Gli scienziati rivelano un nuovo modo in cui il nostro DNA può creare nuovi geni da zero: ScienceAlert

Gli scienziati hanno scoperto come il nostro DNA può utilizzare un pulsante genetico di avanzamento rapido per creare nuovi geni che si adattino rapidamente ai nostri ambienti in continua evoluzione.

Studiando gli errori di replicazione del DNA, i ricercatori dell’Università di Helsinki, in Finlandia, hanno scoperto che alcune singole mutazioni producono palindromi, che si leggono in avanti e all’indietro. Nelle giuste condizioni, questi possono svilupparsi in… MicroRNA Geni (miRNA).

Questi geni piccoli e semplici svolgono un ruolo importante nella regolazione di altri geni. Molti geni miRNA sono presenti da molto tempo nella storia dell’evoluzione, ma gli scienziati hanno scoperto che in alcuni gruppi animali, come i primati, All’improvviso compaiono nuovi geni miRNA.

“L’emergere di nuovi geni dal nulla ha sbalordito i ricercatori”. Lui dice La scienziata bioinformatica Helle Monteinen, prima autrice del nuovo studio.

“Ora disponiamo di un modello elegante per l’evoluzione dei geni dell’RNA.”

Gli errori che consentono questo modo straordinariamente efficiente di generare geni sono chiamati mutazioni di commutazione del modello (TSM). Il processo di creazione dei miRNA associati al TSM è molto più veloce del modo in cui si evolvono le nuove proteine ​​funzionali.

“Il DNA viene copiato una base alla volta e le mutazioni sono solitamente singole basi sbagliate, come colpi irregolari sulla tastiera di un laptop”, Lui dice Responsabile del progetto ed esperto di bioinformatica Ari Luitinoja.

“Abbiamo studiato un meccanismo che causa errori più grandi, come copiare e incollare testo da un altro contesto. Eravamo particolarmente interessati ai casi in cui il testo veniva copiato all’indietro in modo da creare un sistema simmetrico.”

Tutte le molecole di RNA necessitano di serie ripetute di basi che mantengano la molecola nella sua forma operativa. Il team ha scelto di concentrarsi sui geni dei microRNA, che sono molto corti e costituiti da circa 22 geni Regola delle coppie.

Ma anche per i geni microRNA semplici, le probabilità che mutazioni casuali delle basi formino lentamente questo tipo di percorsi alternati sono molto basse.

Gli scienziati si sono chiesti da dove provenissero queste sequenze alternate. Si scopre che i TSM possono produrre rapidamente omologhi completi di DNA, creando nuovi geni microRNA da sequenze di DNA precedentemente non codificanti.

“Nella molecola di RNA, le basi di omologhi adiacenti possono accoppiarsi e formare strutture a forma di forcina. Tali strutture sono essenziali per la funzione delle molecole di RNA.” Lui dice Il biotecnologo Mikko Freelander.

Sono già stati mappati i genomi completi di molti primati e mammiferi. Confrontando questi genomi utilizzando un algoritmo informatico personalizzato, i ricercatori sono stati in grado di capire quali specie avevano un palindromo di microRNA.

“Grazie alla modellizzazione dettagliata della storia, possiamo vedere che omologhi completi vengono creati da singoli eventi di mutazione”, ha detto Montinen. Lui spiega.

Il diagramma seguente spiega bene il processo. Quando la replicazione del DNA inizia in ciascuna coppia di basi della sua lista di ricette, si ferma quando incontra una mutazione o una coppia di basi difettosa.

La replica si sposta quindi sul dado adiacente e inizia a ripetere quelle istruzioni ma all’indietro.

Quando il replicatore ritorna al modello originale, crea un omologo molto piccolo che può accoppiarsi con se stesso in una struttura a forcina.

Il cambio del modello durante la replicazione del DNA consente a un singolo evento mutazionale di creare la struttura perfetta nel DNA per un nuovo gene miRNA. Questo è molto più efficiente dei cambiamenti lenti e graduali che possono verificarsi con esso Elementi costitutivi individuali.

Nell’albero genealogico dei primati sono state trovate più di 6.000 strutture di questo tipo, che potrebbero dare origine ad almeno 18 nuovi geni miRNA negli esseri umani. Ciò rappresenta il 26% di tutti i miRNA che si ritiene siano emersi dalla prima apparizione dei primati.

Tali risultati, che abbracciano linee evolutive, indicano un meccanismo universale per la creazione di geni miRNA, e il team ritiene che i risultati potrebbero essere applicati anche ad altri geni e molecole di RNA.

Sembra relativamente facile che emergano nuovi geni microRNA che potrebbero avere un impatto sulla salute umana. Alcuni miRNA associati al TSM hanno già mostrato importanza funzionale, ad es HSA-MER-576 Che influenza la risposta antivirale nei primati.

“Molte varianti TSM sono in grado di diventare geni miRNA che si segregano tra le popolazioni umane”, scrivono gli autori Lui scrive“Il che suggerisce che il processo TSM è attivo e sta modellando i nostri genomi proprio adesso”.

Lo studio è stato pubblicato in Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.