De nouveaux gènes peuvent naître de rien

La complexité des organismes vivants est codée dans leurs gènes, mais d’où viennent ces gènes ? Des chercheurs de l’Université d’Helsinki ont résolu des thoughts en suspens concernant l’origine des petits gènes régulateurs et ont décrit un mécanisme qui crée leurs palindromes d’ADN. Dans des circonstances appropriées, ces palindromes évoluent en gènes microARN.

Le génome humain contient env. 20 000 gènes utilisés pour la design de protéines. Les steps de ces gènes classiques sont coordonnées par des milliers de gènes régulateurs, dont le additionally petit code pour des molécules de microARN mesurant 22 paires de bases. Bien que le nombre de gènes reste relativement frequent, de nouveaux gènes apparaissent occasionnellement au cours de l’évolution. À l’instar de la genèse de la vie biologique, l’origine de nouveaux gènes continue on de fasciner les scientifiques.

Toutes les molécules d’ARN nécessitent des séries palindromiques de bases qui verrouillent la molécule dans sa conformation fonctionnelle. Il est essential de noter que les prospects que des mutations de bases aléatoires forment progressivement de telles séquences palindromiques sont extrêmement faibles, même pour les gènes simples de microARN. L’origine de ces séquences palindromiques a donc intrigué les chercheurs. Des industry experts de l’Institut de biotechnologie de l’Université d’Helsinki, en Finlande, ont résolu ce mystère en décrivant un mécanisme able de générer instantanément des palindromes d’ADN complets et ainsi de créer de nouveaux gènes de microARN à partir de séquences d’ADN auparavant non codantes.

Dans le cadre d’un projet financé par l’Académie de Finlande, des chercheurs ont étudié les erreurs de réplication de l’ADN. Ari Löytynoja, le chef du projet, compare la réplication de l’ADN à la saisie d’un texte.

« L’ADN est copié une foundation à la fois, et généralement les mutations sont des bases uniques erronées, comme des erreurs de frappe sur le clavier d’un ordinateur moveable. Nous avons étudié un mécanisme créant des erreurs additionally importantes, comme le copier-coller de texte à partir d’un autre contexte. Nous étions particulièrement intéressés par les cas. qui copiait le texte à l’envers pour créer un palindrome.

Les chercheurs ont reconnu que les erreurs de réplication de l’ADN pouvaient parfois être bénéfiques. Ils ont décrit ces découvertes à Mikko Frilander, un qualified en biologie de l’ARN. Il a immédiatement vu le lien avec la composition des molécules d’ARN.

« Dans une molécule d’ARN, les bases des palindromes adjacents peuvent s’apparier et former des structures ressemblant à une épingle à cheveux. De telles buildings sont cruciales pour le fonctionnement des molécules d’ARN », explique-t-il.

Les chercheurs ont décidé de se concentrer sur les gènes des microARN en raison de leur framework basic : les gènes sont très courts – quelques dizaines de bases seulement – ​​et ils doivent se replier en une structure en épingle à cheveux pour fonctionner correctement.

Une idée centrale consistait à modéliser l’histoire des gènes à l’aide d’un algorithme informatique personnalisé. Selon le chercheur postdoctoral Heli Mönttinen, cela permet jusqu’à présent d’examiner de plus près l’origine des gènes.

« Le génome complet de dizaines de primates et de mammifères est connu. Une comparaison de leurs génomes révèle quelles espèces possèdent la paire de palindromes de microARN et lesquelles en sont dépourvues. Avec une modélisation détaillée de l’histoire, nous avons pu voir que des palindromes entiers sont créés par un seul événements de mutation », explique Mönttinen.

En se concentrant sur les humains et d’autres primates, des chercheurs d’Helsinki ont démontré que le mécanisme nouvellement découvert peut expliquer au moins un quart des nouveaux gènes de microARN. Comme des cas similaires ont été trouvés dans d’autres lignées évolutives, le mécanisme d’origine semble universel.

En principe, l’apparition de gènes de microARN est si simple que de nouveaux gènes pourraient affecter la santé humaine. Heli Mönttinen voit l’importance de son travail de manière in addition big, par exemple dans la compréhension des principes fondamentaux de la vie biologique.

« L’émergence de nouveaux gènes à partir de rien a fasciné les chercheurs. Nous disposons désormais d’un modèle élégant pour l’évolution des gènes à ARN », souligne-t-elle.

Bien que les résultats soient basés sur de petits gènes régulateurs, les chercheurs pensent que les résultats peuvent être généralisés à d’autres gènes et molécules d’ARN. Par exemple, en utilisant les matières premières générées par le mécanisme nouvellement découvert, la sélection naturelle peut créer des structures et des fonctions d’ARN beaucoup as well as complexes.

L’étude a été publiée dans PNAS.