DNA לא-מקודד
DNA לא-מקודד הוא חלק מה-DNA הנמצא ביצורים, אשר אינו מתורגם לחלבונים. עם זאת, חלק ממנו יכול לעבור שעתוק ל-RNA לא-מקודד, כגון tRNA, ו-rRNA. ל-DNA הלא-מקודד עשויים להיות תפקודים חשובים, כגון בקרה על תהליכי השעתוק והתרגום של DNA מקודד, וכן תפקוד כטלומרים, צנטרומרים, ועוד. חלק נוסף של ה-DNA הלא-מקודד עשוי להיות חסר תפקוד ביולוגי כלשהו, ומכונה DNA לא-תפקודי. אחוז נוסף של ה-DNA הלא-מקודד עשוי להיות DNA אנוכיי שהוא בעל תפקוד המועיל רק לעצמו אך לא ליצור הנושא אותו, דוגמת טרנספוזונים.
אחוז ה-DNA הלא-מקודד מתוך הגנום משתנה מאוד בין יצורים שונים. אצל פרוקריוטים בעיקר האחוז שלו נמוך, בעוד שבאויקריוטים הוא גבוה, אך משתנה מאוד בין טקסונים שונים ולעיתים אפילו בין מינים קרובים. באדם הוא מהווה כ-98% עד 99% מן הגנום.
ישנה מחלוקת מדעית לגבי אחוז ה-DNA הלא-מקודד שיש לו תפקוד בהשוואה לאחוז של DNA לא-תפקודי. בפרסומים של מיזם ה-ENCODE (ראשי תיבות של האנציקלופדיה העולמית לאלמנטי ה-DNA) נטען כי ל-80% מהגנום האנושי יש פעילות ביוכימית. עם זאת, ישנם חוקרים אשר סוברים שיש להבדיל בין פעילות ביוכימית לתפקוד ביולוגי. לפי הערכות המבוססות על גנומיקה השוואתית כ-8-15% מה-DNA האנושי הוא בעל תפקוד ביולוגי.
אחוז ה-DNA הלא-מקודד
עריכה
ערך מורחב – תעלומת ערך C
הכמות והאחוז של ה-DNA הלא-מקודד משתנה מאוד בין יצורים שונים. לדוגמה, בתחילה סברו ש-98% מהגנום האנושי לא-מקודד, בעוד 20% מגנום פרוקריוטי אינו מקודד.
ניתן לומר כי באופן כללי, ככל שגודל הגנום (ובתוכו ה-DNA הלא-מקודד) גדול יותר, כך היצור מורכב יותר. עם זאת, ישנם יוצאי דופן רבים. לדוגמה, ליצור החד-תאי Polychaos dubium ישנו גנום הגדול פי 200 מאשר לאדם. לדג הפוגו יש גנום הקטן פי שמונה מאדם ומספר גנים דומה לאדם, וכ-90% מה-DNA אינו מקודד. נראה שרוב ההבדלים בגודל הגנום של יצורים נמצא באזורים שאינם מקודדים.
סוגים של DNA לא-מקודד
עריכהRNA לא-מקודד
עריכה- ערך מורחב – RNA לא-מקודד
מולקולות RNA שאינן מתורגמות לחלבונים, אך בעלות פעילות ביולוגית אחרת, כגון RNA ריבוזומלי, tRNA ו-microRNA. ה-microRNA נחזה כמבקר של כ-30% מהגנים ביונקים, ומהווים מרכיבים חשובים בהתפתחות וטיפול במחלות שונות, כולל סרטן, מחלות קרדיווסקולריות ותגובת דלקתית.
אלמנטי בקרה בציס ובטרנס
עריכהאלמנטי בקרה הנמצאים בציס הם רצפים המבקרים את שעתוקם של גנים סמוכים. אלמנטים רבים כאלה מעורבים באבולוציה של ההתפתחות. אלמנטי בקרה הנמצאים בטרנס פועלים על גנים רחוקים. פרומוטורים מבקרים ביטוי של גן סמוך ונמצאים מיד במעלה הזרם לאותו הגן. מעצם יכול להמצא במרחק רב מהגן ולהשפיע רבות על ביטוי הגן.
