transkryptu genu podlega spontanicznie odwrotnej transkrypcji, i zostaje z powrotem wstawione do chromosomalnego DNA.

• Niepełnosprawne geny, pełne pseudogeny. Mogą powstać z przyczyn różnych mutacji genu, które mogą spowodować zaprzestanie transkrybowania genu, lub gen może stać się niefunkcjonalny – oczywiście w przypadku jeżeli tylko taka mutacja utrwali się w populacji. Zwykle takie włączenie genu jest mało prawdopodobne, aby rozprzestrzenił się w populacji. Ale różne mechanizmy ewolucji, takie jak dryf genetyczny, wąskie gardło populacji, lub w niektórych przypadkach, dobór naturalny, mogą prowadzić do utrwalenia się takich mutacji w całej populacji. Klasycznym przykładem takiego pełnego pseudogenu jest gen, w którym prawdopodobnie jest zakodowany enzymu L-gulono-γ-laktonu oksydazy (GLO) u naczelnych. Enzym ten u wszystkich ssaków oprócz naczelnych (z wyjątkiem świnek morskich i niektórych nietoperzy), jest pomocny w biosyntezie kwasu askorbinowego (witaminy C). Ale istniejący gen GLO jest wyłączony u ludzi i innych naczelnych.

Pseudogeny mogą komplikować badania genetyczne….Ponieważ pseudogeny czasami uważane są jak geny w genomowych sekwencjach. A szczególnie przetworzone pseudogeny stanowią problem dla programów identyfikujących geny stąd też, często są mylnie identyfikowane jako prawdziwe geny lub eksony.

Jak pisze Kamil Solarczyk w artykule Pseudogeny – śmieci czy funkcjonalne DNA ?

