Xene estrutural
Un xene estrutural é un xene que codifica algún produto de ARN ou proteína que non é un factor regulador (como unha proteína reguladora ou ARN regulador). O termo deriva do descubrimento do operón lac, no que os xenes estruturais considerábanse aqueles que contiñan secuencias de ADN correspondentes aos aminoácidos dunha proteína producida na célula que non funcionaba regulando a expresión xénica. Os produtos dos xenes estruturais poden ser encimas e proteínas estruturais. Tamén son codificados por xenes estruturais os ARN non codificantes, como os ARNr e os ARNt (pero exclúense os ARN reguladores como o microARN e o ARN interferente pequeno).
Situación no xenoma
editarEn procariotas os xenes estruturais de funcións relacionadas están normalmente un a carón do outro nunha soa febra de ADN, formando un operón. Isto permite unha regulación máis simple da expresión xénica, xa que un só factor regulador pode afectar a transcrición de todos os xenes asociados. Isto ilústrase mellor co ben estudado operón lac, no cal tres xenes estruturais (lacZ, lacY e lacA) son regulados por un só promotor e un só operador. Os xenes estruturais procariotas transcríbense formando un ARNm policistrónico e seguidamente son traducidos.[1]
En eucariotas os xenes estruturais non están situados secuencialmente. Cada xene está composto de exóns codificantes e intróns non codificantes intercalados. As secuencias reguladoras atópanse tipicamente en rexións non codificantes situadas augas arriba ou abaixo do xene. Os ARNm dos xenes estruturais deben sufrir un proceso de empalme antes da súa tradución para eliminar as secuencias intrónicas. Isto, á súa vez, motiva o fenómeno eucariota do empalme alternativo, no cal un só ARNm procedente dun só xene estrutural pode producir varias proteínas diferentes segundo que exóns se inclúan. Malia a complexidade deste proceso, estímase que ata o 94% dos xenes humanos son empalmados dalgunha maneira.[2] Ademais, ocorren diferentes padróns de empalme en tipos de tecidos diferentes.[3]
Unha excepción a esta disposición en eucariotas son os xenes das proteínas histonas, que carecen completamente de intróns.[4] Tamén son peculiares os xenes das agrupacións ou clusters do ADNr, nos cales as secuencias codificantes dos ARNr de 28S, 5,8S e de 18S están adxacentes, separados por curtos espazadores transcritos internamente, e igualmente o ADNr de 45S aparece en cinco sitios distintos do xenoma, pero está agrupado formando repeticións contiguas. En bacterias estes xenes están organizados en operóns. Porén en arqueas estes xenes non están adxacentes e non mostran ningún ligamento.[5]
Papel en doenzas humanas
editarA identificación da base xenética do axente causante dunha doenza pode ser un compoñente importante para comprender os seus efectos e espallamento. A localización e contido de xenes estruturais pode servir para determinar a evolución da virulencia,[6] así como proporciona a información que cómpre para o tratamento. Igualmente, comprender os cambios específicos nas secuencias dos xenes estruturais que subxacen nun aumento ou diminución da virulencia axuda a comprender o mecanismo polo cal as doenzas infecciosas afectan os hóspedes.[7]
Por exemplo, Yersinia pestis (axente da peste bubónica) porta varios xenes estruturais relacionados coa virulencia e a inflamación situados en plásmidos.[8] De igual xeito, o xene estrutural responsable do tétano está situado nun plásmido.[9] A difteria é causada por unha bacteria, pero só despois de que esa bacteria foi infectada por un virus bacteriófago que porta os xenes estruturais para a toxina.[10]
No virus herpes simplex a secuencia do xene estrutural responsable da virulencia atopouse en dúas localizacións no xenoma a pesar de que só unha das localizacións produce o produto xénico viral. Isto hipotetizouse que serve como un mecanismo potencial para que as cepas recuperen a virulencia se a perden por unha mutación.[11]
