3-Мавзу: Ген ва ген концепцияси ҳақида тушунча, аллель ва альтернатив белгилар

Альтернатив сплайсинг бу бир геннинг бир қанча м-РНК ва шунга мувофиқ оқсиллар ишлаб чиқариш жараёни. Эукариот геномида кўпчилик генлар экзон ва интронлардан ташкил топган. Транскрипциядан кейинги сплайсинг жараёнида пре-мРНКдан интронлар кесиб ташланади.
Транскрипт охирги таркибида экзон ўчиши ва ёниши мумкин. Шундай қилиб алтернатив сплайсинг ёрдамида кўп миқдорда транскрипт ва оқсилларни олиш мумкин. Сплайсингнинг турли сайтлари бирлашиши ёрдамида индувидуал генлар кўп миқдорда м-РНК экспрессия қилиши мумкин, улар кўплаб антагонистик функцияли оқсилларни кодлайди. Бир турдаги экзон сплайсингда альтернатив йўли билан интронга айланиши мумкин. Сплайсингнинг хар хил турлари бир хил оқсилларда турли хил изоформлар ҳосил бўлишига олиб келиши мумкин. Масалан тропонин гени (мускул оқсили) 18 та экзондан иборат, улар кўп сондаги изоформларни кодлайди. Турли тропонин изоформлар турли тўқималарда ва турли ривожланиш босқичларида ҳосил бўлади.
Оқсил кодловчи кетма-кетликлар (экзонлардан ташкил топган кетма-кетлик) улар геномнинг 1,5% дан камроғини ташкил этади.
Одам геноми таркибида оқсилларни кодловчи генлардан ташқари минглаб РНК-генлар бор. Буларга тРНК, рРНК, микроРНК вабошқа оқсил кодламайдиган РНК кетма-кетликлар киради.
Одам геномида кўп миқдорда турли хил кетма-кетликлар топилган, улар генлар регуляциясига жавоб беради. Регуляция деганда ген экспрессияси назорати тушунилади (ДНК молекуласи участкасидан мРНК ҳосил бўлиши). Нормал ҳолатда бу қисқа кетма-кетликлар ген билан бир қаторда, гоҳида ген ичида жойлашади. Баъзан улар гендан маълум масофада жойлашади (энхансерлар).
Маълум регулятор кетма-кетликларни хисобга олмаганда одам геномида кўп миқдорда объектлар массаси бор , лекин уларнинг вазифаси шу кунгача аниқланмаган. Одам геномининг 97% хажмини шу объектлар эгаллайди.
Бу объектларга:

• 
  Такрорлар;
  

• Тандем такрорлар

• 
  сателлит ДНК
  
• 
  минисателлитлар
  
• 
  микросателлитлар
  
• 
  Диспегир такрорлар
  

• Sine ( (short interspersed nuclear element)
• Line (long interspersed nuclear element)

• 
  Транспозонлар
  

• 
  Ретротранспозонлар
  
  • 
    LTR- (long terminal repeat)
    
