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らは瞬間的な出産を生み出すメカニズムを発見した DNA ホモログは、非コード DNA 配列からの新しいマイクロ RNA 遺伝子の作成につながる可能性があります。 この発見は、DNA複製エラーとそれがDNA複製エラーに及ぼす影響を研究中に行われました。 RNA 分子構造は、遺伝子の起源についての新たな洞察を提供します。

生物の複雑さは遺伝子の中にコード化されていますが、その遺伝子はどこから来たのでしょうか? ヘルシンキ大学の研究者らは、小さな調節遺伝子の起源に関する未解決の疑問を解決し、それらの DNA 相同性を生み出すメカニズムを説明しました。 適切な条件下では、これらのホモログはマイクロRNA遺伝子に発達します。

遺伝子とタンパク質: 生命の構成要素

ヒトゲノムには約 1 個のゲノムが含まれています。 タンパク質の構築には 20,000 個の遺伝子が使用されます。 これらの古典的な遺伝子の作用は、数千の調節遺伝子によって調整されており、そのうちの最小のものは長さ 22 塩基対のマイクロ RNA 分子をコードしています。 遺伝子の数は比較的一定ですが、進化の過程で新しい遺伝子が現れることがあります。 生物生命の起源と同様に、新しい遺伝子の起源も科学者を魅了し続けています。

交互のパズルを解く

すべての RNA 分子は、分子を機能的な形態に固定する塩基の交互のセットを必要とします。 重要なのは、単純なマイクロRNA遺伝子であっても、ランダムな塩基変異がそのような漸進的に交互する経路を形成する可能性は非常に小さいことです。 したがって、これらの交互配列の起源は研究者を困惑させています。 フィンランドのヘルシンキ大学バイオテクノロジー研究所の専門家らはこのパズルを解決し、完全な DNA ホモログを即座に生成できるメカニズムを説明し、それによって以前は非コード DNA 配列から新しいマイクロ RNA 遺伝子を作成できました。

DNA複製に関する洞察

フィンランドアカデミーが資金提供したプロジェクトで、研究者らはDNA複製のエラーを研究した。 プロジェクトリーダーのアリ・ルイティノハ氏は、DNA複製を文字の印刷に例えている。

「DNA は一度に 1 塩基ずつコピーされますが、その変異は通常、ラップトップのキーボードの誤ったストロークなど、単一の間違った塩基です。私たちは、別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引き起こすメカニズムを研究しました。特に興味がありました。」対称テキストを作成するためにテキストを逆方向にコピーしたとき。

研究者らは、DNA複製におけるエラーメカニズムを研究し、一部のエラーがヘアピン構造に変形する可能性のあるホモログを作成することを観察しました。 クレジット: Ari Löytynoja

RNA 構造と DNA エラー。

研究者たちは、DNA 複製エラーが有益な場合があることに気づいています。 彼らはこれらの発見を、RNA生物学の専門家であるミッコ・フリーランダー氏に説明した。 彼はすぐに RNA 分子の構造との関連性を理解しました。

「RNA分子では、隣接するホモログの塩基が対になってヘアピン状の構造を形成することがあります。このような構造はRNA分子の機能にとって不可欠です」と彼は説明する。

研究者らは、その単純な構造のため、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、わずか数十塩基であり、適切に機能するにはヘアピン構造に折り畳む必要があります。

中心となるアイデアは、カスタム コンピューター アルゴリズムを使用して遺伝子の歴史をモデル化することでした。 博士研究員のヘレ・モンタイネン氏によると、これにより遺伝子の起源をこれまでで最も厳密に調べることが可能になるという。

「数十の霊長類と哺乳類の完全なゲノムが知られています。それらのゲノムを比較すると、次のことが明らかになります。 分類する 彼らは回文ペアのマイクロRNAを持っていますが、彼らにはそれがありません。 「歴史を詳細にモデル化することで、完全な相同体が単一の突然変異イベントによって作成されることがわかります」とモンティネン氏は言います。

基本的なアイデアは、近縁種からの情報を使用して遺伝子の歴史をモデル化することでした。 モデリングにより、microRNA 遺伝子の相同体は単一の突然変異イベントによって生成されることが示されています。 クレジット: Ari Löytynoja

考古学と国際主義

ヘルシンキの研究者らは、ヒトと他の霊長類に焦点を当て、新たに発見されたメカニズムが新しいmicroRNA遺伝子の少なくとも4分の1を説明できることを実証した。 同様のケースが他の進化系統でも見つかっているため、起源のメカニズムは普遍的であると考えられます。

原理的には、マイクロRNA遺伝子の出現は非常に簡単であるため、新しい遺伝子が人間の健康に影響を与える可能性があります。 Helle Montinen は、生物生命の基本原理を理解するなど、より大きな規模で研究することの重要性を認識しています。

「何もないところから新しい遺伝子が出現することは研究者を驚かせました。私たちは今、RNA遺伝子の進化のための洗練されたモデルを手に入れました。」

この発見は小さな調節遺伝子に基づいているが、研究者らはこの発見は他の遺伝子やRNA分子にも応用できると考えている。 たとえば、新たに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と、自然選択によってより複雑な RNA の構造と機能が作り出される可能性があります。

この研究は、 人と。

参考文献：「DNA複製中のテンプレートスイッチングによるmiRNAのデノボ生成」、Heli AM Mönttinen、Mikko J. Frilander、Ari Löytynoja著、2023年11月29日、 米国科学アカデミーの議事録。
土井: 10.1073/pnas.2310752120