Comprender os cambios específicos en xenes estruturais que afectan a virulencia é un paso necesario no establecemento de tratamentos específicos, así como no estudo de posibles usos medicinais de toxinas.[10]
Filoxenética
editarXa en 1974 a similitude nas secuencias de ADN era recoñecida como unha valiosa feramenta para determinar as relacións entre taxons.[12] Os xenes estruturais en xeral están máis conservados debido a restricións funcionais e así poden ser útiles en estudos de taxons máis separados. As análises orixinais enriquecen as mostras de xenes estruturais por hibridación do ARNm.[13]
Estratexias de estudos filoxenéticos máis recentes centráronse en xenes estruturais de función coñecida, conservados en diversos graos. As secuencias dos ARNr son frecuentes dianas nestes estudos, xa que están conservados en todas as especies.[14] En microbioloxía estudáronse especificamente os xenes de ARNr de 16S para determinar as diferenzas a nivel de especies.[15] En taxons de maior orde, a secuencia da COI é agora considerada o “código de barras da vida” e é aplicada para a maioría das identificacións biolóxicas.[16]
Debate
editarMalia o amplo uso que ten clasificar os xenes en estruturais ou reguladores, estas categorías non son unha división absoluta. Recentes descubrimentos xenéticos poñen en cuestión a distinción estrita entre xenes reguladores e estruturais.[17]
A distinción entre xenes reguladores e estruturais pode atribuírse ao traballo orixinal de 1959 sobre a expresión de proteínas no operón lac.[18] Neste exemplo, unha soa proteína reguladora afecta a transcrición doutras proteínas que agora se sabe compoñen o operón lac. De aí en adiante distinguíronse os dous tipos de secuencias codificacdoras, estruturais e reguladoras.[18]
Porén, os crecentes descubrimentos sobre a regulacón de xenes suxiren unha maior complexidade. A expresión de xenes estruturais é regulada por numerosos factores, como a epixenética (por exemplo por metilación), interferencia de ARN e outros. Os xenes reguladores e estruturais poden ser regulados epixeneticamente de forma idéntica, polo que non toda a regulación depende de “xenes reguladores”.[17]
Hai tamén exemplos de proteínas que non se axustan ben a ningunha das categorías, como as proteínas chaperonas. Estas proteínas axudan ao pregamento doutras proteínas, un papel aparentemente regulador.[19][20] Porén, estas mesmas proteínas tamén axudan ao movemento das proteínas chaperonadas a través das membranas,[21] e foron agora implicadas en respostas inmunes (ver Hsp60) [22] e na vía apoptótica (ver Hsp70).[23]
Máis recentemente, atopouse que se producían microARNs a partir de espazadores transcritos de xenes de ARNr.[24] Así, un compoñente interno dun xene estrutural é, de feito, regulador. Os sitios de unión dos microARNs foron tamén detectados dentro de secuencias codificantes de xenes. Tipicamente, os ARNs interferentes teñen como diana a 3’ UTR, pero a inclusión dos sitios de unión dentro da secuencia da propia proteína permite que os transcritos destas proteínas regulen os microARNs dentro da célula. Demostrouse que esta interacción ten un efecto na expresión e así unha vez máis un xene estrutural contén un compoñente regulador.[25]
Notas
editar- ↑ Müller-Hill, Benno (1996-01-01). The Lac Operon: A Short History of a Genetic Paradigm (en inglés). Walter de Gruyter. ISBN 9783110148305.
- ↑ Wang, Eric T.; Sandberg, Rickard; Luo, Shujun; Khrebtukova, Irina; Zhang, Lu; Mayr, Christine; Kingsmore, Stephen F.; Schroth, Gary P.; Burge, Christopher B. (2008). "Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes". Nature 456 (7221): 470–476. Bibcode:2008Natur.456..470W. PMC 2593745. PMID 18978772. doi:10.1038/nature07509.
- ↑ Yeo, Gene; Holste, Dirk; Kreiman, Gabriel; Burge, Christopher B. (2004-01-01). "Variation in alternative splicing across human tissues". Genome Biology 5 (10): R74. ISSN 1474-760X. PMC 545594. PMID 15461793. doi:10.1186/gb-2004-5-10-r74.
- ↑ Makałowski, W. (2001-01-01). "The human genome structure and organization". Acta Biochimica Polonica 48 (3): 587–598. ISSN 0001-527X. PMID 11833767. doi:10.18388/abp.2001_3893.
