Псевдо-псевдогены: выявление еще большей сложности в геноме

Автор: Др. Джин Лайтнер (англ. Jean K. Lightner)
Источник: creation.com
Перевод: Алена Недоступ
Редактура: Елена Бондаренко, Владимир Силенок 

Рисунок 1. Ген, который помогает дрозофи́ле обыкновенной (Drosophila melanogaster) обнаруживать уксусную кислоту в гниющих плодах, по-видимому, стал псевдогеном у D. sechellia; но исследователи обнаружили, что этот «псевдоген» производит функциональный белок, который сам по себе тонко настроен.[12]

По определению, псевдогены — это остатки прежде работающих генов, которые больше не функционируют. Это не значит, что кто-то наблюдал, как функциональный ген становится нефункциональным, вместо этого, делаются  выводы на основании сравнений с генами, кодирующими белок. Последовательность псевдогена похожа на последовательности известных генов, кодирующих белок, но в ней отсутствует очевидный промотор или имеются «нарушения» в открытой рамке считывания (the open reading frame/ORF), которые, как предполагается, препятствуют трансляции в функциональный белок.[1] Основываясь на предположении, что они не имеют никакой функции, эволюционисты полагали, что псевдогены могут представить нам историю изменений ДНК там, где естественный отбор не действует.

Некоторые эволюционисты выдвинули идею, что подобные последовательности в псевдогенах убедительно поддерживают идею общего происхождения, особенно между людьми и человекообразными обезьянами. Предполагаемые сбои в последовательности приписываются случайным ошибкам копирования. Если два организма несут одинаковые нарушения, то считается, что с гораздо большей вероятностью они унаследовали их от общего предка, чем что эти ошибки произошли независимо друг от друга. Хотя созданные гены, возможно, должны быть идентичны в некоторых участках, чтобы выполнять свою нормальную функцию, все же,  никто не ожидал бы, что Создатель поместит одну и ту же ошибку в два разных организма.[2]

Часто приводимый пример — ген GULO. У многих животных он вырабатывает фермент, необходимый для последней стадии синтеза витамина С. Тем не менее, у людей, приматов и некоторых других животных это псевдоген. Выборочно представляя данные, можно составить убедительно звучащую историю о том, что люди унаследовали эту ошибку от общего предка-примата. Однако исследования Др. Вудморрапа (Woodmorrape),[3]  Др. Трумана (Truman), Др. Терборга (Terborg),[4] и Др. Томкинса (Tomkins)[5] показывают, что более всесторонний взгляд на факты выявляет закономерности, противоречащие эволюционным предсказаниям. Несмотря на это, некоторые эволюционисты продолжали продвигать человеческий псевдоген GULO как мощное доказательство общего происхождения, игнорируя неудобные детали (т. е. те, которые не соответствуют их предвзятым идеям).[6]

Вся концепция о том, что псевдогены дают убедительные доказательства универсального общего происхождения, основывается на идее, что эти последовательности действительно не функциональны и что мутации — это просто случайные события. В противном случае у креационистов есть конкурирующее, правдоподобное объяснение того, почему эти последовательности существуют.[7] То есть любой конкретный псевдоген может быть функциональным, как и было задумано. В качестве альтернативы псевдоген может утратить свою функцию в различных линиях (как, по-видимому, происходит с геном GULO), причем одни и те же мутации могут быть связаны с тем, что эти области предрасположены к таким мутациям.

Несмотря на внешнюю видимость, не все псевдогены лишены функции. Более десяти лет назад было признано, что наиболее подходяще для изучения псевдогены играют важную функциональную роль.[8] Креационисты отметили это.[9] Дальнейшие научные исследования продолжают бросать вызов общепринятому взгляду на псевдогены.

