Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
-
- Μέλη που αποχώρησαν
- Δημοσιεύσεις: 4468
- Εγγραφή: 11 Απρ 2018, 17:44
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Barbara McClintock: σκέψη για την αλλαγή του γονιδιώματος ως γνωστική απόκριση στην πρόκληση
Εκτός από τις ανακαλύψεις της μοριακής βιολογίας, η σκέψη του 21ου αιώνα ωφελείται από ένα άλλο σημαντικό σκέλος της έρευνας του 20ου αιώνα - τις κυτταρογενετικές μελέτες του McClintock που την οδήγησαν να αναγνωρίσει τις εσωτερικές δυνατότητες που διαθέτουν τα κύτταρα για την επιδιόρθωση και την αναδιάρθρωση των γονιδιωμάτων τους. Ξεκινώντας τη δεκαετία του 1930 με αναδιατάξεις χρωμοσωμάτων που προκλήθηκαν από ακτίνες Χ, ανέλυσε πώς τα κύτταρα αραβοσίτου αντιμετώπισαν σπασμένα άκρα. Αυτές οι μελέτες της έμαθαν ότι ο αραβόσιτος είχε την ικανότητα να ανιχνεύει σπασμένα άκρα, να τα φέρει μαζί και να τους συντήξει για να δημιουργήσει νέες δομές χρωμοσωμάτων, συμπεριλαμβανομένων διαγραφών, αντιστροφών, μετατοπίσεων και δακτυλίων [7–11]. Διαπίστωσε επίσης ότι τα κύτταρα στο έμβρυο, αλλά όχι στο τελικώς διαφοροποιημένο ενδοσπέρμα, θα μπορούσαν να «θεραπεύσουν» ένα μόνο σπασμένο άκρο με την προσθήκη ενός τελομερούς. Κατά τη διάρκεια της αξιοποίησης αυτών των δυνατοτήτων επισκευής για τη δημιουργία ελλείψεων στο χρωμόσωμα αραβοσίτου IX, έκανε την ανακάλυψη μεταφερόμενων στοιχείων, για τα οποία είναι πλέον γνωστή σήμερα [12].
Παρόλο που η γενική άποψη είναι ότι η ανακάλυψη της μεταφοράς του McClintock ήταν πολύ σημαντική για την αποκάλυψη ενός νέου μηχανισμού γονιδιωματικής αλλαγής, η ίδια έδωσε έμφαση σε μια άλλη πτυχή της δουλειάς της. Στη συνομιλία, συχνά έλεγε ότι ενδιαφερόταν πολύ περισσότερο για τον έλεγχο απ 'ό, τι ήταν στη μεταφορά. Με αυτό, σήμαινε ότι η ικανότητα των φυτών αραβοσίτου της να ρυθμίζει την έκφραση και να αναδιαρθρώνει τα γονιδιώματά τους σύμφωνα με τις ανάγκες τους ήταν πιο σημαντική από τους μηχανισμούς της αναδιάταξης χρωμοσωμάτων. Ενδιαφερόταν κυρίως για την αισθητηριακή ικανότητα και τη λήψη αποφάσεων (δηλαδή, γνωστική) των κυττάρων με κατεστραμμένα γονιδιώματα. Όπως το εξέφρασε στο τέλος της διάλεξης για το βραβείο Νόμπελ: «Στο μέλλον, αναμφίβολα η προσοχή θα επικεντρωθεί στο γονιδίωμα, με μεγαλύτερη εκτίμηση της σημασίας του ως ένα πολύ ευαίσθητο όργανο του κυττάρου που παρακολουθεί τις γονιδιωματικές δραστηριότητες και διορθώνει κοινά λάθη, αισθάνεται ασυνήθιστα και απροσδόκητα γεγονότα και ανταποκρίνεται σε αυτά, συχνά αναδιαρθρώνοντας το γονιδίωμα »[1]. Στην επόμενη ενότητα, θα δούμε πόσο προφητικό και συμβατό με τη μοριακή ανάλυση ήταν το όραμά της.
