遺伝子生成の隠されたメカニズム

ヘルシンキ大学の研究者が瞬時に生成されるメカニズムを発見しました。 DNA 回文は、潜在的に非暗号化ＤＮＡ配列から新しいマイクロＲＮＡ遺伝子を生成するように誘導する。 この発見は、DNA複製エラーとDNAがどのように影響するかを研究する間に行われた。 RNA 分子構造は遺伝子起源に関する新しい洞察を提供する。

生きている生物の複雑さは遺伝子内でコードされています。 ところで、この遺伝子はどこから来るのでしょうか？ ヘルシンキ大学の研究者は、小さな調節遺伝子の起源に関する優れた問題を解決し、DNA回文を生成するメカニズムを説明しました。 適切な環境では、これらの回文はマイクロRNA遺伝子に進化する。

遺伝子とタンパク質：生命の構成要素

ヒトゲノムにはca。 タンパク質を構築するために使用される遺伝子は20,000個です。 これらの古典的な遺伝子の作用は何千もの調節遺伝子によって調節され、そのうちの最も小さいものは長さが22塩基対のmicroRNA分子をコードする。 遺伝子の数は比較的一定であるが、進化の過程で時々新しい遺伝子が登場する。 生物学的生命の起源と同様に、新しい遺伝子の起源は科学者を魅了し続けてきました。

回文型パズルを解く

全てのＲＮＡ分子は、分子を機能的形態に固定する回文型塩基を必要とする。 重要なことは、単純なマイクロRNA遺伝子の場合でも、ランダムな塩基突然変異が徐々にこのような回文実行を形成する可能性が非常に少ないことです。 したがって、これらの回文シーケンスの起源は研究者を慌てた。 フィンランドヘルシンキ大学バイオテクノロジー研究所の専門家は、完全なDNA回文を即座に生成するメカニズムを説明し、以前にコードされていないDNA配列から新しいマイクロRNA遺伝子を生成することによってこの謎を解決しました。

DNA複製の洞察

フィンランドのアカデミーが資金を提供するプロジェクトでは、研究者はDNA複製エラーを研究しました。 プロジェクトリーダーであるAri Löytynojaは、DNA複製をテキスト入力と比較します。

「DNAは一度に1塩基ずつコピーされ、通常、突然変異はノートブックキーボードの間違ったパンチなどの間違った単一の塩基です。 他のコンテキストからテキストをコピーして貼り付けるなど、より大きなエラーを生成するメカニズムを研究しました。 私たちは、テキストを逆さまにコピーして回文を作成するときに特に興味がありました。」

研究者らは、DNA複製のエラーメカニズムを研究したところ、いくつかのエラーがヘアピン構造に折り畳むことができる回文を生成することを発見しました。 クレジット: Ari Löytynoja

RNA構造とDNAエラー

研究者らは、DNA複製エラーが時々有益であることを認識しました。 彼らはこれらの発見をRNA生物学の専門家であるMikko Frilanderに説明しました。 彼はすぐにRNA分子構造との関連を見た。

「RNA分子内の隣接する回門の塩基はペアであり、ヘアピンと同様の構造を形成することができます。 これらの構造はRNA分子の機能にとって非常に重要です。」と彼は説明します。

研究者らは構造が単純であるため、microRNA遺伝子に焦点を当てることにしました。 遺伝子は非常に短く（数十塩基で構成されています）、正しく機能するにはヘアピン構造に折りたたむ必要があります。

重要な洞察は、カスタムコンピュータアルゴリズムを使用して遺伝子履歴をモデル化することでした。 博士後研究者であるヘリ・モンティネン（Heli Mönttinen）によると、これはこれまで遺伝子の起源の最も近い調査を可能にすると言われています。

「数十種の霊長類と哺乳類の全ゲノムが知られています。 彼らのゲノムを比較すると何がわかります。 種 マイクロＲＮＡ回門対があるが、対は存在しない。 歴史の詳細なモデリングにより、私たちは単一の突然変異事象によって全体の回文が生成されることがわかりました。」とMönttinenは言います。

重要な洞察は、関連種の情報を使用して遺伝子履歴をモデル化することでした。 モデリングは、マイクロRNA遺伝子の回文が単一の突然変異事象によって生成されることを実証した。 クレジット: Ari Löytynoja

示唆と普遍性

ヘルシンキの研究者は、人間や他の霊長類に焦点を当て、新しく発見されたメカニズムが新しいマイクロRNA遺伝子の少なくとも4分の1を説明できることを証明しました。 他の進化系統でも同様の事例が発見されたため、起源のメカニズムは普遍的なものと思われる。

原則として、マイクロRNA遺伝子の出現は非常に容易であり、新しい遺伝子がヒトの健康に影響を及ぼし得る。 Heli Mönttinenは、例えば生物学的生命の基本原理を理解するなど、作業の重要性をより広く見ています。

「無」では、新しい遺伝子の出現は研究者を魅了しました。 今、私たちはRNA遺伝子の進化のためのエレガントなモデルを持っています」と彼女は強調しています。

この結果は小さな調節遺伝子に基づいていますが、研究者たちはこの発見が他のRNA遺伝子や分子にも一般化できると信じています。 たとえば、新しく発見されたメカニズムによって生成された原料を使用することで、自然の選択ははるかに複雑なRNA構造と機能を生成することができます。

本研究は PNAS。

参照：Heli AM Mönttinen、Mikko J. FrilanderおよびAri Löytynojaによる「DNA複製中のテンプレート転換におけるde novo miRNAの生成」、2023年11月29日、 国立科学院（National Academy of Sciences）の出版物。
DOI: 10.1073/pnas.2310752120