ORGANIZACIJA HUMANOG GENOMA

ORGANIZACIJA HUMANOG GENOMA

1.1%4%PROTEIN-KODIRAJUI GENIGen predstavlja fiziku i funkcionalnu jedinicu nasleivanja, koja prenosi poruku iz generacije u generaciju, a ini ga deo DNK potreban za sintezu jednog funkcionalnog proteina ili jednog molekula RNK.

Dva tipa strukturnih gena: nekodirajui RNK geniprotein-kodirajui geniUDEO PROTEIN-KODIRAJUIH GENA U GENOMU OVEKADo oktobra 2004. godine potvreno 19.599 protein- -kodirajuih gena + 2.188 potencijalnih1,1% od ukupnog genoma ine protein-kodirajui geniORGANIZACIJA PROTEIN-KODIRAJUIH GENAVELIINA GENA

- prosena veliina iznosi oko 27 kb - najmanji gen 500 nukleotida, nema introna, kodira histonski protein H4 - najvei gen 2.4 Mb za distrofin, transkripcija 16 sati

- gen za apolipoprotein B 45 kb, protein ima 4563 AK - gen za distrofin 2.4 Mb, protein ima 3685 AK protein-kodirajui gen je definisan duinom primarnog transkripta

RAZNOLIKOST U ORGANIZACIJI EGZONA I INTRONAgeni bez introna su male veliineduina egzona nije uporediva sa duinom genaveliki geni imaju velike introne (izuzeci gen za kolagen tipa 7 i titin)evolucija favorizuje kratke introne u genima koji se uestalo transkribuju

Raznolikost u repetitivnom DNK sadraju Bidirekciona organizacija gena

Delimino preklapajui geni (HLA kompleks) 9% od protein-kodirajuih gena je preklopljeno- Od toga 90% je transkribovano sa suprotnih lanaca DNK

Geni unutar genaIntron 26 NF1 gena sadri tri interna gena

Policistronske transkripcione jedinicekod oveka u mitohondrijalnom genomu i velikim rRNK genskim grupama

protein-kodirajue bicistronske transkripcione jedinice:

- i lanci insulina, funkcionalno povezani - ubikvitin i ribozomalni protein, funkcionalno razliiti (kodirani od strane UBA52 i UBA80)

Hromozom 1 ima 2.146 protein-kodirajuih gena, najvei je- Hromozom Y ima 86 protein-kodirajuih gena, jedan je od najmanjih

HROMOZOM 1 HROMOZOM Y

FUNKCIJA PROTEIN-KODIRAJUIH GENAFunkcija protein-kodirajuih gena je da informaciju koja se nalazi u nukleotidnoj sekvenci DNK, procesima transkripcije i translacije, prilikom kojih kao finalni produkt nastaje protein, pretvori u korisnu bioloku funkciju.

funkcionalno identini geni primeri: gen za -globin geni za histone i ubikvitin

funkcionalno slini geni primer: -globin i -globin grupe gena HOX homeobox familija gena

funkcionalno povezani geni - podjedinice istih proteina - komponente istog metabolikog puta - specifino vezivanje (ligandi i receptori) Familije genaGrupa gena sa zajednikim karakteristikamaSlina DNK sekvencaGenski proizvodi slini po funkciji i strukturiKriterijumi za grupisanje gena u familije (sistem klasifikacije gena se razvija kako se sve vie zna o strukturi i funkciji gena i njihovim odnosima).