Το γονιδίωμα ως σύστημα μνήμης ανάγνωσης-εγγραφής (RW), όχι σχεδιάγραμμα οργανισμού
Οι πρωτοπόροι μοριακοί βιολόγοι ανέμεναν να παρέχουν μια σταθερή φυσική-χημική βάση για την παραδοσιακή άποψη του 20ου αιώνα ότι ο γονότυπος καθορίζει τον φαινότυπο και ότι ο γονότυπος αλλάζει κατά λάθος κατά την αναπαραγωγή [13]. Αυτή η προσδοκία για μονόδρομη κυτταρική μεταφορά πληροφοριών διατυπώθηκε πιο σύντομα στο Κεντρικό Δόγμα της Μοριακής Βιολογίας του Crick [14]. Ακόμα και όταν ο Temin και ο Mitzutani ανακάλυψαν την αντίστροφη μεταγραφάση [15], ο Crick επέμεινε ότι το γονιδίωμα ήταν η πηγή φαινοτυπικών πληροφοριών και ότι τα νουκλεϊκά οξέα ως τάξη ήταν τα βασικά μόρια πληροφοριών του κυττάρου [16].
Εκτός από τις ανακαλύψεις της μοριακής βιολογίας, η σκέψη του 21ου αιώνα ωφελείται από ένα άλλο σημαντικό σκέλος της έρευνας του 20ου αιώνα - τις κυτταρογενετικές μελέτες του McClintock που την οδήγησαν να αναγνωρίσει τις εσωτερικές δυνατότητες που διαθέτουν τα κύτταρα για την επιδιόρθωση και την αναδιάρθρωση των γονιδιωμάτων τους. Ξεκινώντας τη δεκαετία του 1930 με αναδιατάξεις χρωμοσωμάτων που προκλήθηκαν από ακτίνες Χ, ανέλυσε πώς τα κύτταρα αραβοσίτου αντιμετώπισαν σπασμένα άκρα. Αυτές οι μελέτες της έμαθαν ότι ο αραβόσιτος είχε την ικανότητα να ανιχνεύει σπασμένα άκρα, να τα φέρει μαζί και να τους συντήξει για να δημιουργήσει νέες δομές χρωμοσωμάτων, συμπεριλαμβανομένων διαγραφών, αντιστροφών, μετατοπίσεων και δακτυλίων [7–11]. Διαπίστωσε επίσης ότι τα κύτταρα στο έμβρυο, αλλά όχι στο τελικώς διαφοροποιημένο ενδοσπέρμα, θα μπορούσαν να «θεραπεύσουν» ένα μόνο σπασμένο άκρο με την προσθήκη ενός τελομερούς. Κατά τη διάρκεια της αξιοποίησης αυτών των δυνατοτήτων επισκευής για τη δημιουργία ελλείψεων στο χρωμόσωμα αραβοσίτου IX, έκανε την ανακάλυψη μεταφερόμενων στοιχείων, για τα οποία είναι πλέον γνωστή σήμερα [12].
