Inimese genoomi ehitusest mittebioloogidele

2. RNA ja valku kodeerivad järjestused inimese tuumagenoomis

Üldine iseloomustus ja näiteid geenide struktuurist

Valku kodeerivate geenide suurus varieerub laiades piirides 1,7 kb insuliini geenil 2 400 kb düstrofiini geenil.

Skeem inimese insuliini geenist ja seda ümbritsevatest lookustest 11. kromosoomis:

1-1.png

http://www.msdlatinamerica.com/diabetes/sid125062.html

Detailsem skeem inimese insuliini geeni lookusest:

1-2.png

http://www.pnas.org/content/106/41/17419.figures-only

Skeem inimese suurima geeni, düstrofiinigeeni, struktuurist:

1-3b.png

http://compbio.berkeley.edu/people/ed/rust/Dystrophin.html

Geenidel on ekson – intron struktuur, kus eksonid kui ekspresseeruvad ja kodeerivad järjestused on ühtlasema suurusega, keskmiselt <200 np. Eksonite vahel olevad intronid on mittekodeerivad regioonid, mille suurus varieerub tugevalt. Väike arv inimese geene, enamasi väiksed <10 np geenid, koosnevad erandlikult ainult eksonitest (nt. mõned tRNA geenid). 

Näide väikse, ühest eksonist koosneva histoon H1A geeni ja mRNA struktuurist:

2-4-uus.png

http://atlasgeneticsoncology.org/Genes/GC_HIST1H1A.html

DNA kordusjärjestusi esineb nii geenides (vähe eksonites, valdavalt intronites) kui geenidevahelistes alades.

Korduste arvu ja pikkuse järgi nimetatakse kordusi satelliitideks, minisatelliitideks või mikrosatelliitideks.

Skeem kordusjärjestuste jaotuse kohta satelliitideks:

1-5.png

http://mmbr.asm.org/content/72/4/686/F2.large.jpg

Eukarüootse geeni struktuur: ekson – intron organisatsioon

Skeem eukarüootse geeni struktuurist. Geeni kodeeriv osa koosneb eksonitest, funktsionaalne osa on promootor ja intronid:

1-6.png

http://preuniversity.grkraj.org/html/10_MOLECULAR_BIOLOGY.htm

Geeni võib defineerida nii kitsamas (struktuurses) mõttes kui ka laiemas (struktuurses ja funktsionaalses) mõistes.

Geenide struktuurne organisatsioon perekondadesse

Osad geenid moodustavad geeniperekondi, kus geenidel esineb väga suur homoloogia järjestuse osas. Geenid perekondades kodeerivad ka sarnase struktuuri ja funktsiooniga produkte.

Eristatakse ka geenide superperekondi, kus geenide homoloogia kogu ulatuses on madal ja geenid kodeerivad küllaltki erineva funktsiooni ja struktuuriga valke. Geenide superperekondadeks imetajatel on näiteks immuunglobuliinide, globiinide ja G-valgu retseptorite geenide perekonnad.

Skeem globiinigeenide ja globiinisarnaste geenide superperekonnast hiirel:

1-7.png

Iga geeniklaster on alguse saanud ainsast geenist, mis hiljem on duplitseerunud ebavõrdse krossingoveri tõttu lokaalses perekonnas.

Skeem globiinigeenide paljudest klastritest inimesel:

1-8.png

http://www.blackwellpublishing.com/ridley/a-z/gene_clusters.asp

Skeem hemoglobiinigeenide arenguspetsiifilisest ekspressioonist inimesel:

1-9.png

http://www.mdpi.com/journal/diversity/special_issues/molec-methods

Globiinigeenide amplifikatsioon võimaldab erinevate globiinigeenide ekspressiooni divergentsi ja selektsiooni inimese arengu erinevatel staadiumitel: embrüoonses, fetaalses ja täiskasvanu eas.

Perekondades võivad geenid olla organiseeritud erinevalt:

  • Üksikute klastritena – kas tandeemselt korduvad, ühe geeni kordused samas kromosoomis või liitklastritena, kus suguluses ja mittesuguluses olevad geenid on klasterdunud samas kromosoomis.
  • Hajutatult – geenid on paigutatud sama kromosoomi kahte või enamasse erinevasse piirkonda.
  • Paljude klastritena – geenid on paigutatud paljudesse klastritesse kromosoomi erinevates piirkondades ja erinevatel kromosoomidel.

Näide ribosomaalse DNA (rDNA) geeniklastrist, mis kodeerib 45S rRNA eellasmolekuli, mis hilisema protsessingu käigus lõigatakse 18S rRNA, 5,8S rRNA ja 28S rRNA molekulideks:

1-91.png

http://www.rzuser.uni-heidelberg.de/~bu6/Introduction11.html

Näide hajutatult genoomis paiknevatest HOX geenide klastritest inimesel (skeemi a) osas).

1-92.png

http://www.nature.com/nrc/journal/v10/n5/fig_tab/nrc2826_F1.html

Geeniperekondades esineb tavaliselt ka:

  • pseudogeene ehk defektseid geenikoopiaid, mida mRNA-ks ei transkribeerita,
  • lühenenud geenivariante, millel puudub kas 5′ või 3′ lõpp ja
  • geenide sisefragmente, mis on tekkinud läbi geeni tandeemse duplikatsiooni.

Evolutsioonibioloogide nägemus pseudogeenide tekke kolmest võimalusest:

1-93.png

http://www.reasons.org/articles/pseudogenes-and-the-origin-of-humanity-a-response-to-the-venema-critique-of-the-rtb-human-origins-model-part-5

Peale klassikaliste pseudogeenide eristatakse genoomis veel protsessitud pseudogeene. Need on pseudogeenide järjestused, mis transkribeeritakse mRNA järjestuseks ja ensüüm pöördtranskriptaasi abiga muudetakse komplementaarse DNA (cDNA) järjestuseks. cDNA integreeritakse kromosoomi, kuid reeglina valguna ei ekspresseeru, kuna tal puudub promootor.

Juhul, kui pseudogeeni cDNA integreerub juhuslikult mingi teise geeni promootori lähedusse, hakkab pseudogeen ekspresseeruma ja muutub aja jooksul retrogeeniks.

Histoonide geenidel on inimese genoomis palju koopiaid, mis on organiseeritud klastrite ehk kobaratena. Need on geenid, mille produkte on rakus pidevalt ja palju vaja. Retseptorite ja nende ligandide (produktid, mis üksteist täiendavad) geenid paiknevad laiali üle genoomi, erinevatel kromosoomidel.

Kirjandus:

Eelmine
Järgmine