Регуляторные гены

Несмотря на то, что большая часть человеческого генома не кодирует белки, по крайней мере 70% последовательностей транскрибируются (копируются, чтобы синтезировать РНК). В настоящее время известно, что множество различных типов РНК регулируют экспрессию генов, гарантируя, что нужное количество генного продукта экспрессируется в нужном месте в нужное время. Некоторые из этих регуляторных молекул РНК получены из псевдогенов.[10]

Известно, что несколько сотен псевдогенов транскрибируются в различных тканях, а также в опухолях. Некоторые из них транскрибируются в смысловом направлении, что типично для генов; другие транскрибируются в антисмысловом (обратном) направлении. В любом случае, последовательность важна для правильной работы. Например, некоторые псевдогены выглядят очень похожими на настоящий ген, кодирующий белок. Эта комплементарность последовательности помогает псевдогенной РНК нацелиться и связать ген, что важно для того, чтобы белки заставили этот ген прекратить экспрессию. В некоторых случаях псевдогенная РНК может также функционировать как каркас, обеспечивая основу, на которой собирается молекулярный механизм.[10]

Конечно, эволюционисты все еще интерпретируют происхождение этих псевдогенов в рамках своей натуралистической парадигмы. Известно, что некоторые гены, кодирующие белок, также имеют обратную транскрипцию (от 3’ до 5’, а не от 5’ до 3’), и этот антисмысловой продукт РНК может помогать регулировать работу гена. Эволюционисты предположили, что эта двунаправленная транскрипция гена, кодирующего белок, была начальным состоянием. Затем ген был продублирован и поврежден (там, где псевдоген, по-видимому, имеет интроны) или ретротранспозирован (где интроны, по-видимому, отсутствуют, как в обработанных псевдогенах), и теперь псевдоген выполняет эту роль.[11]

Это объяснение предполагает наличие всеобщего предка. Кроме того, для этого требуется несколько крайне маловероятных событий. Генные регуляторные сети не могут быть просто случайно прерваны или изменены без ущерба для организма. В тех случаях, когда чрезмерная экспрессия псевдогенной РНК связана с потерей контроля над клеточным циклом и раком, дополнительные антисмысловые копии РНК недопустимы.[10] Таким образом, постулируемые посредники не приведут к появлению жизнеспособных организмов.

Кодирование белков

«Сбои работы», которые препятствуют переводу псевдогенов в полноразмерные белки, — это стоп-кодоны, которые появляются в последовательности ORF. Обычно такие прерывания останавливают образование белка, потому что механизм трансляции мРНК прекращает добавление аминокислот, когда распознает стоп-кодон. Поэтому было большой неожиданностью обнаружить, что человеческий псевдоген, который имел несколько стоп-кодонов, разбросанных по ORF, образует функциональный белок. Было замечено, что транскрипция псевдогена не инициируется с предсказанного стартового кодона. В результате сдвига рамки считывания получился необычный, но функциональный белок обонятельного рецептора.[12]

Было показано, что более 100 псевдогенных РНК транслируются в пептиды.[1] Интересно, что 74% псевдогенных пептидов, идентифицированных у человека, имели аналогичный транскрипт, идентифицированный у мыши, что говорит о том, что они функциональны.[13] Иронично, что сходство последовательностей между человеком и другими животными (как грызунами, так и приматами) теперь используется для доказательства того, что эти транслируемые псевдогены имеют функцию.[1]

Недавняя статья ввела в научную литературу новый термин: «псевдо-псевдоген». Исследователи обнаружили явный случай перевода псевдогена в функциональный обонятельный белок у Drosophila sechellia, плодовой мушки, которая питается почти исключительно спелыми фруктами. У Drosophila melanogaster, интактный ген обнаруживает уксусную кислоту — химическое вещество, содержащееся в ферментирующейся пище, которую они, как и большинство других видов дрозофил, потребляют. Было бы заманчиво предположить, что D. sechellia потеряла ген, в котором больше не нуждалась, но исследования показали, что псевдоген теперь кодирует белок с отчетливыми свойствами настройки запаха.[14]

