I "Junk DNA," Her er fordelene ved å søke etter funksjon (Understreking ved oversetter.)

David Coppedge; 28. februar 2023 Ovesatt herfra

"Junk DNA" er så 1972. Hvorfor er det vanskelig å slippe utslitte fraser? En vanskelig flekk kan slite ut dusinvis av kluter. Heldigvis slipper vi å gjøre all tørkingen. Vitenskapsreportere har blitt bedre til å hjelpe til med å rydde opp i denne genomiske lyten.

Bilde 1. Søppel -billedlig

Et eksempel er en artikkel i PNAS-lenke, oppsummert på EurekAlert -her. Artikkelen refererer ikke til søppel-DNA, men det gjør nyhetsinnslaget. "Punkterte meldinger kodet i menneskets genom, med transponerbare elementer" er tittelen:
-Det store flertallet av det menneskelige genomet (~98% av den totale genetiske informasjonen) er ikke dedikert til kodende proteiner, og denne ikke-kodende sekvensen ble opprinnelig utpekt som "søppel-DNA" for å forstå dens mangel på tilsynelatende funksjon. Mye av det såkalte søppel-DNAet i genomene våre er akkumulert over evolusjonær tid på grunn av aktiviteten til retroTransposable Elementer (RTE), som er i stand til å flytte (transponere) fra ett sted til et annet i genomet og lage kopier av seg selv når de gjør det Disse elementene har blitt betraktet som genomiske parasitter som eksisterer i kraft av deres evne til å replikere seg selv til høye tall i genomer uten å gi noen fordelaktig funksjon for vertene de er bosatt i. Nyere studier på RTE-er har imidlertid vist at de faktisk kan kode for viktige funksjoner, og mye av deres funksjonelle aktivitet viser seg å være relatert til hvordan genomer reguleres. RTE-er har vært knyttet til stamcelle- funksjon, vevsdifferensiering, kreftprogresjon og til slutt til aldring og aldersrelaterte patologier.

Selv om denne uttalelsen krediterer evolusjon med akkumulering av RTE-er, er det originale papiret lastet med ordet "funksjon" og sier ingenting av betydning om evolusjon. Den hevder heller aldri at "kreftprogresjon" eller "aldring" utgjør funksjoner for RTE-er.

Bilde 2. Skisse av transposon

En designprediksjon
I stedet tilbyr artikkelen en designprediksjon og finner det stort sett sann. Wang et al. spådde at RTE-er fungerer som "isolatorer" som "hjelper til med å organisere eukaryotisk kromatin, via forsterkerblokkering og kromatinbarriereaktivitet." Av de 1178 pattedyromfattende gjentakelsene (MIR, en form for RTE) de spådde ville være funksjonelle, fant de ut at 58 prosent av dem faktisk fungerer som isolatorer (resten kan ha så langt ukjente funksjoner). Nyheten kaller de en form for "tegnsetting":
-"Vi plukket tilfeldig ut en håndfull av MIR-sekvensene som ble spådd å tjene som grenseelementer av Jordan-laboratoriet, og eksperimentelt validerte deres aktivitet i musecellelinjer og, med hjelp av våre spanske samarbeidspartnere, i sebrafisk ved embryonal utvikling," Dr. [Victoria ] sa Lunyak. "Denne testingen avslørte at MIR-sekvenser kan tjene som tegn for tegnsetting i genomet vårt, som gjør det mulig for celler å lese og forstå meldingen som sendes av de genomiske sekvensene på riktig måte."

"En ting som er spesielt slående er det faktum at disse skilletegnene, som Victoria kaller dem, spiller en rolle som er dypt evolusjonært bevart," sa Dr. [King] Jordan. "De samme nøyaktige MIR-sekvensene var i stand til å fungere som grenser i humane CD4+-lymfocytter, i musecellemodeller og i sebrafisk."
Du ville ikke kastet ut alle tegnsettingene i en bok som "søppel ABC" nå, ville du? Tegnsetting har en funksjon – en viktig en. Det kom sent i menneskelig skriftspråk (prøv å lese gammelgresk). Menneskelige intelligente agenter erkjente at tegnsetting kunne hjelpe forståelsen av tekster. Hvis det krevdes intelligens for å designe tegnsetting, hvorfor skulle vi kreditere genetisk tegnsetting til blinde prosesser? Det faktum at det er dypt bevart i ubeslektede dyr, argumenterer mot at det blir tilfeldig akkumulert uten hensikt.

