Evoluce založená na RNA - RNA-based evolution

Evoluce založená na RNA je teorie to předpokládá RNA není pouze prostředníkem mezi Watsonovým a Crickovým modelem DNA molekula a bílkoviny, ale spíše mnohem dynamičtější a nezávislejší hráč v rozhodování fenotyp. Regulací transkripce v sekvencích DNA, stabilitě RNA a schopnosti messenger RNA být přeloženo „Události zpracování RNA umožňují syntetizovat rozmanitou řadu proteinů z jednoho gen. Protože zpracování RNA je dědičné, podléhá přírodní výběr navrhl Darwin a přispívá k vývoj a rozmanitost většiny eukaryotický organismy.

Role RNA v konvenční evoluci

V souladu s centrální dogma molekulární biologie, RNA předává informace mezi DNA a genom a proteiny exprimované v organismu.[1] Z evolučního hlediska tedy a mutace v DNA bázích vede ke změně transkriptů RNA, což zase vede k přímému rozdílu ve fenotypu. Předpokládá se také, že RNA byla genetickým materiálem prvního života na Zemi. Role RNA v počátcích života je nejlépe podporována snadností tvorby RNA ze základních chemických stavebních bloků (např aminokyseliny, cukry, a hydroxylové kyseliny ), které byly pravděpodobně přítomny před 4 miliardami let.[2][3] Bylo také prokázáno, že molekuly RNA se účinně samy replikují, katalyzovat základní reakce a ukládat dědičné informace.[4][5] Jak život postupoval a vyvíjel se v čase, pouze DNA, která je chemicky mnohem stabilnější než RNA, mohla podporovat velké genomy a nakonec převzala roli hlavního nositele genetické informace.[6]

Variabilita zpracování RNA

Výzkum v posledním desetiletí ukázal, že řetězce RNA nejsou pouze transkribovány z oblastí DNA a přeloženy do proteinů. Spíše RNA si zachovala část své dřívější nezávislosti na DNA a podléhá síti událostí zpracování, které mění expresi proteinu oproti expresi ohraničené pouze genomovou DNA.[7] Zpracování RNA ovlivňuje expresi proteinu řízením transkripce sekvencí DNA, stabilitou RNA a translací messengerové RNA.

Alternativní sestřih

Sestřih je proces, při kterém jsou odstraněny nekódující oblasti RNA. Počet a kombinace událostí sestřihu se velmi liší v závislosti na rozdílech v sekvenci přepisu a faktorech prostředí. Variace fenotypu způsobené alternativním sestřihem je nejlépe vidět na určení pohlaví D. melanogaster. The Tra gen, determinant pohlaví, u mužských mušek bude zkrácen, protože spojovací události neodstraní a stop kodon který řídí délku molekuly RNA. U jiných je stop signál zachován v konečné molekule RNA a je produkován funkční protein Tra, což vede k ženskému fenotypu.[8] Alternativní události sestřihu RNA tedy umožňují rozdílné fenotypy, bez ohledu na identitu kódující sekvence DNA.

Stabilita RNA

Fenotyp může být také určen počtem molekul RNA, protože více transkriptů RNA vede k větší expresi proteinu. Krátké konce opakujících se nukleových kyselin jsou často přidávány na konce molekul RNA, aby se zabránilo degradaci, což účinně zvyšuje počet řetězců RNA schopných překládat se na protein.[9] Během regenerace jater savců se zvyšuje počet molekul RNA růstových faktorů v důsledku přidání signálních ocasů.[10] S více přítomnými přepisy jsou růstové faktory produkovány vyšší rychlostí, což napomáhá procesu obnovy orgánu.

Umlčení RNA

K umlčení RNA dochází, když jsou dvouvláknové molekuly RNA zpracovány řadou enzymatických reakcí, což vede k fragmentům RNA, které degradují komplementární sekvence RNA.[11][12] Degradací transkriptů se překládá nižší množství proteinových produktů a fenotyp se mění ještě další událostí zpracování RNA.

Evoluční mechanismus

Většina událostí zpracování RNA funguje ve vzájemné shodě a vytváří sítě regulačních procesů, které umožňují expresi většího množství proteinů než těch, které jsou přísně řízeny genomem.[7] Tyto události zpracování RNA lze také předávat z generace na generaci prostřednictvím reverzní transkripce do genomu.[7][13] V průběhu času bude pravděpodobnější, že v populaci budou udržovány sítě RNA, které produkují nejvhodnější fenotypy, což přispěje k evoluci. Studie ukázaly, že události zpracování RNA byly obzvláště kritické pro rychlý fenotypový vývoj obratlovců —Velké skoky ve fenotypu vysvětlené změnami v událostech zpracování RNA.[14] Hledání lidského genomu také odhalilo události zpracování RNA, které poskytly významný „sekvenční prostor pro větší variabilitu“.[15] Celkově zpracování RNA rozšiřuje možné fenotypy daného genotypu a přispívá k vývoji a rozmanitosti života.

