Pseudogeny można zdefiniować jako sekwencje nukleotydowe, stanowiące niegdyś funkcjonalny element, a obecnie na skutek mutacji nie pełniące już swojej pierwotnej roli. Przewiduje się, że w ludzkim genomie może być mniej więcej tyle samo pseudogenów co genów, czyli około 20 tys., z czego szacunkowo od 6 do 20% jest transkrybowane. Szczegółowe badania oparte na analizie pseudogenowego transkryptomu dowiodły, że są one konserwatywnie zachowywane w genomach poszczególnych grup organizmów (3% uznaje się za elementy konserwatywne w ludzkim genomie, zaś 80% wszystkich pseudogenów człowieka występuje również u innych naczelnych).
Powstawanie pseudogenów
Ze względu na sposób powstania wyróżnia się trzy rodzaje pseudogenów:
-
powstałe na drodze odwrotnej transkrypcji - w ten sposób fragment DNA w genomie jest pozbawiony intronów oraz systemu regulacji transkrypcji; znane są jako przetworzone pseudogeny (ang. processed pseudogenes) oraz jako retropseudogeny (ang. retropseudogenes); są one najbardziej powszechną klasą pseudogenów w ludzkim genomie;
-
powstałe w wyniku duplikacji i mutacji genu rodzicielskiego - jest to proces podobny do tego, dzięki któremu w toku ewolucji powstały rodziny genów oraz różne loci tych samych genów; stąd nazwa tej grupy – zduplikowane pseudogeny (ang. duplicated pseudogenes); przykładem jest klaster genów alfa-globiny; pseudogenizacja genów zachodzi często na drodze nierównego crossing-over lub tandemowej duplikacji genomowego DNA;
-
powstające z genów rodzicielskich poprzez mutacje prowadzące do utraty pełnionej funkcji - pseudogeny jednostkowe (ang. unitary pseudogenes); są one najrzadszą grupą pseudogenów, przypuszcza się, że w całym ludzkim genomie jest ich zaledwie około 100; u człowieka należy do nich gen kodujący niegdyś oksydazę gulanolaktonową (GULOP) należącą do szlaku syntezy witaminy C, obecnie w wyniku mutacji nie spełnia już on swojej pierwotnej funkcji (wszystkie naczelne oraz świnki morskie wymagają dostarczania w diecie egzogennej witaminy C).
Funkcje trankrybowanych pseudogenów w organizmie człowieka
Dopiero od niedawna prowadzone są badania nad transkryptami RNA pseudogenów. Generalnie rzecz biorąc ich funkcja nie została poznana. Jednak wiele badań naukowych dowodzi o ich specyficznej roli w komórce. Analizy genomów ukazują, że w toku ewolucji podlegają one pozytywnej presji selekcyjnej. Jest to zupełnie nowe doniesienie, które spotyka się z dużym zainteresowaniem. Dowiedziono, że transkrypty lncRNA (long non-coding RNA) są obecne tylko w niektórych typach tkanek.
Naukowe przesłanki związane z rolą pseudogenów oraz ich korelacje:
-
Receptor 5-HT7 (HRT7), będący receptorem serotoniny, posiada pseudogen ulegający transkrypcji w wątrobie, gdzie w efekcie nie dochodzi do ekspresji rodzicielskiego genu HTR7.
-
W komórkach raka piersi znaleziono transkrypt pseudogenu Koneksyny 43 (PsiCx43), natomiast w zdrowych komórkach nie udało się potwierdzić jego obecności.
-
W komórkach raka tarczycy wykryto obecność pseudogenu BRAF aktywującego szlak MAPK (kinazy aktywowane mitogenami), co promuje transformację nowotworową.
-
Podobne zależności pomiędzy pseudogenami a nowotworami wykryto w komórkach neuroblastomy oraz raka krtani.
-
Ekspresja pseudogenu HMGA1 jest przyczyną destabilizacji mRNA HMGA1 co obserwuje się w przypadku cukrzycy insulinoopornej typu 2.
Oprócz tego:
-
zróżnicowaną obecność transkryptów pseudogenów zaobserwowano również w przypadku takiego schorzenia jak astma, czy infekcji wirusem HIV;
-
ekspresja niektórych pseudogenów jest dynamiczna i skorelowana z sygnałami takimi jak stres komórkowy;
-
transkrypcja niektórych pseudogenów jest skorelowana z różnicowaniem neuronów.
RNA pochodzące z pseudogenów jako cel terapeutyczny
Ze względu na obserwowaną w badaniach laboratoryjnych regulację ekspresji genów przy użyciu pseudogenowego RNA pojawia się nadzieja na wykorzystanie tego mechanizmu w leczeniu różnych schorzeń. Najbardziej obiecujące wydaje się wykorzystanie metod podobnych do obecnie stosowanych w przypadkach inhibicji genów z wykorzystaniem oligonukleotydów. Jednak z badań wynika, że celem powinien być nie tyle gen co jego pseudogen. Oligonukleotydy dostarczane do komórek powinny tworzyć dupleksy z pseudogenowym RNA, po to aby uniemożliwić im inhibicję funkcjonalnych genów. Problemem badawczym, który może znacznie utrudniać opracowanie tego typu terapii jest duża homologia jaką obserwuje się pomiędzy pseudogenami a ich rodzimymi genami. Kluczowe będzie w tym przypadku maksymalne wykorzystanie miejsc niehomologicznych. Zwiększenia specyficzności terapeutycznej można dokonać poprzez wykorzystanie aptamerów.
Perspektywy
Zastosowanie pseudogenów zarówno jako cel, jak i narzędzie terapeutyczne otwiera bardzo szerokie horyzonty. Jednak do ich praktycznego wykorzystania jest jeszcze daleko. Obecnie scharakteryzowano tylko stosunkowo krótkie łańcuchy transkryptów pseudogenów. Zdolność do tworzenia struktur wyższego rzędu utrudnia poszukiwania poprzez przeszukiwanie baz sekwencji nukleotydowych. Wysoki stopień homologii pomiędzy pseudogenami i ich rodzimymi genami może rodzić wiele technicznych problemów. Dodatkowym utrudnieniem jest również brak konserwatywnych pseudogenów występujących zarówno u człowieka jak i myszy laboratoryjnych, co utrudni badania i znacząco wpłynie na ich koszt. Pomimo to wykorzystanie pseudogenów w farmakologii może być receptą na skuteczną terapię leczenia bardzo wielu chorób.
KOMENTARZE