Παρόλο που η γενική άποψη είναι ότι η ανακάλυψη της μεταφοράς του McClintock ήταν πολύ σημαντική για την αποκάλυψη ενός νέου μηχανισμού γονιδιωματικής αλλαγής, η ίδια έδωσε έμφαση σε μια άλλη πτυχή της δουλειάς της. Στη συνομιλία, συχνά έλεγε ότι ενδιαφερόταν πολύ περισσότερο για τον έλεγχο απ 'ό, τι ήταν στη μεταφορά. Με αυτό, σήμαινε ότι η ικανότητα των φυτών αραβοσίτου της να ρυθμίζει την έκφραση και να αναδιαρθρώνει τα γονιδιώματά τους σύμφωνα με τις ανάγκες τους ήταν πιο σημαντική από τους μηχανισμούς της αναδιάταξης χρωμοσωμάτων. Ενδιαφερόταν κυρίως για την αισθητηριακή ικανότητα και τη λήψη αποφάσεων (δηλαδή, γνωστική) των κυττάρων με κατεστραμμένα γονιδιώματα. Όπως το εξέφρασε στο τέλος της διάλεξης για το βραβείο Νόμπελ: «Στο μέλλον, αναμφίβολα η προσοχή θα επικεντρωθεί στο γονιδίωμα, με μεγαλύτερη εκτίμηση της σημασίας του ως ένα πολύ ευαίσθητο όργανο του κυττάρου που παρακολουθεί τις γονιδιωματικές δραστηριότητες και διορθώνει κοινά λάθη, αισθάνεται ασυνήθιστα και απροσδόκητα γεγονότα και ανταποκρίνεται σε αυτά, συχνά αναδιαρθρώνοντας το γονιδίωμα »[1]. Στην επόμενη ενότητα, θα δούμε πόσο προφητικό και συμβατό με τη μοριακή ανάλυση ήταν το όραμά της.
Το γονιδίωμα ως σύστημα μνήμης ανάγνωσης-εγγραφής (RW), όχι σχεδιάγραμμα οργανισμού
Οι πρωτοπόροι μοριακοί βιολόγοι ανέμεναν να παρέχουν μια σταθερή φυσική-χημική βάση για την παραδοσιακή άποψη του 20ου αιώνα ότι ο γονότυπος καθορίζει τον φαινότυπο και ότι ο γονότυπος αλλάζει κατά λάθος κατά την αναπαραγωγή [13]. Αυτή η προσδοκία για μονόδρομη κυτταρική μεταφορά πληροφοριών διατυπώθηκε πιο σύντομα στο Κεντρικό Δόγμα της Μοριακής Βιολογίας του Crick [14]. Ακόμα και όταν ο Temin και ο Mitzutani ανακάλυψαν την αντίστροφη μεταγραφάση [15], ο Crick επέμεινε ότι το γονιδίωμα ήταν η πηγή φαινοτυπικών πληροφοριών και ότι τα νουκλεϊκά οξέα ως τάξη ήταν τα βασικά μόρια πληροφοριών του κυττάρου [16].
Αυτομπαναρισμενος επ αόριστον
-
- Μέλη που αποχώρησαν
- Δημοσιεύσεις: 4468
- Εγγραφή: 11 Απρ 2018, 17:44
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Μια ανασκόπηση των τελευταίων πέντε δεκαετιών της βιολογίας των μοριακών κυττάρων, συμπεριλαμβανομένης μιας ανάλυσης του τρόπου λειτουργίας του κινητού DNA, οδηγεί σε μια εντυπωσιακά διαφορετική εικόνα της κυτταρικής πληροφορικής [17, 18]. Αντιλαμβανόμαστε ότι το DNA από μόνο του είναι αδρανές. Πρέπει να αλληλεπιδρά με άλλα μόρια για μεταγραφή, αντιγραφή, μετάδοση σε θυγατρικά κύτταρα και επισκευή. Το DNA δεν αλλάζει από μόνο του, ακόμη και όταν έχει καταστραφεί. Οι σημειακές μεταλλάξεις και οι αναδιατάξεις του DNA εξαρτώνται από τη δράση των μορίων πρωτεΐνης και RNA, και πολλοί οργανισμοί υφίστανται αναδιαρθρώσεις γονιδιώματος ως απαραίτητο μέρος του φυσιολογικού κύκλου ζωής [19–22]. Πολλή επεξεργασία κυτταρικής πληροφορίας συμβαίνει έξω από το γονιδίωμα - για παράδειγμα, επεξεργασία μεταγραφής, επεξεργασία πρωτεϊνών και διακόσμηση και μεταγωγή σήματος - ωστόσο, τα αποτελέσματα αυτής της επεξεργασίας πληροφοριών τροφοδοτούν επίσης το γονιδίωμα με τη μορφή αλλαγών στα συμπλέγματα νουκλεοπρωτεϊνών, διαμορφώσεις χρωματίνης , υποπυρηνοειδής ή υποπυρηνικός εντοπισμός και αλληλουχίες ή δομικές αλλαγές. Με άλλα λόγια, το κελί είναι μια πολυεπίπεδη οντότητα επεξεργασίας πληροφοριών και το γονιδίωμα είναι μόνο ένα μέρος ολόκληρου του διαδραστικού συμπλέγματος.