http://bioinfo.mol.uj.edu.pl/articles/Solarczyk06

Czym sobą pseudogeny ? ….Co więcej, coraz częściej okazuje się, że nie są one rzeczywiście wymarłe. …Ludzki genom składa się z ponad 3 mld par nukleotydów. Kodowaniu białek opowiada zaledwie 2% z nich, natomiast jedna trzecia to introny – sekwencje niekodujące. Większość naszego DNA stanowią zatem obszary między genami – ich funkcja w dużej mierze pozostaje nieznana. To właśnie w tych, wydawać by się mogło niepotrzebnych obszarach, rozrzucone są pseudogeny. Niektóre, bardzo nieliczne z nich były kiedyś prawidłowo funkcjonującymi genami, padły jednak ofiarą szkodliwych zmian w sekwencji nukleotydów. Większość z pseudogenów, to uszkodzone kopie działających genów….. W następstwie badań nad ludzkim genomem udało się zidentyfikować do tej pory ok. 19 tys. pseudogenów, nie jest to jednak ich całkowita ilość. Bardzo prawdopodobne, że łączna ilość pseudogenów może przekroczyć liczbę genów kodujących białka, która u ludzi określana jest na ok. 25 tys. ……W przypadku gdy DNA będące produktem retrotranspozycji, włącza się w przypadkowe miejsce na chromosomie powodując powstanie nowego genu. Komórka nie korzysta z niego, gdyż pozbawiony on jest sekwencji promotorowych….. Istnieje jednak możliwość rozpoznania, czy dany pseudogen powstał w wyniku duplikacji całego genomu, czy też w procesie retrotranspozycji na bazie mRNA (tzw. gen obrobiony) : jeśli pseudogen zawiera introny i egzony, należy prawdopodobnie do pierwszej grupy, gdy natomiast nie ma w nim intronów, powstał na skutek retrotranspozycji. ……….Analiza pseudogenów daje możliwość badania zmienności i ewolucji genomu. [ale tylko w sposób pewny w zakresie wewnątrz gatunkowej zmienności]. Prawa kierujące ewolucją narzucają poważne ograniczenia na mutowanie sekwencji, które już funkcjonują. Jak wiadomo, korzystne mutacje są zwykle utrwalane, natomiast zmiany powodujące spadek funkcjonalności genu są eliminowane. Okazuje się jednak, że prawa te nie dotyczą pseudogenów. Ponieważ utraciły one zdolność kodowania funkcjonalnych białek, losowe zmiany w ich sekwencji nie wpływają na fenotyp, nie podlegają presji doboru i akumulują się z maksymalną częstością, będącą wypadkową losowych błędów w replikacji DNA czy też działania naturalnych czynników mutagennych. Gromadzą więc wszelkie mutacje – w tym także te, które dla funkcjonalnych genów byłyby szkodliwe. Bazując na tych właściwościach naukowcy mają możliwość odkrywania narodzin i śmierci genów. …… W takim razie, dlaczego w toku ewolucji te „bezużyteczne” geny nie zostały wyeliminowane ? Szukając odpowiedzi na to pytanie naukowcy dokonali dokładniejszej analizy pseudogenów oraz porównania ich sekwencji z różnych genomów, co doprowadziło do jednego wniosku : niektóre z nich wydawały się stabilniejsze niż mogłoby to wynikać z poddania ich ewolucji bez żadnych ograniczeń, tak jak wcześniej przypuszczano. Okazało się więc, że pseudogeny również podlegają ewolucyjnym ograniczeniom. To z kolei prowadzi do przypuszczenia, że niektóre z pseudogenów mogą jednak pełnić jakąś funkcję. Aby zbadać słuszność tej hipotezy, przeprowadzono doświadczenia polegające na sprawdzeniu, czy pseudogeny są przepisywane na cząsteczki RNA. Okazało się, że znaczna część obszarów międzygenowych w ludzkim genomie jest tłumaczona na RNA. Kolejne badania potwierdziły, że co dziesiąty ludzki pseudogen może ulegać transkrypcji. Fakt, że pseudogeny mogą ulegać transkrypcji, nie dawał jednak żadnych wskazówek co do funkcji, jakie mogą one pełnić. Przypuszcza się, że podobnie jak wiele genów nie kodujących białka, także pseudogeny mogą odgrywać jakąś rolę w regulacji aktywności funkcjonalnych genów. Udało się dowieść, że co najmniej dwa pseudogeny pełnią tę właśnie rolę….. Badania przeprowadzone niedawno w Japonii potwierdziły przypuszczenia, jak ważną rolę mogą pełnić pseudogeny. Naukowcy dowiedli, że jeden z mysich pseudogenów pełni bardzo ważną funkcję stabilizacyjną dla bardzo podobnego genu kodującego funkcjonalne białko. Kiedy został on zablokowany, produkcja białka na podstawie „normalnego” genu nie przebiegała prawidłowo, dając w efekcie źle rozwinięte kości oraz nerki u myszy. Kiedy omawiany pseudogen został przywrócony do mysiego embrionu, rozwój przebiegał prawidłowo. …..Jeszcze ciekawsze okazało się niedawne odkrycie, które pozwala przypuszczać, że istnieje możliwość „zmartwychwstania” genu, czyli jego przekształcenia w normalny, funkcjonalny gen kodujący białko. Na podstawie badań stwierdzono, że jeden z krowich genów kodujących enzym rybonukleazę przez większość swojej historii będący pseudogenem, niedawno na nowo zyskał aktywność. Istnieją również niewielkie różnice w składzie pseudogenów u ludzi. Z kolei badania na drożdżach dowodzą, że niektóre pseudogeny mogą być reaktywowane w odpowiedzi na stres wynikający z przeniesienia do nowego środowiska.

