Diseño en el ADN: Codificación Dual se encuentra en casi todos los genes

Introducción

El contenido de la información en el ADN humano es enorme, pero apenas estamos empezando a comprender qué tan eficientemente se codifica el ADN. Los científicos habían especulado en un principio que el genoma humano contiene hasta 100.000 genes. Sin embargo, el proyecto del genoma humano mostró que contenía sólo una cuarta parte de ese número, sobre todo porque cada gen puede codificar para múltiples transcripciones. Los científicos también pensaban que sólo la proteína de ADN codificante, que comprende sólo el 3% del ADN, era útil. El otro 97% del ADN se pensaba que era basura . Sin embargo, las últimas décadas de investigación han demostrado que la gran mayoría (> 80%) de ADN no codificante es funcional. Gran parte de la no codificante del ADN está implicado en la regulación de la transcripción (el paso intermedio en el que se genera ARNm, de la que se traduce la proteína). Sin embargo, los científicos han descubierto ahora que algunos de los ADN que codifica la proteína no sólo codifica para la secuencia de la proteína, pero a la vez los códigos de secuencias que se unen factores de transcripción (proteínas que regulan la transcripción y expresión de genes). Estas secuencias de codificación dual se han denominado "Duons."

Duon de codificación

¿Cómo se hizo el estudio

Los científicos que escribieron el estudio se utilizaron una enzima natural llamada DNAsa I, que digiere el ADN. Resulta que la enzima sólo se degradará ADN que no se une a las proteínas. Dado que los factores de transcripción son proteínas que se unen al ADN, cualquier factor de transcripción que se unen al ADN cuando se aísla están protegidos de la digestión por DNasa I científicos aislaron el ADN de 81 tipos diferentes de células y se secuenciaron los fragmentos de DNA que fueron preservados mediante la unión a factores de transcripción. Tenían que usar diferentes tipos de células porque esas células diferentes diferencialmente expresan genes y factores de transcripción sobre la base de su propia función particular. Un ejemplo de codificación de región dual se muestra en la figura de la derecha, que muestra la CELSR2 gen, que se encuentra en el cromosoma 1. El gen consiste en 34 exones (regiones de codificación), con la codificación exón noveno para el factor de transcripción CTFC, que se conoce para regular la transcripción de numerosos genes. Es interesante observar que este sitio de unión de la transcripción corto del exón contiene dos residuos de arginina, que se codifica utilizando dos codones muy diferentes (AGG y CGC) a fin de que coincida con la secuencia a la que se une CTFC. Aunque la mayoría de genes consisten en múltiples exones (regiones codificantes), la gran mayoría de las secuencias de Duon se producen en el primer exón, que es lo que se esperaría si las secuencias estaban involucrados en la regulación de la expresión génica.

Niveles asombrosos de Duons

Diseño del ADN

Los científicos habían previsto originalmente para encontrar un par de genes que codifican simultáneamente para ambas proteínas y factor de transcripción vinculante. Sin embargo, lo que encontraron fue que el 14% de la codificación espacio de secuencias eran Duons (que representa más de 400 millones de pares de bases). Un asombroso 86% de todos los genes expresados ​​al menos una secuencia duon. Científico ya sabía que las secuencias intrónicas dentro del ADN codifican para el factor de transcripción vinculante con el fin de regular la expresión génica. Sin embargo, ya que las regiones de codificación de exón están limitadas por su necesidad de codificar para aminoácidos específicos, se nunca se imaginó que tales regiones de ADN podría codificar simultáneamente para la unión de factores de transcripción, también. El hallazgo demuestra la sorprendente eficacia de secuencias de ADN en los organismos complejos. Aunque los autores del estudio reconocieron la optimización del código obvio, que atribuyeron dicha optimización de la selección natural, en lugar de diseño:

"Nuestros resultados indican que la codificación simultánea de aminoácidos y la información de regulación dentro de los exones es una característica importante de funcionamiento de genomas complejos. La arquitectura de la información del código genético recibido está optimizado para la superposición de información adicional (34, 35), y esta flexibilidad intrínseca tiene sido ampliamente explotados por la selección natural”.

Sin embargo, no pudieron dar cuenta de cómo la selección podría seleccionar simultáneamente para dos funciones diversas en la misma secuencia, la superposición de código de ADN.

Conclusión

Los científicos han descubierto que la regulación de la expresión génica, se pensó originalmente que ocurra sólo en las secuencias de ADN no codificante, es, de hecho, además, de doble codificado en la secuencia real de ADN que define la composición de proteínas. Los factores de transcripción, que se unen a secuencias específicas de ADN cortos, regulan cómo se expresan los genes. El hecho de que estas secuencias de unión al factor de transcripción se superponen las secuencias de codificación de proteínas, sugieren que ambas secuencias fueron diseñados en conjunto, con el fin de optimizar la eficiencia del código de ADN. A medida que aprendemos más y más sobre la estructura y la función del ADN, es evidente que el código no estaba cojeando juntos por el método de ensayo y error de la selección natural, pero que ha sido diseñado específicamente para proporcionar eficiencia y un funcionamiento óptimo.