Složenost živih organizama je kodirana u njihovim genima, ali odakle ti geni potiču? Istraživači sa Univerziteta u Helsinkiju rešili su otvorena pitanja o poreklu malih regulatornih gena i opisali mehanizam koji stvara njihove DNK palindrome. Pod odgovarajućim okolnostima, ovi palindromi evoluiraju u mikroRNK gene.
Ljudski genom sadrži ca. 20.000 gena koji se koriste za izgradnju proteina. Delovanje ovih klasičnih gena je koordinisano hiljadama regulatornih gena, od kojih najmanji kodiraju mikroRNA molekule dužine 22 para baza. Dok broj gena ostaje relativno konstantan, povremeno se tokom evolucije pojavljuju novi geni. Slično genezi biološkog života, poreklo novih gena nastavilo je da fascinira naučnike.
Svi molekuli RNK zahtevaju palindromske nizove baza koje zaključavaju molekul u njegovu funkcionalnu konformaciju. Važno je da su šanse da nasumične bazne mutacije postepeno formiraju takve palindromske nizove su izuzetno male, čak i za jednostavne mikroRNA gene.
Stoga je poreklo ovih palindromskih sekvenci zbunilo istraživače. Stručnjaci sa Instituta za biotehnologiju Univerziteta u Helsinkiju, Finska, rešili su ovu misteriju, opisujući mehanizam koji može trenutno da generiše kompletne DNK palindrome i tako kreira nove mikroRNK gene iz prethodno nekodiranih DNK sekvenci.
U svom projektu, istraživači su proučavali greške u replikaciji DNK. Ari Loitinoja, vođa projekta, upoređuje replikaciju DNK sa kucanjem teksta.
„DNK se kopira jednu po jednu bazu, a obično su mutacije pogrešne pojedinačne baze, kao što su pogrešni udarci na tastaturi laptopa. Proučavali smo mehanizam koji stvara veće greške, poput kopiranja i lepljenja teksta iz drugog konteksta. Posebno su nas zanimali slučajevi koji je kopirao tekst unazad tako da stvara palindrom.“
Istraživači su prepoznali da greške u replikaciji DNK ponekad mogu biti korisne. Oni su opisali ove nalaze Mikku Frilanderu, stručnjaku za biologiju RNK. Odmah je video vezu sa strukturom molekula RNK.
„U molekulu RNK, baze susednih palindroma mogu se upariti i formirati strukture koje liče na ukosnicu. Takve strukture su ključne za funkciju molekula RNK“, objašnjava on.
Istraživači su odlučili da se fokusiraju na gene mikroRNA zbog njihove jednostavne strukture: geni su veoma kratki — samo nekoliko desetina baza — i moraju da se sklope u strukturu ukosnice da bi ispravno funkcionisali.
Centralni uvid je bio modeliranje istorije gena koristeći prilagođeni kompjuterski algoritam. Prema postdoktorskom istraživaču Heli Monttinen, ovo omogućava najbližu inspekciju porekla gena do sada.
„Poznat je ceo genom desetina primata i sisara. Poređenje njihovih genoma otkriva koje vrste imaju palindromski par mikroRNA, a koje nemaju. Uz detaljno modeliranje istorije, mogli smo da vidimo da su celi palindromi stvoreni jednom mutacijom. događaji“, kaže Monttinen.
Fokusirajući se na ljude i druge primate, istraživači u Helsinkiju su pokazali da novopronađeni mehanizam može objasniti najmanje četvrtinu novih mikroRNA gena. Kako su slični slučajevi pronađeni u drugim evolucionim linijama, mehanizam porekla izgleda univerzalan.
U principu, porast mikroRNA gena je toliko lak da novi geni mogu uticati na zdravlje ljudi. Heli Monttinen vidi značaj dela šire, na primer, u razumevanju osnovnih principa biološkog života.
„Pojava novih gena iz ničega je fascinirala istraživače. Sada imamo elegantan model za evoluciju RNK gena“, naglašava ona.
Iako su rezultati zasnovani na malim regulatornim genima, istraživači veruju da se nalazi mogu generalizovati na druge RNK gene i molekule. Na primer, korišćenjem sirovina koje generiše novopronađeni mehanizam, prirodna selekcija može stvoriti mnogo složenije RNK strukture i funkcije.