  • 
    Ty1-copia
    
  • 
    Ty3gypsy
    
  • 
    Не LTR-ы
    
• 
  ДНК транспозонлар
  
• 
  псевдогенлар
  

Тандем такрорлар - ДНК фрагментидаги такрорланувчи кетма-кетликлар. Ўлчамига қараб уч синфга бўлинади: сатиллет ДНК, минисатиллетлар ва микросателлитлар.
Сателлит ДНК – Эукариот организмлар геномига тегишли бўлган компанент, тандем тузилишдаги такрор нуклеотид кетма-кетликларидан ташкил топган. Сателлит ДНК оқсил кодламайди ва хромосоманинг гетерохроматинида жойлашган. Сателлит ДНК хромосоманинг теломер ва центромер соҳалари учун характерли.
Олдинига “сателлит ДНК” термини эукариотик геномнинг ультрацентрифуга градиенти ёрдамида ажралган қисми ҳисобланган. АТ/ГЦ миқдори ва таркиби бўйича ДНК нинг асосий массасидан фарқланиши керак Сателлит ДНК. Кўп такрорланувчи сателлит нуклеотид кетма-кетлиги узунлиги 100 минг дан 1 млн нуклеотидлардан ташкил топган. Такрорланувчи кетма-кетликлар 100 жуфт асосдан ташкил топган. Одамда сателлет альфоид ДНК ҳамма хромосомаларнинг центромераларида жойлашган. Битта такрор узунлиги 171 жуфт асосдан ташкил топган, хар бир хромосомадаги такрорланувчи худудлар ўлчами 3-5% га яқин. Сателлитларнинг катта қисми одамларда ва бошқа организмларда центромерада жойлашган.
Минисателлитлар. 7 тадан 100 тагача нуклеотид узунликлардан ташкил топган ДНК фрагментидаги такрорлар. Улар одам геномида 1000 дан ортиқ жойларда учрайди. ДНК дактилоскопияда гибризидация текширувлари учун , маълум популяцияни аниқлаш бўйича популяцион – генетик текширувларда қариндошликни аниқлашда худди молекуляр маркерлар сингари фойдаланилади.
Одам ва бошқа сут эмизувчи организмлар теломерида тандем такрорлар GGGTTA кетма-кетликдан ташкил топган.
Микросателлитлар ( ёки оддий қисқа тандем такрорлар)- ДНКдаги 1- 6 жуфт асос узунликдаги такрорланувчи фрагментлар. Микросателлитлар нуклеотидлар кетма-кетлигини юқори тезликда ўзгариши билан тавсифланади, ДНК репликацияси ва нуқтали мутацияда кўчиб ўтади. Микросателлитлар минисателлитлар каби популяцион генетик текширувларда молекуляр маркерлар сингари фойдаланилади.
Транспозонлар –организмда учрайдиган ДНК қисми бўлиб, ўз жойини ўзгартириш қобилиятига эга. Улар геном доирасидагина кўпая олади. Транспозонлар “сакровчи генлар” номи билан машҳур, улар генетик мобил элементларнинг бир вакили ҳисобланади. Транспозонлар геномнинг кодланмайдиган қисмига киради. ДНК нуклеотидлар кетма-кетлиги асосида оқсил таркибидаги аминокислоталар кетма-кетлиги ҳақидаги информацияни ташимайди. Шунга қарамай мобил элементларнинг бир қанча синфлари таркибида ферментлар кетма-кетлиги ҳақидаги маълумот бўлади. Бу фементлар транспозон харакатланишини транскрипция ва катализация қилади. Масалан, ДНК транспозонлар вва ДДП1 - транспозаза , БОРС1 ва БОРС2 ферментларини кодлайди.
Хар хил организмларда транспозонлар турли хил даражада тарқалган. Масалан, одамларда транспозонлар ДНК кетма-кетлигининг 45% ни ташкил қилади. Дрозофил мева пашшасида транспозонлар бутун геномнинг15-20% ни ташкил қилади. Ўсимликларда транспозонлар геномнинг асосий қисмини эгаллайди. Маккажўхорида транспозонлар бутун геномнинг 85% ни ташкил қилади. 2012 йилда 96 та одам касалликлари рўйхатга олинган. Бунинг сабаби генетик мобил элементларнинг de novo кириши натижасидир.
Alu – такрорлар хромосома аберрациясини келтириб чиқаради. Мана шу хромосом аберрацияси натижасида 50 дан ортиқ касалликлар келиб чиқишига сабаб бўлади.