Псевдоген обонятельного рецептора, обнаруженный у D. sechellia, отличается от обнаруженного ранее у человека тем, что «преждевременный» стоп-кодон считывается насквозь. Только недавно было признано, что чтение через стоп-кодон происходит даже у эукариот, хотя раннее это наблюдалось у бактерий.[15] У D. sechellia было показано, что нисходящая последовательность является критическим фактором, который позволяет этому считыванию происходить в нейрональной ткани. Учитывая структуру других обонятельных псевдогенов, исследователи предполагают, что это может быть широко распространенным явлением.[14]

Интересно, что еще несколько десятилетий назад креационист Джон Вудморапп (John Woodmorappe) предсказал то, что теперь было обнаружено в этих так называемых «псевдо-псевдогенах»: многие псевдогены на самом деле являются «заблокированными» генами, предназначенными для считывания только путем считывания преждевременного стоп-кодона , что может быть ограничено конкретными тканями. Если бы способность к чтению была потеряна, ген стал бы навсегда «заблокированным», а затем действительно стал бы нефункциональным.[16] Таким образом, большинство псевдогенов были преждевременно помечены как разрушенные, поскольку эти и другие конструктивные особенности не были поняты.

Хотя псевдоген у D. sechellia, возможно, был получен из аналогичного гена, обнаруженного у других видов дрозофил, это не означает, что изменения были просто вызваны натуралистическими процессами, такими как случайная мутация, естественный отбор и генетический дрейф. В геномах всех организмов существует множество хорошо известных механизмов, облегчающих адаптацию фенотипов.[17] Способность к редактированию ДНК существует в нашей иммунной системе, и было выдвинуто предположение, что редактирование ДНК также может играть определенную роль в адаптивных мутациях.[18] Само собой разумеется, что адаптация сама по себе не превращает один тип организма в другой; все дрозофилы — это все еще мухи.

Мотивация к смирению и доверию

Несмотря на растущее число свидетельств о функциональности псевдогенов, некоторые эволюционисты все еще выдвигают их в качестве убедительных доказательств общего происхождения человека и приматов. На самом деле это аргумент от невежества или, в лучшем случае, от устаревших убеждений. Их мировоззрение, предполагающее универсальное общее происхождение, обязывает их рассматривать функциональные псевдогены как исключение, и они смело утверждают, что псевдогенные последовательности нефункциональны, пока не доказано обратное.[6] Такие аргументы постоянно рушатся по мере появления новых научных доказательств.[19]

Предыдущие выводы о псевдогенах были основаны на знании простых генов, кодирующих белок. Это знание было неполным, поскольку в настоящее время признано, что стоп-кодоны не всегда останавливают процесс трансляции, а некоторые промоторы не так то просто различить только по последовательности. Многие ученые недооценивали сложность, необходимую для того, чтобы нужный белок был экспрессирован в нужном месте в нужное время. Понятно, почему существовало первоначальное заблуждение, но теперь следует признать, что термин «псевдоген» обычно является неправильным. Это должно породить смирение во всех нас; независимо от того, как много мы узнаем о Божьем творении, всегда есть еще нечто, что нужно узнать. Это также должно побуждать нас доверять Тому, Кто был достаточно мудр, чтобы разместить все необходимые компоненты на своих местах, чтобы правильные вещи появлялись в нужном месте и в нужное время.

