Mehrspezies-konservierte Sequenzen

Nukleotidsequenzen, die zwischen vielen verschiedenen Spezies konserviert sind, werden als multispezies konservierte Sequenzen bezeichnet.

Zum Beispiel gibt es Tausende von DNA-Abschnitten zwischen Menschen, Ratten und Mäusen, die seit der Abspaltung dieser drei Spezies von ihrem gemeinsamen Säugetier-Vorfahren unverändert geblieben sind.

Während ein kleiner Teil dieser konservierten Sequenzen für RNA oder Proteine kodiert, handelt es sich bei der Mehrheit um nicht-kodierende DNA-Sequenzen, die auch als konservierte nicht-gene Sequenzen oder CNGs bezeichnet werden. Unter den konservierten Sequenzen des Genoms von Mensch und Maus produziert beispielsweise nur ein Drittel ein funktionelles Transkript, während die restlichen zwei Drittel CNGs sind.

CNGs sind etwa 50 bis 200 Nukleotide lang und können in intergenen Regionen im Genom, Introns innerhalb eines Gens oder in untranslatierten Regionen des RNA-Transkripts gefunden werden.

Einige dieser Sequenzen sind über Abstammungslinien hinweg extrem konserviert und werden daher als ultrakonservierte Sequenzen bezeichnet. Es gibt mehr als 5000 ultrakonservierte Sequenzen zwischen Genomen von Menschen, Ratten und Mäusen, die jeweils etwa 100 Basen lang sind.

Die Konservierung von Sequenzen über Millionen von Jahren hinweg über Abstammungslinien hinweg deutet darauf hin, dass konservierte Sequenzen aus mehreren Arten für das Überleben entscheidend sein müssen. Da die meisten konservierten Sequenzen jedoch nicht für ein Protein kodieren, bleibt ihre Funktion immer noch ein Rätsel.

Es wird spekuliert, dass solche konservierten Sequenzen die folgenden Funktionen haben. Erstens können diese Sequenzen als Enhancer oder Schalldämpfer wirken, die an die Transkriptionsmaschinerie binden und das Niveau der Genexpression steuern.

Zweitens können die konservierten Sequenzen in lange nicht-kodierende RNAs transkribiert werden, die die Prä-mRNA-Reifung und -Stabilität regulieren.

Drittens könnten diese Sequenzen eine funktionelle Interaktion zwischen Chromosomen ermöglichen und dabei helfen, Chromosomenterritorien mit unterschiedlichen Genexpressionsmustern innerhalb des Zellkerns zu definieren.
Seltene Mutationen in konservierten Sequenzen mit mehreren Spezies stellen in der Regel einen entscheidenden Schritt in der Evolution neuer Arten dar.

Zum Beispiel umfassen die Genome von Primaten hochkonservierte spezifische Sequenzen in der Nähe der neuronalen Entwicklungsgene. Vor etwa 6 Millionen Jahren erfuhren diese konservierten Sequenzen außergewöhnliche Nukleotidveränderungen, die zur Evolution der menschlichen Abstammungslinie führten.

Diese Regionen, die als Human Accelerated Regions oder HARs bezeichnet werden, sind an kritischen Stadien der Gehirnentwicklung und der Verbesserung der kognitiven Funktionen beteiligt.