Псевдогенлар – структур генларнинг функция бажармайдиган аналоги ҳисобланади. Оқсилларни кодлаш қобилиятини йўқотган ва хужайрада экспрессия бўлмайди. Псевдоген оддий функционал генлардан келиб чиққан, мутация натижасида экспрессия қобилиятини йўқотган (стоп кодонларнинг пайдо бўлиши, ўқиш доирасининг силжиши ва шу кабилар).
Ретропсевдогенларнинг сони ўртача миқдорда функционал генлардан кўпроқ.
Вируслар - одам геномининг 1% га яқини ретровируслардир (эндоген ретровируслар). Бу генлар одатда эгасига фойда келтирмайди, баъзи холатларда истисно бўлиши мумкин. Маслан, 43 миллион йил олдин одам ва маймунлар аждодлари геномида ретровирус генлари пайдо бўлган, улар вирус қобиғининг ҳосил бўлишида хизмат қилган. Одамларда ва маймунларда бу генлар йўлдош(плацента) ишлашида қатнашади. Кўп миқдордаги ретровируслар одам аждодлари геномига 25 миллион йиллар олдин кўчиб ўтган.
Геном размери (ДНК участкаси узунлиги) одатда минг (ёки миллион) жуфт нуклеотидларда ҳамда морганидларда айтилади. Кейинги номланиш генларни уланиши таҳлилига асосланган, яъни генлар орасидаги ўлчам 1 сантиморганид бўлганда (0,01 морганид), мейозда улар ўртасидаги кроссинговер эҳтимоллиги 1% га тенгдир.
Тирик организмларнинг геномлари – вируслардан то ҳайвонларгача – размерлари бўйича 6 тартибга фарқ қиладилар: бир неча минг жуфт асосдан бир неча миллиард жуфт асосгача.
Генларнинг сони бўйича диапазон анча қисқа бўлиб 4 тартибни ташкил қилади, яъни кам миқдордаги 2-3 ген энг оддий вирусларда ва юқори кўрсаткичга яқин бўлган 40 минг ген баъзи ҳайвонларда учрайди.
Геномларнинг размери ва генларнинг сони бўйича геномлар 2 синфга аниқ фарқланиши мумкин:
1 синф: Катта бўлмаган компакт геномлар. Уларнинг размери одатда 10 млн жуфт асосдан кўп бўлмаган ҳамда геном размери ва генлар сони бўйича қатъий мутаносибликка эга. Бундай геномларга барча вируслар ва прокариотлар эгадир. Бу организмларда генлар зичлиги минг жуфт асосда 0,5 дан 2 тагача генни ташкил қилади ва генлар ўртасида жуда қисқа участкалар мавжуд бўлиб геномнинг 10-15% ини эгаллайди. Бундай геномлардаги генлараро участкалар асосан регулятор элементлардан ташкил топган.
2 синф: Жуда катта ҳажмли геномлар бўлиб уларнинг размери 100 млн жуфт асосдан ортиқдир. Уларнинг геномлари ва генлари миқдори ўтасида аниқ ўзаро боғлиқлик мавжуд эмас. Бу синфга кўп ҳужайрали эукариотларнинг ва баъзи 1 ҳужайрали эукариотларнинг катта геномлари киради. Биринчи синф геномларидан фарқ қилган ҳолда бу синф геномларидаги кўпчилик нуклеотидлар на оқсил ва на РНК кодловчи кетма-кетликларга киради.
Узоқ вақт давомида юксак эукариотлар геномини жуда кам қисми (5%) экспрессияланади деб келинган. Яъни бунга оқсиллар ва баъзи керак бўлган РНКлар кетма-кетлигини кодловчи қисмлар киради дейилган, лекин кейинги йиларда маълум бўлишича ҳайвонлар ҳужайрасида 79% дан ортиқ геном қисми транскрипция бўлар экан. Шу билан бирга кўп транскриптлар ДНКни иккала комплементар занжиридан транскрипцияланади ва баъзи шароитларда хроматиннинг компакт центромери ҳам транскрипцияланар экан.
Геномнинг бирламчи маҳсулоти РНК ҳисоблансада биологияни ривожланиши учун янги парадигма, яъни кодланмайдиган РНК регулятор функциясига эгалиги таклиф қилинмоқда (Mattick, 2007), ҳамда РНК кўп ҳужайрали организмлардаги барча онтогенезларга асосланган соматик ҳужайралардаги эпигенетик модификацияларни бошқаради.