© Ari LöytynojaIstraživači su proučavali mehanizam pogreške u replikaciji DNK i primijetili da neke pogreške stvaraju palindrome koji se mogu saviti u strukture ukosnica.
Ljudski genom sadrži oko 20 000 gena koji se koriste za izgradnju proteina. Radnje ovih klasičnih gena koordiniraju tisuće regulatornih gena, od kojih najmanji kodiraju mikroRNK molekule koje su duge 22 para baza. Dok broj gena ostaje relativno konstantan, povremeno se tijekom evolucije pojavljuju novi geni. Slično nastanku biološkog života, podrijetlo novih gena nastavilo je fascinirati znanstvenike.
Sve molekule RNA zahtijevaju palindromske nizove baza koje zaključavaju molekulu u njezinu funkcionalnu konformaciju. Važno je napomenuti da su šanse da nasumične bazne mutacije postupno formiraju takve palindromske nizove iznimno male, čak i za jednostavne mikroRNA gene.
Stoga je podrijetlo ovih palindromskih nizova zbunilo istraživače. Stručnjaci na Institutu za biotehnologiju, Sveučilišta u Helsinkiju, Finska, riješili su ovu misteriju, opisujući mehanizam koji može trenutačno generirati potpune DNK palindrome i tako stvoriti nove mikroRNA gene iz prethodno nekodirajućih DNK sekvenci.
U svom projektu istraživači su proučavali pogreške u replikaciji DNK. Ari Löytynoja, voditelj projekta, uspoređuje replikaciju DNK s tipkanjem teksta.
"DNK se kopira jedna po jedna baza, i tipično su mutacije pogrešne pojedinačne baze, poput pogrešnih udaraca na tipkovnici prijenosnog računala. Proučavali smo mehanizam koji stvara veće pogreške, poput kopiranja i lijepljenja teksta iz drugog konteksta. Posebno su nas zanimali slučajevi koji je kopirao tekst unatrag tako da stvara palindrom."
Istraživači su prepoznali da pogreške replikacije DNK ponekad mogu biti korisne. Oni su te nalaze opisali Mikku Frilanderu, stručnjaku za RNA biologiju. Odmah je uočio povezanost sa strukturom molekula RNK.
"U molekuli RNA, baze susjednih palindroma mogu se upariti i formirati strukture koje podsjećaju na ukosnicu. Takve su strukture presudne za funkciju molekula RNA", objašnjava.
© Ari LöytynojaSredišnji uvid bio je modelirati povijest gena korištenjem informacija srodnih vrsta. Modeliranje je pokazalo da su palindromi mikroRNA gena generirani događajima pojedinačne mutacije.
Središnji uvid bio je modelirati povijest gena pomoću prilagođenog računalnog algoritma. Prema postdoktorandici Heli Mönttinen, ovo omogućuje najbližu inspekciju podrijetla gena dosad.
"Poznat je cijeli genom desetaka primata i sisavaca. Usporedba njihovih genoma otkriva koje vrste imaju par palindroma mikroRNA, a koje ga nemaju. Detaljnim modeliranjem povijesti mogli smo vidjeti da cijeli palindromi nastaju jednom mutacijom događaja", rekla je Mönttinen.
Usredotočujući se na ljude i druge primate, istraživači u Helsinkiju pokazali su da novootkriveni mehanizam može objasniti barem četvrtinu novih mikroRNA gena. Kako su slični slučajevi pronađeni u drugim evolucijskim linijama, čini se da je mehanizam podrijetla univerzalan.
U principu, porast mikroRNA gena je toliko lak da bi novi geni mogli utjecati na ljudsko zdravlje. Heli Mönttinen vidi značaj djela šire, primjerice, u razumijevanju osnovnih principa biološkog života.
"Pojava novih gena ni iz čega fascinirala je istraživače. Sada imamo elegantan model za evoluciju RNA gena", ističe ona.
Iako se rezultati temelje na malim regulatornim genima, istraživači vjeruju da se otkrića mogu generalizirati na druge RNA gene i molekule. Na primjer, korištenjem sirovina stvorenih novopronađenim mehanizmom, prirodna selekcija može stvoriti mnogo složenije strukture i funkcije RNK.
Studija je objavljena u Proceedings of the National Academy of Sciences.
Više informacija: Heli A. M. Mönttinen et al, Generiranje de novo miRNA iz promjene predloška tijekom replikacije DNA, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023.). DOI: 10.1073/pnas.2310752120
Informacije o časopisu: Proceedings of the National Academy of Sciences
Komentari čitatelja
na naše novosti