אינטרונים
עריכהאינטרון הוא האזור הלא-מקודד שנמצא בתוך רצף מקודד. הוא משועתק מרצף ה-DNA, אך בשלבי העיבוד של מולקולות ה-mRNA האינטרונים מוצאים.
פסואדוגנים
עריכהפסאודוגן הוא רצף ב-DNA אשר דומה לרצף של גן, אך הוא אינו מקודד. מקורם הוא בפעילות של רטרוטרנספוזונים או הכפלה של גן מסוים, והם נותרים בגנום. הם מכונים "מאובן גנומי" מכיוון שאינם מתפקדים הודות למוטציות אשר מונעות את שעתוק הגן.
רצפים חוזרניים, טרנספוזונים ואלמנטים נגיפיים
עריכהטרנספוזונים ורטרוטרנספוזונים הם רצפי DNA בעלי יכולת ניידות בתוך הגנום. בתנודתם הם משאירים רצפים חוזרניים פזורים ברחבי הגנום, אותם נהוג לקטלג לפי אורכם לרצפי LINE ו-SINE. רצפים אלו מהווים אחוז גבוה מהגנום של יצורים רבים. ישנם רצפים חוזרניים נוספים שמקורם ברטרוטרנספוזונים, כגון רצפי Alu, שהם הנפוצים ביותר בגנום האנושי. ישנם עדויות לכך שרצפי SINE גרמו לפעילות שעתוקית של גנים.
רצפים אנדוגניים של רטרו-וירוסים הם תוצרים של שעתוק לאחור של גנומים של רטרו-וירוסים לתוך הגנום של תאי מין. מוטציות ברצפים שעברו שעתוק לאחור יכולים להוציא מכלל פעולה את הגנום הנגיפי.
מעל 8% מהגנום האנושי מקורו ברצפים אנדוגניים של רטרו-וירוסים, 42% מקורו ברטרוטרנספוזונים ו-3% מקורו בטרנספוזונים. מקור יתרת ה-DNA שאינו מקודד לא ידוע. מדענים משערים כי מקורו באלמנטים ניידים שהיו פעילים לפני כ-200 מיליון שנים, ובזמן שחלף מאז נוצרו מוטציות ברצפים אלו אשר מונעים מאיתנו לזהות את מקורם.
גודל הגנום של לפחות שני סוגי צמחים נובע בעיקר מרצפי רטרוטרנספוזונים.
טלומרים
עריכהטלומר הוא רצף DNA חוזרני הממוקם בקצה הכרומוזום ומגן עליו בזמן שכפול ה-DNA.
שימושים של DNA לא-מקודד
עריכהרצפי DNA רבים שאינם מקודדים הם בעלי חשיבות ביולוגית רבה כפי שנלמד בשיטות של גנומיקה השוואתית, אשר בהם רואים אזורים של DNA שאינו מקודד בעל שמירות אבולוציונית גבוהה, מה שיכול להעיד על לחץ סלקטיבי לשמירות על האזורים הללו. לדוגמה, באזורים השמורים בין הגנומים של האדם והעכבר, שנפרדו מאב קדמון משותף לפני כ-70 מיליון שנים, רק 20% מה-DNA השמור הוא באזורים מקודדים, כאשר יתר ה-80% נמצא באזורים שאינם מקודדים. מפות תאחיזה מגלות לעיתים אזורים הנמצאים בתאחיזה למחלות מסוימות, אך אינם מכילים בתוכם גנים פעילים, מה שמציע שהמוטציות שגורמות למחלה נמצאים באזורים הלא-מקודדים. חשיבותם של אזורים אלה בהקשר של מחלת הסרטן נחקר.
SNP באזור לא-מקודד נמצא קשור למחלות מסוימות, כמו הפטיטיס C וסוג של סרטן העצמות (Ewing sarcoma) הפוגע בילדים.