- ↑ Tu, J; Zillig, W (1982-11-25). "Organization of rRNA structural genes in the archaebacterium Thermoplasma acidophilum.". Nucleic Acids Research 10 (22): 7231–7245. ISSN 0305-1048. PMC 327000. PMID 7155894. doi:10.1093/nar/10.22.7231.
- ↑ Sreevatsan, Srinand; Pan, Xi; Stockbauer, Kathryn E.; Connell, Nancy D.; Kreiswirth, Barry N.; Whittam, Thomas S.; Musser, James M. (1997-09-02). "Restricted structural gene polymorphism in the Mycobacterium tuberculosis complex indicates evolutionarily recent global dissemination". Proceedings of the National Academy of Sciences (en inglés) 94 (18): 9869–9874. Bibcode:1997PNAS...94.9869S. ISSN 0027-8424. PMC 23284. PMID 9275218. doi:10.1073/pnas.94.18.9869.
- ↑ Maharaj, Payal D.; Anishchenko, Michael; Langevin, Stanley A.; Fang, Ying; Reisen, William K.; Brault, Aaron C. (2012-01-01). "Structural gene (prME) chimeras of St Louis encephalitis virus and West Nile virus exhibit altered in vitro cytopathic and growth phenotypes". Journal of General Virology 93 (1): 39–49. PMC 3352334. PMID 21940408. doi:10.1099/vir.0.033159-0.
- ↑ Brubaker, Robert R. (2007-08-01). "How the structural gene products of Yersinia pestis relate to virulence". Future Microbiology 2 (4): 377–385. ISSN 1746-0921. PMID 17683274. doi:10.2217/17460913.2.4.377.
- ↑ Finn, C. W.; Silver, R. P.; Habig, W. H.; Hardegree, M. C.; Zon, G.; Garon, C. F. (1984-05-25). "The structural gene for tetanus neurotoxin is on a plasmid". Science 224 (4651): 881–884. Bibcode:1984Sci...224..881F. ISSN 0036-8075. PMID 6326263. doi:10.1126/science.6326263.
- ↑ 10,0 10,1 Greenfield, L.; Bjorn, M. J.; Horn, G.; Fong, D.; Buck, G. A.; Collier, R. J.; Kaplan, D. A. (1983-11-01). "Nucleotide sequence of the structural gene for diphtheria toxin carried by corynebacteriophage beta". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 80 (22): 6853–6857. Bibcode:1983PNAS...80.6853G. ISSN 0027-8424. PMC 390084. PMID 6316330. doi:10.1073/pnas.80.22.6853.
- ↑ Knipe, David; Ruyechan, William; Honess, Robert; Roizman, Bernard (1979). "Molecular genetics of Herpes Simplex Virus: The terminal sequences of the L and S components are obligatorily identical and constitute a part of structural gene mapping predominantly in the S component" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 76 (9): 4534–4538. Bibcode:1979PNAS...76.4534K. PMC 411612. PMID 228300. doi:10.1073/pnas.76.9.4534.
- ↑ Moore, R. L. (1974-01-01). "Nucleic acid reassociation as a guide to genetic relatedness among bacteria". Modern Aspects of Electrochemistry. Current Topics in Microbiology and Immunology. Modern Aspects of Electrochemistry 64. pp. 105–128. ISBN 978-3-642-65850-1. ISSN 0070-217X. PMID 4602647. doi:10.1007/978-3-642-65848-8_4.
- ↑ Angerer, R. C.; Davidson, E. H.; Britten, R. J. (1976-07-08). "Single copy DNA and structural gene sequence relationships among four sea urchin species". Chromosoma 56 (3): 213–226. ISSN 0009-5915. PMID 964102. doi:10.1007/bf00293186.
- ↑ Pruesse, E.; Quast, C.; Knittel, K.; Fuchs, B. M.; Ludwig, W.; Peplies, J.; Glockner, F. O. (2007-12-01). "SILVA: a comprehensive online resource for quality checked and aligned ribosomal RNA sequence data compatible with ARB". Nucleic Acids Research (en inglés) 35 (21): 7188–7196. ISSN 0305-1048. PMC 2175337. PMID 17947321. doi:10.1093/nar/gkm864.