Familije genaFunkcionalno slini geni su povremeno u klasterima, ali i rasuti u genomu

Klasine genske familijeVisok stepen homologije (histonske i globinske familije)

Genske familije odreene konzerviranom aminokiselinskom sekvencomDEAD box (Asp-Glu-Ala-Asp)WD familija ponovaka (Try-Asp)

Genske superfamilijeFunkcionalno povezani produktiPrimeri:Superfamilija imunoglobulina- razlika na nivou sekvenci; funkcionalna slinostGlobinska superfamilija- alfa-globina, beta-globin, neuroglobinSuperfamilija G-protein receptora-ligand zavisni receptoriIg superfamilijaelijski receptoriSlina struktura domena

Organizacija gena u familijama genaKlasifikacija:Gusto grupisani geni (histonska familija)Geni raireni na razliitim hromozomskim lokacijama (viestruki genski klasteri)

Organizacija u okviru jednog klasteraPostoje zahvaljujui tandemskim genskim duplikacijamaRazliite organizacije:Tandemska genska organizacijaBliski klasteriSloeni klasteriKlasteri genskih familijaHormon rasta5 kopija (67kb)a globin7 kopija (50kb)Hox geni 38 klastera po 4Olfaktorni receptori1000 u 25 velikih klastera

HLA teki lanac klaster genaGenski fragmentiPseudogeniTruncated geni

Rasute familije genaRasuti na dve ili vie lokacijaVode poreklo od:Stranih genoma- kombinacija mitohondrijalnog i bakterijskog genomaPrastarih gena- funkcionali lanovi sa znaajnom homologijomRetrotranspozicije- transkripcija RNK sa manjeg broja kodirajuih genaRasute familije genaPax9 kopijaAktin>20 kopijaAlu elementi1.1 milionLINE elementi (L1)200-500,000

Pseudogeni defektna kopija gena koja sadri vie egzona funkcionalnog genaNeprocesovani sadre egzonske i intronske sekvence nastali tandemskim duplikacijamaProcesovani sadre samo egzonske sekvence nastali retrotranspozicijomRetrogeni procesovani pseudogen koji se nalazi nizvodno od aktivnog promotora i transkribuje seGenski fragmenti defektna kopija gena koja sadri manji deo sekvence ili jedan egzonRNK geni

Veina gena kodira polipeptide, a manji broj su RNK geniMitohondrijalni genom: 65% gena kodira zrele RNK molekule (24 od 37 gena)Jedarni genom: 6000 RNK genaVeina poznatih RNK gena sintetiu molekule koji pomau u generalnom procesu ekspresije gena

Funkcija u elijiRNK klasaPotklaseBroj tipovafunkcijaOrganizacija genarRNK (120-5000nt)12S, 16S, 5S, 5.8S, 18S, 28S1 od svakogribozomimtDNK; klasteritRNK (70-80nt)mtDNK i citolazmatske22 mtDNK i 49translacijamtDNK; klasterisnRNK (60-360nt)Splajsozomne/ne9/vieProcesovanje RNK; regulacijaKlasteri/single-copysnoRNK (60-300nt)C/D box; H/ACA box246; 94Sazrevanje rRNKU intronimascaRNK25sazrevanje snRNKU intronimaRNK ribonukleaze (260-320nt)2Obrada tRNK i rRNKSingle-copymscRNK (80-500nt)BC200; 7SL RNK; TERC; luna RNK; Y RNK1; 3; 1; 3; 4Razliita regulatorna funkcijaSingle-copy/klasterimiRNK (22nt)>70 familijaOko 1000Regulacija ekspresijeUnutar genapiRNK89 klastera>15000Kontrola transpozicijeOko 170 piRNK gena po klasteruEndo siRNK (21-22nt)mnogo>10000 (kod mieva)Regulacija ekspresijeklasteriDuge ncRNK (>1kb)mnogo>3000Regulacija ekspresijeSingle-copyRibozomalni RNK (rRNK) geni16S i 23S mitondrijalni rRNK molekuli4 tipa citoplazmatinih rRNK28S, 5.8S i 18S rRNK - na kratkim kracima hromozoma 13, 14, 15, 21 i 225S rRNK 1q41-42