Μπορούμε να συνοψίσουμε την αλλαγή από την απλή γραμμική άποψη του Κεντρικού Δόγματος στη σημερινή περίπλοκη εικόνα που βασίζεται σε συστήματα κυτταρικής πληροφορικής, γράφοντας μοριακά γεγονότα μεταφοράς πληροφοριών ως σύνολα προτάσεων Boolean (προσαρμοσμένο από [18]):
Μπορούμε να συνοψίσουμε την αλλαγή από την απλή γραμμική άποψη του Κεντρικού Δόγματος στη σημερινή περίπλοκη εικόνα που βασίζεται σε συστήματα κυτταρικής πληροφορικής, γράφοντας μοριακά γεγονότα μεταφοράς πληροφοριών ως σύνολα προτάσεων Boolean (προσαρμοσμένο από [18]):
Αυτομπαναρισμενος επ αόριστον
-
- Μέλη που αποχώρησαν
- Δημοσιεύσεις: 4468
- Εγγραφή: 11 Απρ 2018, 17:44
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Crick's central dogma of molecular biology:
1.
DNA == >2X DNA
2.
DNA == > RNA == > protein == > phenotype
Contemporary picture of molecular information transfers:
1.
DNA + 0 == > 0
2.
DNA + protein + ncRNA == > chromatin
3.
Chromatin + protein + ncRNA == > DNA replication, chromatin maintenance/reconstitution
4.
Protein + RNA + lipids + small molecules == > signal transduction
5.
Chromatin + protein + signals == > RNA (primary transcript)
6.
RNA + protein + ncRNA == > RNA (processed transcript)
7.
RNA + protein + ncRNA == > protein (primary translation product)
8.
Protein + nucleotides + Ac-CoA + SAM + sugars + lipids == > processed and decorated protein
9.
DNA + protein == > new DNA sequence (mutator polymerases)
10.
Signals + chromatin + protein == > new DNA structure (DNA rearrangements subject to stimuli)
11.
RNA + protein + chromatin == > new DNA structure (retrotransposition, retroduction, retrohoming)
12.
Signals + chromatin + proteins + ncRNA + lipids == > nuclear/nucleoid localization
SUMMARY: DNA + protein + ncRNA + signals + other molecules < == > Genome structure and phenotype
A helpful analogy for the role of the genome in cellular informatics is as a RW memory system. This is a fundamentally different idea from the conventional 20th century view of the genome as a read-only memory (ROM) subject to accidental change. DNA is a multivalent storage medium capable of holding information in nucleotide sequences, chemical modifications, and nucleoprotein complexes. In thinking about how the cell writes information back onto the genome, we can discriminate roughly three different time scales:
1.
within the cell cycle, where the formation and dissolution of transient nucleoprotein complexes predominate;
2.
over several cell cycles, where heritable chromatin configurations can be passed on and then erased or re-imprinted;
3.
over evolutionary time, where sequence variation and genome restructuring play major roles in the emergence of novel characters and adaptive functions.
In this review, our focus is on evolution. So it is most appropriate to ask what lessons we have learned from genome sequencing. There are many, and we discuss the ones that are most relevant to the action of mobile DNA.