רצפים מסוימים של DNA לא-מקודד תורמים למבנה הכרומוזום, כגון צנטרומרים, אשר חשובים גם לתהליך המיוזה.
מחקר שערך השוואה בין 300 יצורים פרוקריוטים ו-30 יצורים אאוקריוטים, טען כי ליצור אאוקריוטי דרושה כמות מינימלית של DNA לא-מקודד. כמות זו ניתנת לחיזוי על ידי הערכה של מורכבות רשת הבקרה הגנטית של היצור. באדם כמות זו מוערכת ב-5%.
הגנה על הגנום
עריכהDNA שאינו מקודד יוצר רווחים גדולים בין הגנים, כך שהיווצרותה של מוטציה, בין אם זו מוטציית חסר או הוספה, לא תגרום להסטה של מסגרת הקריאה. בנוסף, עצם נוכחותם מורידה את ההסתברות לפגיעה ב-DNA מקודד. יתר על כך, ביצורים מורכבים ישנם רווחים גם בתוך הגנים אינטרונים, הממזערים את הפגיעה הפוטנציאלית בחלבונים. הוצע גם שהאזורים שאינם מקודדים מגינים על הגנים במהלך תהליך שחלוף.
מפסק גנומי
עריכהישנם רצפי DNA לא-מקודדים אשר מבקרים היכן ומתי גנים מבוטאים. לדוגמה, נמצא לאחרונה lncRNA אשר מונע התפתחות של סרטן השד בפעולה של מפסק גנומי.
בקרת גנים
עריכה- ערך מורחב – בקרת גנים
ישנם רצפי DNA לא-מקודד אשר קובעים רמות ביטוי של גנים שונים. בנוסף, שינויים נקודתיים ברצפים שאינם מקודדים נתגלו כמשפיעים על רמות הביטוי של mRNA באמצעות מיפוי eQTLים. שינויים בנוקליאוטידים מסוימים במחלות מסוימות נמצא בהתאמה לרמות ביטוי של mRNA או של mRNA בעל פונקציה משותפת.
אתרי קישור לגורמי שעתוק
עריכה- ערך מורחב – גורם שעתוק
ישנם גורמי שעתוק אשר נקשרים לרצף DNA ספציפי, בין אם הוא בעל יכולת קידוד או לא. באמצעות הקישור הזה הוא מבקר פעילות שעתוקית של גן, ההופכת אותו ממולקולת DNA למולקולת RNA. אתרי הקישור יכולים להיות בכל רחבי הגנום, ללא קשר למרחק לגן אותו הוא מבקר.
אופרטורים
עריכהאופרטור הוא מקטע של DNA אליו יכול להקשר דכאן (רפרסור). דכאן הוא חלבון הנקשר ל-DNA ומבקר את הביטוי של גנים על ידי חסימת הקישור של RNA פולימראז לקדם של גנים, ובכך מונע בצורה פיזית את שעתוקם.
מעצמים
עריכה- ערך מורחב – מעצם
מעצם הוא אזור קצר ב-DNA אליו יכולים חלבונים כגון גורמי שעתוק להקשר, ובכך הם מעצימים את רמות הביטוי של גן המטרה. אתר המעצם נמצא הבדרך כלל רחוק מהגן עליו הוא פועל.
משתיקים
עריכה- ערך מורחב – משתיק (גנטיקה)
משתיק הוא אזור ב-DNA אשר מונע ביטוי של גנים כאשר קשורים אליו חלבוני בקרה. הוא פועל בצורה הפוכה למעצם בכך שהוא משתיק את הביטוי של גני המטרה.
קדמים
עריכה- ערך מורחב – קדם
קדם הוא אזור ב-DNA אשר מבקר את הפעילות השעתוקית של הגן הסמוך לו. הוא משמש אתר הקישור של RNA פולימראז גורמי שעתוק וחלבוני בקרה נוספים.
מבודדים
עריכהמבודד הוא אזור שיכול לחסום את השפעתו של מעצם, ולעיתים גם התפשטות הטרוכרומטין. ניתן לדמות זאת לסימון של נקודה בסוף משפט.