Poza tym jak wynika z literatury [Nishikimi M, Fukuyama R, Minoshima S, Shimizu N, Yagi K (May 1994). „Cloning and chromosomal mapping of the human nonfunctional gene for L-gulono-gamma-lactone oxidase, the enzyme for L-ascorbic acid biosynthesis missing in man” gen GLO u naczelnych jest w sekwencjach kodujących tak znacznie różniący się od aktywnych genów GLO u czworonogów, że można tylko przypuszczać a nie mieć pewność że ten nieczynny gen koduje enzym L-gulono-γ-laktonu oksydazy umożliwiający syntezę witaminy C. Zresztą gdyby nawet domniemany pseudogen GLO u naczelnych był zupełnie nie funkcyjnym genem, to jako sekwencja DNA definicyjnie nie kodująca, musiał by być przypadkowo zmutowany w sposób różny u każdego osobnika całej populacji ludzkiej.

Ponadto w sytuacji gdy:  

spośród 25 000 [30000] ludzkich genów stanowiących ok. 2% DNA rozpoznano dotychczas funkcje tylko ok. ¼ tych genów. Czyli rozpoznano funkcje zaledwie 0,5 % całego ludzkiego DNA, i już dawno minęły czasy gdy dogmatem było, że jeden gen koduje jedno białko. Dziś już wiemy, że na podstawie informacji zapisanej w tych 25 000 genów, genom człowieka, może za pomocą nieznanych programów genetycznych, z nieznanych fragmentów genów z DNA na etapie obróbki postsplicingowej mRNA, wytwarzać kilkaset tysięcy różnego rodzaju białek. Nie ma prostej zależności pomiędzy poziomem rozwoju danego gatunku a wielkością genomu różnego rodzaju gatunków. Na przykład: Naukowcy zbadali pierwszy genom skorupiaka. Okazało się, że rozwielitka, mikroskopijny składnik planktonu, ma znacznie więcej genów, niż… człowiek.

Ameba – organizm jednokomórkowy – 670 000 000 000 pz

Szarańcza – owad – 5 000 000 000 pz

Odmieniec – płaz – 120 000 000 000 pz

Ryba dwudyszna 102 000 000 000 pz

Niektóre ssaki – 8 000 000 000 pz

Człowiek – najwyżej rozwinięta istota – ok. 3 200 000 000 pz

Poza tym, na etapie rozwoju organizmu potomnego od embriona do dorosłego osobnika dochodzi do przejściowej ekspresji różnych nie rozpoznanych odcinków DNA, które następnie podlegają pełnemu zablokowaniu. Także niektóre geny lub odcinki genów tylko w bardzo rzadkich nieznanych nadzwyczajnych sytuacjach ulegają ekspresji i dlatego może się wydawać, że są one tyko nieczynnymi pseudogenami.

Dlatego jest to zupełnie nieuzasadnione, nie uprawnione naukowo a tym samym tylko niepoważne lub spekulacyjne autorytatywne twierdzenie że jakiś inny poza rozpoznanymi genami, rzekomo nieczynny zmutowany gen pseudogen, lub inny odcinek DNA jest martwym genem lub całkowicie zbędną śmieciową sekwencją DNA.

A ponieważ jak już kilkakrotnie obliczeniowo wykazano, że genetycznie niemożliwe było również, samoistne wyewoluowanie tak dużej bezwzględnej różnicy DNA pomiędzy człowiekiem i szympansem, dlatego też dopatrywanie się homologii pomiędzy domniemanym genem GLO u wszystkich naczelnych i pozostałych ssaków, w w/w względów, a tym samym takie dopatrywanie się homologii genów GLO, nie może być uprawnionym naukowo dowodem słuszności zarówno teorii filogenezy, jak i teorii antropogenezy. I dlatego widocznie gen GLO pełni w procesach komórkowych u naczelnych bardzo rzadkie, stąd trudne do wykrycia funkcji. „

Materiał dodatkowy:

 https://bioslawek.wordpress.com/2012/05/26/czy-nieaktywne-receptory-wechowe-moga-stanowic-dowod-wspulnego-pochodzenia-zwierzat-i-ludzi/

https://bioslawek.wordpress.com/2012/04/02/mit-smieciowego-dna/

 http://bioinfo.mol.uj.edu.pl/articles/Solarczyk06

„(….) Działa czy nie działa ?