Viz také

Reference

  1. ^ Crick F (1970). "Centrální dogma molekulární biologie". Příroda. 227 (5258): 561–563. Bibcode:1970Natur.227..561C. doi:10.1038 / 227561a0. PMID  4913914. S2CID  4164029.
  2. ^ Gilbert W (1986). "Původ života: svět RNA". Příroda. 319 (6055): 618–620. Bibcode:1986 Natur.319..618G. doi:10.1038 / 319618a0. S2CID  8026658.
  3. ^ Jürgen B (2003). "Příspěvek RNA a retropozice k evolučním novinkám". Genetica. 118 (2–3): 99–116. doi:10.1023 / A: 1024141306559. PMID  12868601. S2CID  1486781.
  4. ^ Marguet E, Forterre P (1994). „Stabilita DNA při teplotách typických pro hypertermofily“. Nucleic Acids Res. 22 (9): 1681–1686. doi:10.1093 / nar / 22.9.1681. PMC  308049. PMID  8202372.
  5. ^ Huang F, Yang Z, Yarus M (1998). „RNA enzymy se dvěma substráty s malou molekulou“. Chem. Biol. 5 (11): 669–678. doi:10.1016 / S1074-5521 (98) 90294-0. PMID  9831528.
  6. ^ Joyce GF (1996). „Ribozymes: budování světa RNA“. Curr. Biol. 6 (8): 965–967. doi:10.1016 / S0960-9822 (02) 00640-1. PMID  8805318.
  7. ^ A b C Herbert A, Rich A (1999). „Zpracování RNA v evoluci: logika genomů s pevným zapojením“. Annals of the New York Academy of Sciences. 870 (1): 119–132. Bibcode:1999NYASA.870..119H. doi:10.1111 / j.1749-6632.1999.tb08872.x. PMID  10415478. S2CID  25308540.
  8. ^ Lynch KW, Maniatis T (2009). „Sestavení specifických komplexů proteinů SR na odlišných regulačních prvcích zesilovače sestřihu Drosophila doublesex“. Genes Dev. 10 (16): 2089–2101. doi:10.1101 / gad.10.16.2089. PMID  8769651.
  9. ^ West S, Gromak N, Norbury CJ, Proudfoot BR (2006). "Adenylace a exozomem zprostředkovaná degradace kotranscriptionally štěpené pre-messenger RNA v lidských buňkách". Mol. Buňka. 21 (3): 437–443. doi:10.1016 / j.molcel.2005.12.008. PMID  16455498.
  10. ^ Kren BT, Steer CJ (1996). "Posttranskripční regulace genové exprese v regeneraci jater: role stability mRNA". FASEB J. 10 (5): 559–573. doi:10.1096 / fasebj.10.5.8621056. PMID  8621056. S2CID  12283873.
  11. ^ Gregory, Hannon (2002). "Interference RNA". Příroda. 418 (6894): 244–251. Bibcode:2002 Natur.418..244H. doi:10.1038 / 418244a. PMID  12110901. S2CID  4426281. uzavřený přístup
  12. ^ Fire A, Xu SQ, Montgomery MK, Kostas SA, Driver SE, Mello CC (1998). „Silná a specifická genetická interference dvouvláknovou RNA v Caenorhabditis elegans“. Příroda. 391 (6669): 806–811. Bibcode:1998 Natur.391..806F. doi:10.1038/35888. PMID  9486653. S2CID  4355692.
  13. ^ Jordan IK, Rogozin IB, Glazko GV, Koonin EV (2003). "Původ podstatné části lidských regulačních sekvencí z transponovatelných prvků". Trendy Genet. 19 (2): 68–72. doi:10.1016 / S0168-9525 (02) 00006-9. PMID  12547512.
  14. ^ Hunter P (2008). „Velký skok vpřed: velké evoluční skoky mohou být způsobeny spíše změnami v regulaci genů než vznikem nových genů“. Sci. A Soc. Anální. 9: 856–867.
  15. ^ Willemijm M, Gommans SP, Mullen SP, Maas S (2009). „Editace RNA: hybná síla adaptivní evoluce“. BioEssays. 31 (10): 1–9. doi:10.1002 / bies.200900045. PMC  2829293. PMID  19708020.