Transportni RNK (tRNK) geniPreko 500 citoplazmatinih tRNK molekula su kodirani od strane jedarnih gena, a 324 tRNK pseudogenaCitoplazmatine tRNK su grupisane u 49 grupa prema specifinostima njihovih antikodona(61 kodon 46 vrsta humanih tRNK, promenljivost na treoj baznoj poziciji kodona)tRNK geni se nalaze dispergovani kroz ceo humani genom (nema ih na 22 i Y hromozomu)280 tRNK gena na hromozomu 6 (4 Mb na 6p2) i hromozomu 1, a dosta ih se nalazi i na hromozomu 7Mali jedarni RNK (snRNK) genisnRNK i snoRNK se kodiraju veinom dispergovanim, umereno velikim familijama genaHeterogena grupa snRNK molekula ukljuuje mnoge koji su bogati uridinom nazvanim npr. U3 snRNK U1, U2, U4, U5 i U6 vea subjedinica splajsozoma; iseca GU-AG veze intronaU4atac, U6atac, U11 i U12 manja subjedinica splajsozoma; AU-AC introniU2 RNK geni su locirani na 17q21-22 (visoko promenljiv u broju jedinica ponavljanja, 6-30), RNU2 lokusU1 RNK geni su grupisani na 1p36.1 (30 kopija), RNU1 lokusMali nukleolarni RNK (snoRNK) geniVelika grupa snoRNK je veinom uposlena u jedarcetu da upuuje ili navodi modifikacije baza vezane rRNK, ali se za njih takoe smatra da izvode modifikacije baza i drugih stabilnih RNK (U6 snRNK); 60-300ntC/D grupe snoRNK metilacija 2-O riboze specifinih za mesto (105-107 varijacija ovih metilacija u rRNK)H/ACA snoRNK ukljueni u pseudouridilacije koje su specifine za mesto (uridinpseudouridin; 95 potrebno za rRNK)snoRNK geni se esto nalaze unutar introna drugih gena (veina je sa jednom kopijom i dispergovana)Mali Cajal body RNK (scaRNK) geniUloga u procesovanju snRNK25 gena, svaki kodira posebnu scaRNAU okviru introna drugih gena i prepisuje ih RNK polimeraza IIMikro RNK molekuli (miRNK)Priblino 22 nukleotida dugaki RNK molekuli koji funkcioniu kao antisens regulatori drugih genaIzvedeni iz 70 nukleotida dugakih prekursora (sadre invertovani ponovak koji doputa dvolananu RNK ukosnicu)Dicer RNAza III ribonukleaza obrada prekursorske RNK Vre inhibiciju translacije potiskujui sintezu proteina ciljnog gena; kod biljaka su znaajni kao razvojni regulatori; dobro su evoluciono ouvaniutvreno oko 700 humanih miRNK gena (dispergovani, ima i dokaza grupisanja)7 miRNK gena unutar 0,8 regiona na hromozomu 13Piwi-protein-interacting RNK (piRNK)Nalaze se u germinativnim elijskim linijama24-31 ntGlavna uloga u kontroli transpozona koji se premetaju putem retrotranspozicijeUloga i u kontroli ekspresije genaDo sada naeno 15000 razliitih piRNK kod oveka i predstavljaju najvarijabilniju RNK familiju89 genomskih intervala duine 10-75kbMultigenski transkripti koji sadre hiljade piRNK se obraujuEndogene male interferirajue RNK (siRNK)Jedna od najvarijabilnijih klasa RNKRezultat su produkcije ograniene koliine dsRNK koja nastaje spontano u eliji (npr. usled sluajne transkripcije pseudogena)Geni koji kodiraju umerene do velike regulatorne RNK molekuleRastui broj gena kodiraju umerene do velike nekodirajue RNK sa poznatim ili oekivanim regulatornim funkcijamaUkljuuju gene koji specifikuju 7SK RNK (negativni transkripcioni regulator elongacije RNK polimeraze II), SRA1 RNK (steroid receptor aktivator), XIST (centralan u inaktivaciji X hromozoma epigenetska regulacija)