What genomes teach
Protein evolution by exon shuffling
From the first experiments clarifying the composite structure of lambda repressor in the late 1970s [23], it has become increasingly clear that proteins are largely composed of independently folding and functional domains [24]. At the start of the 21st century, the Nature paper reporting the draft human genome contained two figures which illustrated the way the transcription factor and chromatin binding proteins have changed by domain accretion and swapping as they evolved from yeast to mammals [25]. The emergence of novel domains and protein evolution by a combinatorial process of domain shuffling are now widely recognized as the major routes to functionally novel molecules. It is of fundamental conceptual significance that the genomic basis of domain-swapping involves the rearrangement of coding segments (exons) rather than the sequential accumulation of random single base/single amino acid changes. Mobile DNA movements, rather than replication errors, serve as the primary engines of protein evolution.
Both laboratory experiments and genome sequences have documented roles for well-characterized mobile elements in the origin of novel exons and in exon shuffling. By examining the sequences encoding known proteins, without applying RepeatMasker methods, Nekrutenko and Li discovered that over 4% of human mRNAs come from SINE (short interspersed nucleotide element) retrotransposons [26]. Since then, additional examples of 'exonization' of segments within mobile element and cDNA inserts have accumulated in the literature [27–29]. Incorporation of sequences from mobile elements into spliced transcripts typically produces exons that encode oligopeptides. Thus, we can recognize well-defined mobile DNA events (transposon or retrotransposon insertions) that are capable of rapidly generating the extended sequences needed to encode novel protein domains. In particular cases, transposase sequences have been exapted to encode DNA binding domains [30]. Since the genomic content of mobile elements is taxonomically specific [31], we may expect to see differences between phylogenetic branches in the new exons they produce.
There are well-documented cases in the DNA record where mobile element systems have served to mobilize, amplify and rearrange exons. The most striking case involves the more than 3000 Pack-MULEs (Mu-like elements) discovered in the rice genome [32]. These composite MULEs have inverted terminal repeats flanking combinations of exons and introns. In many cases, the Pack-MULE at a particular location is flanked by a short target site duplication indicating that it arrived by a transposition mechanism. Some Pack-MULEs contain complete protei
5000/5000
Character limit: 5000
Το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας του Crick:
1.
DNA ==> 2Χ DNA
2.
DNA ==> RNA ==> πρωτεΐνη ==> φαινότυπος
Σύγχρονη εικόνα μεταφοράς μοριακών πληροφοριών:
1.
DNA + 0 ==> 0
2.
DNA + πρωτεΐνη + ncRNA ==> χρωματίνη
3.
Χρωματίνη + πρωτεΐνη + ncRNA ==> Αναδιπλασιασμός DNA, συντήρηση / ανασύσταση χρωματίνης
4.
Πρωτεΐνη + RNA + λιπίδια + μικρά μόρια ==> μεταγωγή σήματος
5.
Chromatin + πρωτεΐνη + σήματα ==> RNA (πρωτεύον αντίγραφο)
6.
RNA + πρωτεΐνη + ncRNA ==> RNA (επεξεργασμένο αντίγραφο)
7.
RNA + πρωτεΐνη + ncRNA ==> πρωτεΐνη (κύριο προϊόν μετάφρασης)
8.
Πρωτεΐνες + νουκλεοτίδια + Ac-CoA + SAM + σάκχαρα + λιπίδια ==> επεξεργασμένη και διακοσμημένη πρωτεΐνη
9.
DNA + πρωτεΐνη ==> νέα αλληλουχία DNA (μεταλλαγμένες πολυμεράσες)
10.
Σήματα + χρωματίνη + πρωτεΐνη ==> νέα δομή DNA (αναδιατάξεις DNA που υπόκεινται σε ερεθίσματα)
11.
RNA + πρωτεΐνη + χρωματίνη ==> νέα δομή DNA (αναδρομική μετάθεση, αναδρομική, αναδρομική ροή)
12.
