13.7:

13.7: Рекомбинация экзонов

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

Эволюция новых генов имеет решающее значение для видообразования. Рекомбинация экзонов, также известная как перетасовка экзонов или перетасовка доменов, является важным средством формирования новых генов. Он наблюдается у позвоночных, беспозвоночных и у некоторых растений, таких как картофель и подсолнечник. Во время рекомбинации экзонов экзоны из одного и того же или разных генов рекомбинируют и производят новые комбинации экзон-интронов, которые могут эволюционировать в новые гены.

Перетасовка экзонов подчиняется «правилам рамки сращивания». Каждый экзон имеет три рамки считывания. Входящие экзоны могут рекомбинироваться и соединяться в любом из трех кадров чтения и вызывать мутации сдвига рамки считывания. Таким образом, не все события рекомбинации полезны; Некоторые из них могут даже привести к преждевременному стоп-кодону и незрелому белку.

Перетасовка экзонов в геноме человека

Наряду с дупликацией и дивергенцией генов, перетасовка экзонов объясняется эволюцией нескольких специфических для человека генов. Например, около 25 миллионов лет назад ген под названием MCH (меланин-концентрирующий гормон) подвергся рекомбинации экзонов путем ретротранспозиции у ранних приматов. Он создал de novo границы интрон-экзонов, которые позже эволюционировали в специфический для Hominidae консервативный ген PMCHL1 — хотя это псевдоген, антисмысловая РНК экспрессируется в мозге человека. Поскольку исходный ген MCH кодировал нейропептид, участвующий в балансировке энергетических потребностей и массы тела у грызунов, ожидается, что PMCHL-1 будет выполнять аналогичные функции.

Нелегитимная рекомбинация (ИР) является одним из наиболее часто наблюдаемых механизмов рекомбинации экзонов или перетасовки экзонов. ИР приводит к дублированию экзонов; это наблюдалось при нескольких заболеваниях человека, таких как мышечная дистрофия Дюшенна и Беккера, семейная гиперхолестеринемия, синдром Леша-Нихана, гемофилия и дефицит липопротеинлипазы.

Transcript

Эукариотические гены состоят из чередующихся блоков кодирующих белок последовательностей, называемых экзонами, и некодирующих последовательностей, называемых интронами.

Рекомбинация экзонов — это процесс, при котором экзоны из одного или разных генов рекомбинируют для получения новых комбинаций последовательностей экзон-интронов, которые могут эволюционировать в новые гены.

Рекомбинация экзонов может быть опосредована негомологичной рекомбинацией или ретротранспозицией.

Во время негомологичной или незаконной рекомбинации нити ДНК без сходства последовательностей могут рекомбинировать и производить новую структуру гена.

Хроническая гранулематозная болезнь – генетическое нарушение иммунной системы является хорошим примером. Многие пациенты с этим заболеванием имеют редкую мутацию в гене phox, кодирующем фермент NADPHОКСИДАЗУ.

NADPH-оксидаза дикого типа продуцирует активные формы кислорода, такие как супероксид, при инфицировании и способствует фагоцитарно-опосредованному уничтожению инфекционных агентов.

В редких случаях негомологические последовательности между экзонами 8 и 11 гена phox рекомбинируют, вызывая дупликацию экзонов 9 и 10. Это приводит к снижению активности фермента NADPH оксидазы. Поврежденный фермент не может генерировать достаточное количество активных форм кислорода для устранения бактериальной инфекции, что приводит к гранулеме или агрегации макрофагов и связанных с ними иммунных клеток.

Рекомбинация экзонов, вызванная ретротранспозицией, может лучше всего объяснить эволюцию гена Jingwei у африканской дрозофилы.

Около 2,5 миллионов лет назад часть мРНК Adh была обратно транскрибирована в ДНК и рекомбинирована с экзонами гена Ynd, чтобы дать начало новому гену под названием Jingwei.

Ген Ynd отвечает за развитие яичек у дрозофил, а ген Adh кодирует алкогольдегидрогеназу. Новый ген Jingwei кодирует белок с двумя доменами – одним полученным от Ynd, а другим от Adh.

Следовательно, белок Jingwei экспрессируется в яичках дрозофилы и отвечает за биосинтез гормонов и феромонов.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

Рекомбинация экзонов Перетасовка экзонов Перетасовка доменов Образование новых генов Правила сплайс-фрейма Мутации со сдвигом рамки считывания Преждевременный стоп-кодон Незрелый белок Специфичные для человека гены Ретротранспозиция Границы интрон-экзонов de novo Псевдоген Антисмысловая РНК Нейропептид