Ссылки и примечания 

1. Xu, J. and Zhang, J., Are human translated pseudogenes functional? Molecular Biology and Evolution 33(3):755–760, 2016. 
2. Max, E.E., Plagiarized errors and molecular genetics, Creation Evolution J. 6(3):34–46, 1986–1987; ncse.com/cej/6/3/plagiarized-errors-molecular-genetics, accessed 7 January 2017. The same article with further dialog is archived at www.talkorigins/faqs/molgen, which was last updated in 2003. 
3. Woodmorappe, J., Potentially decisive evidence against pseudogene ‘shared mistakes’J. Creation 18(3):63–69, 2004. 
4. Truman, R. and Terborg, P., Why the shared mutations in the Hominidae exon X GULO pseudogene are not evidence for common descentJ. Creation 21(3):118–127, 2007. 
5. Tomkins, J.P., The human GULO pseudogene— evidence for evolutionary discontinuity and genetic entropy, Answers Research J. 7:91–101, 2014. 
6. Venema, D., Is there ‘junk’ in your genome? part 4, from biologos.org/blogs/dennis–venema– letters–to–the–duchess/understanding– evolution–is–there–junk–in–your–genome– part–4, accessed 21 April 2017. 
7. Woodmorappe, J., Are pseudogenes ‘shared mistakes’ between primate genomes? J. Creation 14(3):55–71, 2000.
8. Balakirev, E.S. and Ayala, F.J., Pseudogenes: Are they ‘junk’ or functional DNA? Annual Review of Genetics 37:123–151, 2003. 
9. Woodmorappe, J., Pseudogene function: regulation of gene expressionJ. Creation 17(1): 47–52, 2003. 
10. Groen, J.N., Capraro, D., and Morris, K.V., The emerging role of pseudogene expressed noncoding RNAs in cellular functions, The International J. Biochemistry & Cell Biology 54: 350–355, 2014. 
11. Johnsson, P., Morris, K.V., and Grandér, D., Pseudogenes: a novel source of trans-acting antisense RNAs, Methods in Molecular Biology 1167:213–226, 2014. 
12. Lai, P.C., Bahl, G., Gremigni, M., Matarazzo, V., Clot–Faybesse, O., Ronin, C., and Crasto, C.J., An olfactory receptor pseudogene whose function emerged in humans: A case study in the evolution of structure–function in GPCRs, J. Structural and Functional Genomics 9: 29–40, 2008. 
13. Ji, Z., Song, R., Regev, A., and Struhl, K., Many lncRNAs, 5’ UTRs, and pseudogenes are translated and some are likely to express functional proteins, eLife 4:e08890, 2015. 
14. Prieto–Godino, L.L., Rytz, R., Bargeton, B., Abuin, L., Arguello, J.R., Peraro, M.D., and Benton, R., Olfactory receptor pseudo– pseudogenes, Nature 539(7627):93–97, 2016. 
15. Dabrowski, M., Bukowy–Bieryllo, Z., and Zeitkiewicz, E., Translational readthrough potential of natural termination codons in eucaryotes—The impact of RNA sequence, RNA Biology 12(9):950–958, 2015. 
16. Woodmorappe, J., Unconventional gene expression and its relationship to pseudogenes, Proceedings of the Fifth International Conference on Creationism, Creation Science Fellowship, Pittsburgh, PA, pp. 505–514, 2003. 
17. Terborg, P., Evidence for the design of life: part 1—genetic redundancyJ. Creation 22(2): 79–84, 2008; Terborg, P. Evidence for the design of life: part 2—baranomesJ. Creation 22(3):68– 76, 2008; Terborg, P., The design of life: part 3—an introduction to variation-inducing genetic elementsJ. Creation 23(1):99–106, 2009; Terborg, P., The design of life: part 3— variation-inducing genetic elements and their functionJ. Creation 23(1):107–114, 2009. 
18. Lightner, J.K., Adaptive genetic changes by design: a look at the DNA editing by activation-induced cytidine deaminase (AID), Creation Research Society Quarterly 52(4):265–274, 2016. 
19. См. ссылки 4–6, где описаны проблемы с аргументом псевдогена GULO человека. Предполагаемый «псевдоген вителлогенина» был рассмотрен у  Tomkins, J.P., Challenging the BioLogos , который утверждает, что псевдоген вителлогенина (яйцекладущий) существует в геноме человека, Answers Research J. 8:403–411, 2015. Псевдоген бета-глобина человека обсуждался  у Tomkins, J.P., The human beta-globin pseudogene is non-variable and functional, Answers Research J. 6:293–301, 2013

Если вам понравилась статья, поделитесь ею со своими друзьями в соц. сетях!

ВАМ БУДУТ ИНТЕРЕСНЫ ЭТИ СТАТЬИ: