Gen giả

Gen giả là gen cấu trúc giống như gen thực sinh ra nó, nhưng trình tự nuclêôtit đã thay đổi nên không có chức năng sinh học. Nói cách khác, một gen mã hoá prôtêin nào đó đã bị bất hoạt thì gọi là gen giả, không thể phiên mã nên không có biểu hiện gen. Thuật ngữ "gen giả" trong tiếng Anh là "pseudogene" đã được dịch ra ở tiếng Việt thành tên trên. Chuỗi pôlynuclêôtit của gen giả thường bị đột biến thành dạng không hoạt động trong quá trình tiến hóa, thiếu các intron và một số trình tự khác cần cho biểu hiện chức năng của nó. Mặc dù về mặt di truyền tương tự như gen chức năng ban đầu, nhưng gen giả không tạo ra các protein chức năng, tuy nhiên có thể có tác dụng điều hòa. Bình thường, ở sinh vật nhân thực một gen cấu trúc (cistron) phiên mã thành RNA sơ khai, rồi qua quá trình xử lý RNA tạo thành khuôn để dịch mã thành chuỗi amino acid tạo nên prôtêin (xem sơ đồ trái, hình trên). Tuy nhiên, nếu gen cấu trúc ban đầu (gọi là gen mẹ, là gen thực) tạo ra bản sao mới qua quá trình nhân đôi, rồi bản sao này bị đột biến mất vùng điều hoà (control region), thì mặc dù trình tư nuclêôtit vẫn còn nguyên vẹn như gen thực (mẹ), nhưng bản sao này không thể phiên mã được nữa, nên không thể biểu hiện chức năng của nó - bản sao này gọi là gen giả, mất chức năng (xem sơ đồ phải, hình trên). Trong trường hợp này, gen thực phát sinh ra nó qua đột biến, được gọi là gen mẹ của gen giả này. Cũng có khi phiên bản RNA đã qua xử lý lại biến thành DNA (chẳng hạn do phiên mã ngược), thì DNA này vẫn giữ y nguyên chuỗi nuclêôtit mã hoá như gen thực, nhưng lại đã mất hết intrôn, có đuôi pôlyA nên cũng không thể tham gia biểu hiện gen (sơ đồ bên phải, hình dưới). Như vậy, gen giả không phải gen đột biến, mặc dù nó thường liên quan đến đột biến. Gen giả đầu tiên được phát hiện và công bố là bản sao gen 5S-DNA mã hóa RNA 5S ở noãn bào ếch Xenopus laevis, vào năm 1977. Sau phát hiện này các nhà khoa học đã phát hiện gen giả tồn tại ở nhiều loài khác kể cả người. Năm 2011 đã phát hiện được khoảng hai mươi nghìn gen giả ở người; hiểu biết về các gen này còn nhiều điểm chưa rõ. Khoảng 140 gen giả của con người đã được biểu hiện thành bản dịch, tuy nhiên, chức năng các sản phẩm này chưa rõ. Trước kia, gen giả đã từng được gọi là "gen hóa thạch" (genomic fossils) hoặc là "gen rác" (junk DNA) vô dụng. Tuy nhiên, người ta đã nhận ra rằng gen giả phản ánh quá trình tiến hoá, một số gen giả đóng vai trò thiết yếu trong việc điều hòa gen của gen mẹ, ngoài ra một số gen giả cũng có thể được phiên mã thành RNA. Các bản sao của gen giả cũng có thể tạo nên RNA can thiệp hoặc có tác dụng giảm miRNA trong tế bào. Do đó, chúng có thể điều chỉnh các chất ức chế khối u và gen sinh ung thư (oncogene) trong điều trị bệnh cho người. Gen giả có cấu trúc tương đồng với gen thực sinh ra nó, thường có trình tự nuclêôtit giống như ở gen thực. Tuy nhiên không gọi là gen tương đồng, vì các gen tương đồng là những gen ở nhiều loài cùng được kế thừa từ tổ tiên chung, ở tiếng Anh gọi là homologous genes. Gen giả mất chức năng hoặc cũng có khi có chức năng biến đổi so với chức năng của gen thực. Mất chức năng có thể xảy ra trong phiên mã, xử lý mRNA sơ khai và trong dịch mã. Nghĩa là gen giả có thể phát sinh do đột biến. Gen giả thường thiếu các intrôn nên mặc dù về mặt di truyền rất giống với gen ban đầu có chức năng thật, nhưng lại không tạo ra sản phẩm có chức năng, hoặc tạo ra sản phẩm thay đổi chức năng. Bản phiên mã mRNA được sao ngược thành DNA bổ sung mạch đơn, rồi tạo thành DNA mạch kép, nhưng lại không có chức năng vì không còn vùng khởi động, vùng điều hoà và các intron. Trong quá trình chuyển vị, một phần của bản sao mRNA hoặc hnRNA của gen được sao chép ngược một cách tự nhiên, rồi gắn vào DNA ở nhiễm sắc thể. Khi các gen giả được đưa trở lại vào bộ gen, chúng thường chứa đuôi pôlyA và thường không còn intron, thiếu một số vùng điều hoà, nên như gen bình thường; do đó, chúng được coi là "chết ngay ở đích" (dead on arrival). Tuy nhiên, những lần chèn này đôi khi đóng góp êxôn cho bộ gen "chủ" được chèn, tạo ra các bản phiên mã ghép. Gen giả kiểu này gặp khá nhiều trong các loài linh trưởng. Sao chép gen con từ gen mẹ qua quá trình nhân đôi DNA có thể phát sinh biến đổi do tái tổ hợp tương đồng bị sai lệch, hoặc đột biến (thường là đột biến thêm bớt) dẫn đến gen con bị mất chức năng của gen mẹ ban đầu, tạo thành ngay gen giả (hình 3). Gen giả hình thành theo phương thức này thường có tất cả các đặc điểm giống như gen mẹ (gen thực), bao gồm cấu trúc êxôn và intrôn nguyên vẹn nhưng lại thường không phiên mã được do mất trình tự điều hòa. Cơ chế này thường phá vỡ cấu trúc của một trong hai genvà sẽ không bị loại bỏ trong quá trình chọn lọc. Kết quả là, gen giả tồn tại ngẫu nhiên và có thể mô tả bằng mô hình di truyền quần thể, và cũng phát hiện được nhờ phân tích bộ gen. Các cơ chế trên là các con đường hình thành gen giả thường gặp. Ngoài ra còn nhiều con đường khác nữa. Xử lý RNA. Nhân tố chuyển vị ngược (Retrotransposon). Nhân tố chuyển vị LTR. Êxôn và intrôn. Gerstein M, Zheng D (tháng 8 năm 2006). “The real life of pseudogenes”. Scientific American. 295 (2): 48–55. Bibcode:2006SciAm.295b..48G. doi:10.1038/scientificamerican0806-48. PMID 16866288. Torrents D, Suyama M, Zdobnov E, Bork P (tháng 12 năm 2003). “A genome-wide survey of human pseudogenes”. Genome Research. 13 (12): 2559–67. doi:10.1101/gr.1455503. PMC 403797. PMID 14656963. Bischof JM, Chiang AP, Scheetz TE, Stone EM, Casavant TL, Sheffield VC, Braun TA (tháng 6 năm 2006). “Genome-wide identification of pseudogenes capable of disease-causing gene conversion”. Human Mutation. 27 (6): 545–52. doi:10.1002/humu.20335. PMID 16671097. ^ Max EE (1986). “Plagiarized Errors and Molecular Genetics”. Creation Evolution Journal. 6 (3): 34–46. ^ Chandrasekaran C, Betrán E (2008). “Origins of new genes and pseudogenes”. Nature Education. 1 (1): 181. ^ a b Elaine A. Ostrander. “Pseudogene”. ^ a b c Yusuf Tutar. “Pseudogenes”. ^ NCI Dictionary of Genetics Terms. “Pseudogene”. ^ Vanin EF (1985). “Processed pseudogenes: characteristics and evolution”. Annual Review of Genetics. 19: 253–72. doi:10.1146/annurev.ge.19.120185.001345. PMID 3909943. ^ “Gen giả là gì?”. ^ “pseudogene”. ^ Han YJ, Ma SF, Yourek G, Park YD & Garcia JG. “A transcribed pseudogene of MYLK promotes cell proliferation”.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết) ^ Kim, MS; và đồng nghiệp (2014). “A draft map of the human proteome”. Nature. 509 (7502): 575–581. Bibcode:2014Natur.509..575K. doi:10.1038/nature13302. PMC 4403737. PMID 24870542. ^ Mighell AJ, Smith NR, Robinson PA, Markham AF (tháng 2 năm 2000). “Vertebrate pseudogenes”. FEBS Letters. 468 (2–3): 109–14. doi:10.1016/S0014-5793(00)01199-6. PMID 10692568. ^ “7.13C: Homologs, Orthologs, and Paralogs”. ^ van Baren MJ, Brent MR (tháng 5 năm 2006). “Iterative gene prediction and pseudogene removal improves genome annotation”. Genome Research. 16 (5): 678–85. doi:10.1101/gr.4766206. PMC 1457044. PMID 16651666. ^ Jurka J (tháng 12 năm 2004). “Evolutionary impact of human Alu repetitive elements”. Current Opinion in Genetics & Development. 