secventa baze azotateGenomurile eucariotelor prezintă 10 clase generice de promotori ai genelor, conform unui studiu publicat în revista BMC Genomics de către 2 oameni de ştiinţă români: Dr. Paul Gagniuc şi Acad. Prof. Dr. C-tin Ionescu-Tîrgovişte.

 

 

 

Organismele eucariote înglobează protozoarele, ciupercile, plantele şi animalele (deci şi oamenii), ale căror celule au o structură complexă în care materialul genetic (cromozomii) este înglobat într-o dublă membrană fosfo-lipidică (complex denumit nucleu).

Secvenţele ADN sunt polimeri (lanţuri de molecule individuale legate unele de altele) constituiţi în principal din 4 tipuri de molecule (Timina – T, Adenina – A, Citozina – C şi Guanina – G), legate între ele de grupări fosfat. Nucleul unei singure celule somatice de la om conţine 46 de astfel de polimeri (denumiţi cromozomi) împachetaţi strâns pentru spaţiul mic alocat nucleului.

În luna februarie a anului 2001 se anunţa secvenţierea completă a genomului uman (adică ordinea acestor molecule în secvenţă fusese determinată pentru fiecare cromozom). Atunci comunitatea ştiinţifică a fost surprinsă de faptul că, în loc de 100.000 de gene, au fost numărate doar circa 30.000. Secvenţierea întregului genom a contribuit la abandonarea paradigmei potrivit căreia o singură genă sau cel mult câteva înglobează toate caracteristicile sau atributele organismului.

Deşi toate celulele dintr-un organism conţin mai mult sau mai puţin aceeaşi informaţie genetică, unele gene sunt activate şi altele dezactivate în diferite locaţii şi momente de-a lungul ciclului de viaţă al unui organism.


Interesul pentru promotori al comunităţii ştiinţifice din domeniul geneticii îşi are rădăcinile în capacitatea celor dintâi de a controla exprimarea genelor. Înţelegerea funcţionării multiplelor componente ale promotorilor, precum şi a factorilor asociaţi cu performanţele lor, deschide oportunitatea modulării exprimării genelor în organisme şi de către oamenii de ştiinţă. Promotorii sunt priviţi ca nişte instrumente biologice la nivel molecular, cruciale în reglarea manifestării genelor, de unde rezultă că ele au, de asemenea, şi o importanţă majoră în cercetarea şi dezvoltarea terapiei genice sau a biotehnologiei.

Timp de aproape 25 de ani, şi în mod special în ultimii 10 ani, cea mai utilizată metoda de analizare a secvenţelor ADN a fost efectuată cu ajutorul algoritmilor pentru alinieri de secvenţe. În bioinformatică, o aliniere de secvenţă este o modalitate de aranjare a secvenţelor ADN, ARN sau proteine pentru a identifica regiunile de similitudine care ar putea fi o consecinţă a relaţiilor funcţionale, structurale sau evolutive. Această metodă este folosită în mod special pentru analizele filogenetice (legătura dintre specii la nivel de secvenţă ADN).

În ultimii 5-6 ani însă, a fost din ce în ce mai evident faptul că aceşti algoritmi sunt limitaţi şi nu pot fi folosiţi pentru avansarea domeniului geneticii sau al biologiei computaţionale.

Pentru a obţine informaţii valoroase din diferitele regiuni ale promotorilor, Dr. Paul Gagniuc (Inst. de Genetică al Univ. din Buc.) şi Acad. Prof. Dr. Ionescu-Tirgoviste (Inst. de Diabet, Nutriţie şi Boli Metabolice) au inventat o metodă nouă de analiză care se bazează pe indexul de coincidenţă Kappa, folosit în trecut în criptografie.

Pe scurt, o regiune promotor este o secvenţă ADN localizată în faţa unei gene şi este responsabilă de frecvenţa cu care gena se exprimă – şi are deci o influenţă notabilă asupra relaţiilor dintre gene în cadrul organismului.

Folosind noua metodă de analiză, cei doi oameni de ştiinţă români au generat o serie de imagini (şabloane ADN) conform informaţiei stocate în secvenţele ADN care le-au permis identificarea a 10 clase generice de promotori (figura de mai jos prezintă şabloanele ADN a celor 10 tipuri de promotori).

 

Gagniuc


Articolul acestora din BMC Genomics este intitulat „Eukaryotic genomes may exhibit up to 10 generic classes of gene promoters” (în traducere „Genomurile eucariotelor par să prezinte până la 10 clase generice de promotori ai genelor”) şi prezintă cum, dacă până la finele lunii octombrie 2012 în comunitatea ştiinţifică internaţională se cunoşteau numai două tipuri (clase) de promotori ai genelor, aceştia au demonstrat existenţa a cel puţin 10 tipuri de astfel de „extensii” funcţionale, esenţiale pentru exprimarea genelor.

Studiul legat de promotori a fost efectuat, timp de un an şi jumătate, pe aproape 20.586 de secvenţe promotor de la 4 specii experimentale principale - Arabidopsis thaliana (plantă), Drosophila melanogaster (musculiţa de oţet), Homo sapiens (om) şi Oryza sativa (plantă - orez) - şi alte 5 specii secundare - Bos taurus (bovine), Gallus gallus (pui), Mus musculus (şoricel), Rattus norvegicus (şobolan) şi Xenopus laevis (broască).

Însemnătatea acestor şabloane ADN este aceea că formele de pe imagini, generate din secvenţele ADN ale promotorilor, evidenţiază combinaţia de factori de transcripţie pe care un promotor o foloseşte. În consecinţă, aceste tipare ne pot arăta relaţiile dintre gene prin analiza formei acestor şabloane ale promotorilor.


Referinţe:
Gagniuc and Ionescu-Tirgoviste: Eukaryotic genomes may exhibit up to 10 generic classes of gene promoters. BMC Genomics 2012, 13:512.