- ↑ Chun, Jongsik; Lee, Jae-Hak; Jung, Yoonyoung; Kim, Myungjin; Kim, Seil; Kim, Byung Kwon; Lim, Young-Woon (2007-01-01). "EzTaxon: a web-based tool for the identification of prokaryotes based on 16S ribosomal RNA gene sequences". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology 57 (10): 2259–2261. PMID 17911292. doi:10.1099/ijs.0.64915-0.
- ↑ Hebert, Paul D. N.; Cywinska, Alina; Ball, Shelley L.; deWaard, Jeremy R. (2003-02-07). "Biological identifications through DNA barcodes". Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences (en inglés) 270 (1512): 313–321. ISSN 0962-8452. PMC 1691236. PMID 12614582. doi:10.1098/rspb.2002.2218.
- ↑ 17,0 17,1 Piro, Rosario Michael (2011-03-29). "Are all genes regulatory genes?". Biology & Philosophy (en inglés) 26 (4): 595–602. ISSN 0169-3867. doi:10.1007/s10539-011-9251-9.
- ↑ 18,0 18,1 Pardee, Arthur B.; Jacob, François; Monod, Jacques (1959-06-01). "The genetic control and cytoplasmic expression of "Inducibility" in the synthesis of β-galactosidase by E. coli". Journal of Molecular Biology 1 (2): 165–178. doi:10.1016/S0022-2836(59)80045-0.
- ↑ Hendrick, J. P.; Hartl, F. U. (1995-12-01). "The role of molecular chaperones in protein folding". FASEB Journal 9 (15): 1559–1569. ISSN 0892-6638. PMID 8529835. doi:10.1096/fasebj.9.15.8529835.
- ↑ Saibil, Helen (2013-10-01). "Chaperone machines for protein folding, unfolding and disaggregation". Nature Reviews Molecular Cell Biology (en inglés) 14 (10): 630–642. ISSN 1471-0072. PMC 4340576. PMID 24026055. doi:10.1038/nrm3658.
- ↑ Koll, H.; Guiard, B.; Rassow, J.; Ostermann, J.; Horwich, A. L.; Neupert, W.; Hartl, F. U. (1992-03-20). "Antifolding activity of hsp60 couples protein import into the mitochondrial matrix with export to the intermembrane space" (PDF). Cell 68 (6): 1163–1175. ISSN 0092-8674. PMID 1347713. doi:10.1016/0092-8674(92)90086-r.
- ↑ Hansen, Jens J.; Bross, Peter; Westergaard, Majken; Nielsen, Marit Nyholm; Eiberg, Hans; Børglum, Anders D.; Mogensen, Jens; Kristiansen, Karsten; Bolund, Lars (2003-01-01). "Genomic structure of the human mitochondrial chaperonin genes: HSP60 and HSP10 are localised head to head on chromosome 2 separated by a bidirectional promoter". Human Genetics 112 (1): 71–77. ISSN 0340-6717. PMID 12483302. doi:10.1007/s00439-002-0837-9.
- ↑ Cappello, Francesco; Di Stefano, Antonino; David, Sabrina; Rappa, Francesco; Anzalone, Rita; La Rocca, Giampiero; D'Anna, Silvestro E.; Magno, Francesca; Donner, Claudio F. (2006-11-15). "Hsp60 and Hsp10 down-regulation predicts bronchial epithelial carcinogenesis in smokers with chronic obstructive pulmonary disease". Cancer 107 (10): 2417–2424. ISSN 0008-543X. PMID 17048249. doi:10.1002/cncr.22265.
- ↑ Son, Dong Ju; Kumar, Sandeep; Takabe, Wakako; Kim, Chan Woo; Ni, Chih-Wen; Alberts-Grill, Noah; Jang, In-Hwan; Kim, Sangok; Kim, Wankyu (2013-12-18). "The atypical mechanosensitive microRNA-712 derived from pre-ribosomal RNA induces endothelial inflammation and atherosclerosis". Nature Communications (en inglés) 4: 3000. Bibcode:2013NatCo...4.3000S. ISSN 2041-1723. PMC 3923891. PMID 24346612. doi:10.1038/ncomms4000.
- ↑ Forman, Joshua J.; Coller, Hilary A. (2010-04-15). "The code within the code: microRNAs target coding regions". Cell Cycle 9 (8): 1533–1541. ISSN 1538-4101. PMC 2936675. PMID 20372064. doi:10.4161/cc.9.8.11202.