Σήματα + χρωματίνη + πρωτεΐνες + ncRNA + λιπίδια ==> εντοπισμός πυρηνικών / νουκλεοειδών
ΠΕΡΙΛΗΨΗ: DNA + πρωτεΐνη + ncRNA + σήματα + άλλα μόρια <==> Δομή γονιδιώματος και φαινότυπος
Μια χρήσιμη αναλογία για το ρόλο του γονιδιώματος στην κυτταρική πληροφορική είναι ως σύστημα μνήμης RW. Αυτή είναι μια θεμελιωδώς διαφορετική ιδέα από τη συμβατική άποψη του γονιδιώματος του 20ου αιώνα ως μνήμη μόνο για ανάγνωση (ROM) που υπόκειται σε τυχαία αλλαγή. Το DNA είναι ένα πολυδύναμο μέσο αποθήκευσης ικανό να συγκρατεί πληροφορίες σε αλληλουχίες νουκλεοτιδίων, χημικές τροποποιήσεις και σύμπλοκα νουκλεοπρωτεϊνών. Σκεπτόμενος πώς το κύτταρο γράφει πληροφορίες πίσω στο γονιδίωμα, μπορούμε να διακρίνουμε περίπου τρεις διαφορετικές χρονικές κλίμακες:
1.
εντός του κυτταρικού κύκλου, όπου κυριαρχεί ο σχηματισμός και η διάλυση παροδικών συμπλεγμάτων νουκλεοπρωτεϊνών.
2.
σε πολλούς κυτταρικούς κύκλους, όπου οι κληρονομικές διαμορφώσεις χρωματίνης μπορούν να μεταδοθούν και στη συνέχεια να διαγραφούν ή να εκτυπωθούν εκ νέου.
3.
με την εξέλιξη του χρόνου, όπου η παραλλαγή της ακολουθίας και η αναδιάρθρωση του γονιδιώματος διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην εμφάνιση νέων χαρακτήρων και προσαρμοστικών λειτουργιών.
Σε αυτήν την κριτική, η εστίασή μας είναι στην εξέλιξη. Επομένως, είναι πιο κατάλληλο να ρωτήσουμε ποια μαθήματα έχουμε μάθει από την αλληλουχία γονιδιώματος. Υπάρχουν πολλά και συζητάμε αυτά που σχετίζονται περισσότερο με τη δράση του κινητού DNA.
Τι διδάσκουν τα γονιδιώματα
Πρωτεϊνική εξέλιξη με ανακάτεμα εξονίων
Από τα πρώτα πειράματα που αποσαφηνίζουν τη σύνθετη δομή του καταστολέα λάμδα στα τέλη της δεκαετίας του 1970 [23], έγινε όλο και πιο σαφές ότι οι πρωτεΐνες αποτελούνται σε μεγάλο βαθμό από ανεξάρτητα αναδιπλούμενα και λειτουργικά πεδία [24]. Στις αρχές του 21ου αιώνα, το έγγραφο της Φύσης που ανέφερε το προσχέδιο ανθρώπινου γονιδιώματος περιείχε δύο σχήματα που απεικόνιζαν τον τρόπο με τον οποίο ο παράγοντας μεταγραφής και οι πρωτεΐνες που δεσμεύονται με χρωματίνη έχουν αλλάξει με την αύξηση του πεδίου και την ανταλλαγή καθώς εξελίχθηκαν από ζύμη σε θηλαστικά [25]. Η εμφάνιση νέων περιοχών και η εξέλιξη των πρωτεϊνών από μια συνδυαστική διαδικασία ανακατεύθυνσης τομέων αναγνωρίζονται πλέον ευρέως ως οι κύριες οδοί προς λειτουργικά νέα μόρια. Έχει θεμελιώδη εννοιολογική σημασία ότι η γονιδιωματική βάση της ανταλλαγής τομέων συνεπάγεται την αναδιάταξη κωδικοποιητικών τμημάτων (εξώνια) αντί της διαδοχικής συσσώρευσης τυχαίων μονών βάσεων / απλών αμινοξέων. Οι κινητές κινήσεις DNA, αντί για σφάλματα αναπαραγωγής, χρησιμεύουν ως οι κύριες μηχανές εξέλιξης των πρωτεϊνών.