Annen funksjon
Her er en annen funksjon for disse MIR-sekvensene: vevsspesifikk regulering av genuttrykk. Dette bidrar til å forklare hvorfor celletyper kan variere dramatisk selv om de alle inneholder det samme genetiske biblioteket:
-Grenseelementer er epigenetiske regulatoriske sekvenser, som skiller transkripsjonelt aktive regioner av det menneskelige genomet fra transkripsjonelt stille regioner på en celletypespesifikk måte. Ved å gjøre dette, bidrar disse kritiske regulatoriske elementene til å gi distinkte identiteter til forskjellige celletyper, selv om de alle inneholder identiske sett med informasjon. Reguleringsprogrammene som ligger til grunn for disse celle- og vevsspesifikke funksjonene og identitetene er i stor grad basert på genomemballasje. Gener som ikke skal uttrykkes i en gitt celle eller vev er lokalisert i tettpakkede områder av genomet og utilgjengelige for transkripsjonsfaktorene, som ellers ville slått dem på. Disse grenseelementene bidrar til å etablere geografien til genomemballasje ved å avgrense marginene mellom stille regioner der gener ikke uttrykkes og aktive regioner der de er. I denne kritiske rollen bidrar grenseelementer til å kontrollere tidspunktet og omfanget av genuttrykk over hele genomet. Som et resultat er defekter i organiseringen av genomet, etter grenseelementer, svært relevante for fysiologiske og patologiske prosesser.

Bilde 3. Fakta omkring menneskelig genom

En annen fordel med å lete etter design i stedet for søppel ligger i å få kunnskap som har positive applikasjoner. Dr. Lunyak kommenterer, "Dette er en viktig oppdagelse fordi forståelsen av hvordan RTE-er skiller meldinger som er kodet i det menneskelige genomet, kan hjelpe forskere med å utvikle behandlinger for et bredt spekter av menneskelige sykdommer, inkludert aldring." Du må forstå tegnsetting for å fikse det. Ville "søppel-DNA"-konseptet ha ført til denne produktive undersøkelsen? For øvrig kan vi takke ENCODE-prosjektet for å motivere Dr. Jordans prosjekt.

Funksjonell Transfer-RNA 'søppel'
Et annet eksempel er denne forskningen fra UC Santa Cruz. Kunngjøringen nevner ikke søppel-DNA, men den viser fordelen med å lete etter funksjon. Alle genetikere kjenner til de velkarakteriserte funksjonene til overførings-RNA (tRNA), men forskerteamet lurte på hvorfor kjernen er "fylt" med biter av tRNA. Legg merke til fokus på funksjon:
-Transfer-RNA ble karakterisert for flere tiår siden og spiller en veldefinert rolle, sammen med messenger-RNA og ribosomalt RNA, i å oversette de genetiske instruksjonene som er kodet i DNA til proteiner. Oppdagelsen av RNA-interferens og genetisk regulering av mikroRNA revolusjonerte imidlertid forskernes forståelse av RNAs rolle i genregulering og andre cellulære funksjoner. Siden den gang har en forvirrende overflod og variasjon av små RNA-molekyler blitt funnet i celler, og forskere sliter fortsatt med å finne ut hva de alle gjør.
Man sliter ikke med å finne ut hva søppel gjør. Søket etter funksjon er en god motivasjon for forskning. Den spør: disse brikkene må være der av en grunn. Når det gjelder "Transfer RNA-fragmentene", er søket etter funksjon bare i de tidlige stadiene, men en viktig ble funnet:

Bilde 4. 'Junk DNA' med funksjoner

"I løpet av de siste fem årene har vi begynt å se at overførings-RNA ikke bare oversetter gener til proteiner, de blir kuttet opp i fragmenter som gjør andre ting i cellen," sa Lowe. "Akkurat nylig ble en undergruppe av disse fragmentene funnet å undertrykke progresjon av brystkreft."
Mange kvinner kan være lettet over at disse UCSC-forskerne ikke ga opp "søppel" de ikke forsto.

Endogene retrovirus
Som Casey Luskin har forklart -lenke https://evolutionnews.org/2015/01/no_spin_endogen/ , har endogene retrovirus (ERV) også funksjoner og er ikke søppel. Current Biology publiserte en "Quick Guide" til ERVs -lenke https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822%2815%2900615-6 . Forfatterne virker ambivalente til disse tidligere plakatbarna for ubrukelige, egoistiske inntrengere i genomet vårt. På den ene siden peker de på eksempler som fremstår som invasive og parasittiske. På den andre viser de eksempler på funksjon, der ERV-er uttrykkes målrettet av "verten":