14 (6): 603–8. doi:10.1016/j.gde.2004.08.008. PMID 15531153. ^ Dewannieux M, Heidmann T (2005). “LINEs, SINEs and processed pseudogenes: parasitic strategies for genome modeling”. Cytogenetic and Genome Research. 110 (1–4): 35–48. doi:10.1159/000084936. PMID 16093656. ^ Dewannieux M, Esnault C, Heidmann T (tháng 9 năm 2003). “LINE-mediated retrotransposition of marked Alu sequences”. Nature Genetics. 35 (1): 41–8. doi:10.1038/ng1223. PMID 12897783. ^ Graur D, Shuali Y, Li WH (tháng 4 năm 1989). “Deletions in processed pseudogenes accumulate faster in rodents than in humans”. Journal of Molecular Evolution. 28 (4): 279–85. Bibcode:1989JMolE..28..279G. doi:10.1007/BF02103423. PMID 2499684. ^ Baertsch R, Diekhans M, Kent WJ, Haussler D, Brosius J (tháng 10 năm 2008). “Retrocopy contributions to the evolution of the human genome”. BMC Genomics. 9: 466. doi:10.1186/1471-2164-9-466. PMC 2584115. PMID 18842134. ^ Pavlícek A, Paces J, Zíka R, Hejnar J (tháng 10 năm 2002). “Length distribution of long interspersed nucleotide elements (LINEs) and processed pseudogenes of human endogenous retroviruses: implications for retrotransposition and pseudogene detection”. Gene. 300 (1–2): 189–94. doi:10.1016/S0378-1119(02)01047-8. PMID 12468100. ^ Navarro FC, Galante PA (tháng 7 năm 2015). “A Genome-Wide Landscape of Retrocopies in Primate Genomes”. Genome Biology and Evolution. 7 (8): 2265–75. doi:10.1093/gbe/evv142. PMC 4558860. PMID 26224704. ^ Schrider DR, Navarro FC, Galante PA, Parmigiani RB, Camargo AA, Hahn MW, de Souza SJ (ngày 24 tháng 1 năm 2013). “Gene copy-number polymorphism caused by retrotransposition in humans”. PLoS Genetics. 9 (1): e1003242. doi:10.1371/journal.pgen.1003242. PMC 3554589. PMID 23359205. ^ Zheng D, Frankish A, Baertsch R, Kapranov P, Reymond A, Choo SW, Lu Y, Denoeud F, Antonarakis SE, Snyder M, Ruan Y, Wei CL, Gingeras TR, Guigó R, Harrow J, Gerstein MB (tháng 6 năm 2007). “Pseudogenes in the ENCODE regions: consensus annotation, analysis of transcription, and evolution”. Genome Research. 17 (6): 839–51. doi:10.1101/gr.5586307. PMC 1891343. PMID 17568002. ^ Max EE (ngày 5 tháng 5 năm 2003). “Plagiarized Errors and Molecular Genetics”. TalkOrigins Archive. Truy cập ngày 22 tháng 7 năm 2008. ^ Walsh JB (tháng 1 năm 1995). “How often do duplicated genes evolve new functions?”. Genetics. 139 (1): 421–8. PMC 1206338. PMID 7705642. ^ Lynch M, O'Hely M, Walsh B, Force A (tháng 12 năm 2001). “The probability of preservation of a newly arisen gene duplicate”. Genetics. 159 (4): 1789–804. PMC 1461922. PMID 11779815. ^ Lynch M, Conery JS (tháng 11 năm 2000). “The evolutionary fate and consequences of duplicate genes”. Science. 290 (5494): 1151–5. Bibcode:2000Sci...290.1151L. doi:10.1126/science.290.5494.1151. PMID 11073452. ^ Harrison PM, Hegyi H, Balasubramanian S, Luscombe NM, Bertone P, Echols N, Johnson T, Gerstein M (tháng 2 năm 2002). “Molecular fossils in the human genome: identification and analysis of the pseudogenes in chromosomes 21 and 22”. Genome Research. 12 (2): 272–80. doi:10.1101/gr.207102. PMC 155275. PMID 11827946. Pseudogene interaction database, miRNA-pseudogene and protein-pseudogene interaction maps database Yale University pseudogene database Lưu trữ 2015-02-11 tại Wayback Machine Hoppsigen database (gen giả được xử lý tương đồng) RCPedia - Processed Pseudogene database https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3352212/