Zapoznając się z informacjami na temat pseudogenów, można dojść do wniosku, że owszem, są one ciekawym zagadnieniem i dają szerokie pole do popisu paleontologii molekularnej, jednak na tym kończy się ich użyteczność. Co więcej, mogłoby się wydawać, że ich istnienie przez miliony lat bez jakiejkolwiek pożytecznej funkcji nie ma sensu. Replikacja wymaga nakładu energii, a po co tracić energię na „coś”, co nie pełni żadnej roli ? Idąc tym tokiem myślenia, można dojść do wniosku, że istnienie pseudogenów jest dla komórki bardzo „kosztowne”, a nie przynosi wymiernych korzyści. W takim razie, dlaczego w toku ewolucji te „bezużyteczne” geny nie zostały wyeliminowane ? Szukając odpowiedzi na to pytanie naukowcy dokonali dokładniejszej analizy pseudogenów oraz porównania ich sekwencji z różnych genomów, co doprowadziło do jednego wniosku : niektóre z nich wydawały się stabilniejsze niż mogłoby to wynikać z poddania ich ewolucji bez żadnych ograniczeń, tak jak wcześniej przypuszczano. Okazało się więc, że pseudogeny również podlegają ewolucyjnym ograniczeniom. To z kolei prowadzi do przypuszczenia, że niektóre z pseudogenów mogą jednak pełnić jakąś funkcję. Aby zbadać słuszność tej hipotezy, przeprowadzono doświadczenia polegające na sprawdzeniu, czy pseudogeny są przepisywane na cząsteczki RNA. Okazało się, że znaczna część obszarów międzygenowych w ludzkim genomie jest tłumaczona na RNA. Kolejne badania potwierdziły, że co dziesiąty ludzki pseudogen może ulegać transkrypcji. Fakt, że pseudogeny mogą ulegać transkrypcji, nie dawał jednak żadnych wskazówek co do funkcji, jakie mogą one pełnić. Przypuszcza się, że podobnie jak wiele genów nie kodujących białka, także pseudogeny mogą odgrywać jakąś rolę w regulacji aktywności funkcjonalnych genów. Udało się dowieść, że co najmniej dwa pseudogeny pełnią tę właśnie rolę.

Badania przeprowadzone niedawno w Japonii potwierdziły przypuszczenia, jak ważną rolę mogą pełnić pseudogeny. Naukowcy dowiedli, że jeden z mysich pseudogenów pełni bardzo ważną funkcję stabilizacyjną dla bardzo podobnego genu kodującego funkcjonalne białko. Kiedy został on zablokowany, produkcja białka na podstawie „normalnego” genu nie przebiegała prawidłowo, dając w efekcie źle rozwinięte kości oraz nerki u myszy. Kiedy omawiany pseudogen został przywrócony do mysiego embrionu, rozwój przebiegał prawidłowo.

Jeszcze ciekawsze okazało się niedawne odkrycie, które pozwala przypuszczać, że istnieje możliwość „zmartwychwstania” genu, czyli jego przekształcenia w normalny, funkcjonalny gen kodujący białko. Na podstawie badań stwierdzono, że jeden z krowich genów kodujących enzym rybonukleazę przez większość swojej historii będący pseudogenem, niedawno na nowo zyskał aktywność. Istnieją również niewielkie różnice w składzie pseudogenów u ludzi. Z kolei badania na drożdżach dowodzą, że niektóre pseudogeny mogą być reaktywowane w odpowiedzi na stres wynikający z przeniesienia do nowego środowiska.(…)”

One response to “Tajemniczy gen GLO

  1. Pingback: Czy nieaktywne receptory węchowe mogą stanowić dowód wspulnego pochodzenia zwierząt i ludzi? | BioSławek

Skomentuj

Please log in using one of these methods to post your comment:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s