-I hver ende av ERV-genomet er lange terminale repetisjoner (LTR-er), som inneholder regulatoriske sekvenser som kan endre uttrykket, spleisingen og polyadenyleringen av de vertsgenene som ligger nær ERV-innsettingsstedet. LTR-er regulerer celletypen som viruset replikerer i, ved å kontrollere dets uttrykk, og kan derfor velges av vertene deres som alternative promotere, noe som resulterer i vevsspesifikk ekspresjon av vertsgener. Ofte har ensomme LTR-er blitt generert ved homolog rekombinasjon mellom de to LTR-ene som er tilstede i en enkelt ERV, noe som resulterer i tap av den interne sekvensen. Følgelig er vertsgenomene pepret med bare LTR-er av potensiell regulatorisk betydning.
Den beste evolusjonshistorien forfatterne kommer med, er at verten lærer å "samvirke" sine ERV-er og gjøre dem til fordeler. Imidlertid ville et søk etter design av ERV-er være mer produktivt. Hvorfor må vi alltid se virus som destruktive inntrengere? Mange er nøytrale eller fordelaktige. Hvorfor ikke se på ERV-er som funksjonelle på det økologiske nivået, i stedet for å fremstille dem på Dawkins 'egoistisk-gen'-måte? Sistnevnte vil motivere forskere til å ønske å eliminere dem, og overse deres potensielle fordeler. Det er absolutt ikke nyttig å tilskrive mental planlegging til evolusjon, som forfatterne sier til slutt:

Bilde 5. ERVer oppnådd fra RNA

-Samlet tyder bevisene på at sekvenser sekvestrert fra ERV-er har hatt en betydelig innflytelse på utviklingen av vertebratvertene deres. Så, ikke bare er evolusjon en 'flikker', men den er også en bevisst gjenvinner.
Det ordet "resirkulere" representerer en stilltiende innrømmelse av at det var funksjon der i utgangspunktet.

Framtiden til genomikk
PLOS Biology -lenke publiserte en samling korte essays under tittelen "Where Next for Genetics and Genomics?" Gil McVean så tilbake på revolusjonen i forståelsen, da genetikere vendte oppmerksomheten fra søppel til edelstener:
-Studiet av genetisk variasjon har i løpet av det siste tiåret blitt snudd fra en høflig disiplin fokusert på de fineste punktene i evolusjonær modellering til en rask, spennende og noen ganger rotete jakt på edelstener, som gjemmer seg i gruvene i genom-omfattende, befolkningsskala datasett, hvorav de fleste er fra mennesker. De kommende årene vil bare datarushet vokse: større prøver, nye arter, utdødde arter, data knyttet til fenotype, tidsdata og så videre. Hva, i denne store virvelvinden, er jeg mest begeistret for?
Data er på sitt mest morsomme når de bringer frem ting du aldri ville ha forestilt deg.

Bilde 6. Kode til aminosyrer

Selv om han tror fremtiden vil ta opp igjen «noen av de store spørsmålene i evolusjonen som aldri ble borte», som «Hvordan fungerer egentlig tilpasning?» (Du mener at etter 156 år vet de ikke det?), én ting er klart: å fokusere på «the finer points of evolutionary modeling» er passé. Det som er 'spennende' nå er "jakten på edelstener." Ting evolusjonister "aldri ville ha forestilt seg" - som å finne funksjoner i antatt søppel - har vært det "morsomste".

Et memes død
Bortfallet av "søppel-DNA"-memet er en kraftig påminnelse om den positive fordelen med designtenkning. "Junk DNA" var en vitenskaps stopper, og henviste ikke-kodende sekvenser i genomet til søppelkurven. Mange år med fruktbar forskning gikk tapt på grunn av det. Hadde forskere vært fokusert på design og funksjon tilbake på 1970-tallet, hvem vet hvor mye lenger på vei vi ville vært?
Her er en utfordring til alle forskere om å se på naturen med et annet fokus. Når noe i en celle eller organisme virker ubrukelig, lær deg å tenke: Det må være der av en grunn. Historien har vist at tilnærmingen ofte fører til grunnleggende ny innsikt i livets utforming, og gir praktiske anvendelser for helse og forståelse.
Denne artikkelen ble opprinnelig publisert i 2015.

David Coppedge

David Coppedge
David Coppedge er en frilans vitenskapsreporter i Sør-California. Han har vært styremedlem i Illustra Media siden grunnleggelsen og fungerer som deres vitenskapskonsulent. Han jobbet ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i 14 år, på Cassini-oppdraget til Saturn, til han ble kastet ut i 2011 for å ha delt materiale om intelligent design, en diskriminerende handling som førte til en nasjonalt publisert rettssak i 2012. Discovery Institute støttet saken hans, men en ensom dommer dømte mot ham uten forklaring. En naturfotograf, friluftsmann og musiker, David har B.S. grader i realfagsutdanning og i fysikk og holder presentasjoner om ID og andre vitenskapelige emner.

Bilde 7. David Coppedge

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund