13.7:

13.7: Rekombinacja eksonów

Exon Recombination

JoVE Core
Molecular Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Molecular Biology

Exon Recombination

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

13.6: Gene Duplication and Divergence

13.8: Comparing Copy Number Variations and SNPs

3,555 Views

•

02:32 min

•

April 07, 2021

Overview

Ewolucja nowych genów ma kluczowe znaczenie dla specjacji. Rekombinacja eksonów, znana również jako tasowanie eksonów lub tasowanie domen, jest ważnym sposobem tworzenia nowych genów. Obserwuje się go u kręgowców, bezkręgowców i niektórych roślin, takich jak ziemniaki i słoneczniki. Podczas rekombinacji eksonów eksony z tych samych lub różnych genów rekombinują i wytwarzają nowe kombinacje ekson-intron, które mogą ewoluować w nowe geny.

Tasowanie eksonów odbywa się zgodnie z “regułami ramki łączenia”. Każdy ekson ma trzy ramki odczytu. Przychodzące eksony mogą rekombinować i łączyć się w dowolnej z trzech ramek odczytu i powodować mutacje przesunięcia ramki. W związku z tym nie wszystkie zdarzenia rekombinacji są użyteczne; Niektóre z nich mogą nawet prowadzić do przedwczesnego kodonu stop i niedojrzałego białka.

Tasowanie eksonów w ludzkim genomie

Wraz z duplikacją i dywergencją genów, tasowanie eksonów przypisuje się ewolucji kilku genów specyficznych dla człowieka. Na przykład około 25 milionów lat temu gen o nazwie MCH (hormon koncentrujący melaninę) uległ rekombinacji eksonów przez retrotranspozycję u wczesnych naczelnych. Stworzył on de novo granice między intronem a eksonem, które później przekształciły się w specyficzny dla Hominidae konserwatywny gen PMCHL1 – chociaż jest to pseudogen, antysensowne RNA ulega ekspresji w ludzkim mózgu. Ponieważ oryginalny gen MCH kodował neuropeptyd biorący udział w równoważeniu zapotrzebowania na energię i masy ciała u gryzoni, oczekuje się, że PMCHL-1 będzie pełnił podobne funkcje.

Nieuprawniona rekombinacja (IR) jest jednym z najczęściej obserwowanych mechanizmów rekombinacji lub tasowania eksonów. IR prowadzi do duplikacji eksonów; zaobserwowano to w kilku chorobach człowieka, takich jak dystrofia mięśniowa Duchenne’a i Beckera, hipercholesterolemia rodzinna, zespół Lescha-Nyhana, hemofilia i niedobór lipazy lipoproteinowej.

Transcript

Geny eukariotyczne składają się z naprzemiennych bloków sekwencji kodujących białka zwanych eksonami i sekwencji niekodujących zwanych intronami.

Rekombinacja eksonów to proces, w którym eksony z tych samych lub różnych genów rekombinują się, tworząc nowe kombinacje sekwencji egzon-intron, które mogą ewoluować w nowe geny.

W rekombinacji eksonów może pośredniczyć rekombinacja niehomologiczna lub retrotranspozycja.

Podczas rekombinacji niehomologicznej lub nieprawowitej nici DNA bez podobieństwa sekwencji mogą rekombinować i wytwarzać nową strukturę genu.

Dobrym przykładem jest przewlekła choroba ziarniniakowa – genetyczne zaburzenie układu odpornościowego. Wielu pacjentów z tą chorobą ma rzadką mutację w genie phox kodującym enzym oksydazę NADPH.

Oksydaza NADPH typu dzikiego wytwarza reaktywne formy tlenu, takie jak ponadtlenek, po zakażeniu i pomaga w zabijaniu czynników zakaźnych za pośrednictwem fagocytów.

W rzadkich przypadkach niehomologiczne sekwencje między eksonami 8 i 11 genu phox rekombinują się, powodując duplikację eksonów 9 i 10. Prowadzi to do zmniejszonej aktywności enzymu oksydazy NADPH. Upośledzony enzym nie jest w stanie wytworzyć wystarczającej ilości reaktywnych form tlenu, aby usunąć infekcję bakteryjną, co prowadzi do ziarniniaka lub agregacji makrofagów i powiązanych komórek odpornościowych.

Rekombinacja eksonów spowodowana retrotranspozycją może najlepiej wyjaśnić ewolucję genu Jingwei u afrykańskich Drosophila.

Około 2,5 miliona lat temu część mRNA Adh uległa odwrotnej transkrypcji do DNA i połączyła się z eksonami genu Ynd, dając początek nowemu genowi o nazwie Jingwei.

Gen Ynd jest odpowiedzialny za rozwój jąder u drosophila, a gen Adh koduje dehydrogenazę alkoholową. Nowy gen Jingwei koduje białko z dwiema domenami – jedną pochodzącą z Ynd, a drugą z Adh.

W związku z tym białko Jingwei ulega ekspresji w jądrze drosophila i jest odpowiedzialne za biosyntezę hormonów i feromonów.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

Rekombinacja eksonów tasowanie eksonów tasowanie domen tworzenie nowych genów reguły ramki splicingu mutacje przesunięcia ramki odczytu przedwczesny kodon stop niedojrzałe białko geny specyficzne dla człowieka retrotranspozycja granice de novo intron-ekson pseudogen antysensowne RNA neuropeptyd