13.7:

13.7: Recombinación de exón

Exon Recombination

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Molecular Biology

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Exon Recombination

13.6: Gene Duplication and Divergence

13.8: Comparing Copy Number Variations and SNPs

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02:32 min

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April 07, 2021

Overview

The evolution of new genes is critical for speciation. Exon recombination, also known as exon shuffling or domain shuffling, is an important means of new gene formation. It is observed across vertebrates, invertebrates, and in some plants such as potatoes and sunflowers. During exon recombination, exons from the same or different genes recombine and produce new exon-intron combinations, which might evolve into new genes.

Exon shuffling follows “splice frame rules.” Each exon has three reading frames. The incoming exons can recombine and join at any one of the three reading frames and cause frameshift mutations. Therefore, not all recombination events are useful; some can even result in a premature stop codon and immature protein.

Exon shuffling in the human genome

Along with gene duplication and divergence, the exon shuffling is attributed to the evolution of several human-specific genes. For example, around 25 million years ago, a gene called MCH (Melanin-concentrating hormone) underwent exon recombination by retrotransposition in the early primates. It created de novo intron-exon boundaries, which later evolved into the Hominidae specific conserved gene PMCHL1 – although this is a pseudogene, the antisense RNA is expressed in the human brain. Since the original MCH gene encoded a neuropeptide involved in balancing energy requirements and body weight in rodents, the PMCHL-1 is expected to have similar functions.

Illegitimate recombination (IR) is one of the most commonly observed mechanisms of exon recombination or exon shuffling. IR leads to duplication of exons; this has been observed in several human diseases such as Duchenne and Becker muscular dystrophy, familial hypercholesterolemia, Lesch-Nyhan syndrome, hemophilia, and lipoprotein lipase deficiency.

Transcript

Los genes eucariotas consisten en bloques alternos de secuencias codificantes de proteínas llamadas exones y secuencias no codificantes llamadas intrones.

La recombinación de exones es un proceso en el que los exones del mismo gen o de genes diferentes se recombinan para producir nuevas combinaciones de secuencias de exón-intrón, que podrían evolucionar en nuevos genes.

La recombinación de exones puede ser mediada por recombinación no homóloga o retrotransposición.

Durante la recombinación no homóloga o ilegítima, las hebras de ADN sin similitud de secuencia pueden recombinarse y producir una nueva estructura génica.

La enfermedad granulomatosa crónica: un trastorno genético del sistema inmunológico es un buen ejemplo. Muchos pacientes con esta enfermedad tienen una mutación rara en el gen phox que codifica para la enzima NADPH oxidasa.

La NADPH oxidasa de tipo salvaje produce especies reactivas de oxígeno, como el superóxido, tras la infección y ayuda a la eliminación de los agentes infecciosos mediada por fagocitos.

En casos raros, las secuencias no homólogas entre los exones 8 y 11 del gen phox se recombinan, causando la duplicación de los exones 9 y 10. Esto conduce a la reducción de la actividad de la enzima NADPH oxidasa. La enzima alterada no genera suficientes especies reactivas de oxígeno para eliminar la infección bacteriana, lo que resulta en granuloma o agregación de macrófagos y células inmunitarias asociadas.

La recombinación de exones debida a la retrotransposición puede explicar mejor la evolución del gen Jingwei en Drosophila africana.

Hace unos 2,5 millones de años, una parte del ARNm de Adh se transcribió de forma inversa en ADN y se recombinó con exones del gen Ynd para dar lugar a un nuevo gen llamado Jingwei.

El gen Ynd es responsable del desarrollo de los testículos en Drosophila y el gen Adh codifica la alcohol deshidrogenasa. El nuevo gen Jingwei codifica una proteína con dos dominios, uno derivado de Ynd y el otro de Adh.

Por lo tanto, la proteína Jingwei se expresa en el testículo de Drosophila y es responsable de la biosíntesis de hormonas y feromonas.

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