Τόσο τα εργαστηριακά πειράματα όσο και οι αλληλουχίες γονιδιώματος έχουν τεκμηριώσει ρόλους για καλά χαρακτηρισμένα κινητά στοιχεία στην προέλευση των νέων εξονίων και στην αναδιάταξη εξονίων. Εξετάζοντας τις αλληλουχίες που κωδικοποιούν γνωστές πρωτεΐνες, χωρίς να εφαρμόσουν μεθόδους RepeatMasker, οι Nekrutenko και Li ανακάλυψαν ότι πάνω από το 4% των ανθρώπινων mRNA προέρχονται από ρετροτρανσποζόνια SINE (βραχείας διάσπαρσης νουκλεοτιδικού στοιχείου) [26]. Από τότε, πρόσθετα παραδείγματα «εξωνισμού» τμημάτων εντός κινητού στοιχείου και ένθετων cDNA έχουν συσσωρευτεί στη βιβλιογραφία [27–29]. Η ενσωμάτωση αλληλουχιών από κινητά στοιχεία σε συναρμολογημένα αντίγραφα παράγει συνήθως εξόνια που κωδικοποιούν ολιγοπεπτίδια. Έτσι, μπορούμε να αναγνωρίσουμε καλά καθορισμένα γεγονότα κινητού DNA (ενθέσεις transposon ή retrotransposon) που είναι ικανά να παράγουν γρήγορα τις εκτεταμένες αλληλουχίες που απαιτούνται για την κωδικοποίηση νέων περιοχών πρωτεΐνης. Σε συγκεκριμένες περιπτώσεις, οι αλληλουχίες τρανσποζάσης έχουν εξατμιστεί για να κωδικοποιούν περιοχές σύνδεσης DNA [30]. Δεδομένου ότι το γονιδιωματικό περιεχόμενο των κινητών στοιχείων είναι ταξινομικά εξειδικευμένο [31], ενδέχεται να περιμένουμε να δούμε διαφορές μεταξύ των φυλογενετικών κλάδων στα νέα εξόνια που παράγουν.
Υπάρχουν καλά τεκμηριωμένες περιπτώσεις στην εγγραφή DNA όπου συστήματα κινητών στοιχείων έχουν χρησιμεύσει για κινητοποίηση, ενίσχυση και αναδιάταξη εξονίων. Η πιο εντυπωσιακή θήκη περιλαμβάνει περισσότερα από 3000 Pack-MULEs (στοιχεία που μοιάζουν με Mu) που ανακαλύφθηκαν στο γονιδίωμα του ρυζιού [32]. Αυτά τα σύνθετα MULE έχουν ανεστραμμένες τελικές επαναλήψεις πλευρικών συνδυασμών εξονίων και ιντρονίων. Σε πολλές περιπτώσεις, το Pack-MULE σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία πλαισιώνεται από μια σύντομη επικάλυψη τοποθεσίας στόχου που δείχνει ότι έφτασε από έναν μηχανισμό μεταφοράς. Ορισμένα Pack-MULE περιέχουν πλήρη πρωτείνη
1.
DNA == >2X DNA
2.
DNA == > RNA == > protein == > phenotype
Contemporary picture of molecular information transfers:
1.
DNA + 0 == > 0
2.
DNA + protein + ncRNA == > chromatin
3.
Chromatin + protein + ncRNA == > DNA replication, chromatin maintenance/reconstitution
4.
Protein + RNA + lipids + small molecules == > signal transduction
5.
Chromatin + protein + signals == > RNA (primary transcript)
6.
RNA + protein + ncRNA == > RNA (processed transcript)
7.
RNA + protein + ncRNA == > protein (primary translation product)
8.
Protein + nucleotides + Ac-CoA + SAM + sugars + lipids == > processed and decorated protein
9.
DNA + protein == > new DNA sequence (mutator polymerases)
10.
Signals + chromatin + protein == > new DNA structure (DNA rearrangements subject to stimuli)
11.
RNA + protein + chromatin == > new DNA structure (retrotransposition, retroduction, retrohoming)
12.
Signals + chromatin + proteins + ncRNA + lipids == > nuclear/nucleoid localization
SUMMARY: DNA + protein + ncRNA + signals + other molecules < == > Genome structure and phenotype
A helpful analogy for the role of the genome in cellular informatics is as a RW memory system. This is a fundamentally different idea from the conventional 20th century view of the genome as a read-only memory (ROM) subject to accidental change. DNA is a multivalent storage medium capable of holding information in nucleotide sequences, chemical modifications, and nucleoprotein complexes. In thinking about how the cell writes information back onto the genome, we can discriminate roughly three different time scales:
1.
within the cell cycle, where the formation and dissolution of transient nucleoprotein complexes predominate;
2.
over several cell cycles, where heritable chromatin configurations can be passed on and then erased or re-imprinted;
3.
over evolutionary time, where sequence variation and genome restructuring play major roles in the emergence of novel characters and adaptive functions.
In this review, our focus is on evolution. So it is most appropriate to ask what lessons we have learned from genome sequencing. There are many, and we discuss the ones that are most relevant to the action of mobile DNA.
What genomes teach
Protein evolution by exon shuffling
From the first experiments clarifying the composite structure of lambda repressor in the late 1970s [23], it has become increasingly clear that proteins are largely composed of independently folding and functional domains [24]. At the start of the 21st century, the Nature paper reporting the draft human genome contained two figures which illustrated the way the transcription factor and chromatin binding proteins have changed by domain accretion and swapping as they evolved from yeast to mammals [25]. The emergence of novel domains and protein evolution by a combinatorial process of domain shuffling are now widely recognized as the major routes to functionally novel molecules. It is of fundamental conceptual significance that the genomic basis of domain-swapping involves the rearrangement of coding segments (exons) rather than the sequential accumulation of random single base/single amino acid changes. Mobile DNA movements, rather than replication errors, serve as the primary engines of protein evolution.
Both laboratory experiments and genome sequences have documented roles for well-characterized mobile elements in the origin of novel exons and in exon shuffling. By examining the sequences encoding known proteins, without applying RepeatMasker methods, Nekrutenko and Li discovered that over 4% of human mRNAs come from SINE (short interspersed nucleotide element) retrotransposons [26]. Since then, additional examples of 'exonization' of segments within mobile element and cDNA inserts have accumulated in the literature [27–29]. Incorporation of sequences from mobile elements into spliced transcripts typically produces exons that encode oligopeptides. Thus, we can recognize well-defined mobile DNA events (transposon or retrotransposon insertions) that are capable of rapidly generating the extended sequences needed to encode novel protein domains. In particular cases, transposase sequences have been exapted to encode DNA binding domains [30]. Since the genomic content of mobile elements is taxonomically specific [31], we may expect to see differences between phylogenetic branches in the new exons they produce.
There are well-documented cases in the DNA record where mobile element systems have served to mobilize, amplify and rearrange exons. The most striking case involves the more than 3000 Pack-MULEs (Mu-like elements) discovered in the rice genome [32]. These composite MULEs have inverted terminal repeats flanking combinations of exons and introns. In many cases, the Pack-MULE at a particular location is flanked by a short target site duplication indicating that it arrived by a transposition mechanism. Some Pack-MULEs contain complete protei
5000/5000
Character limit: 5000
Το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας του Crick:
1.
DNA ==> 2Χ DNA
2.
DNA ==> RNA ==> πρωτεΐνη ==> φαινότυπος
Σύγχρονη εικόνα μεταφοράς μοριακών πληροφοριών:
1.
DNA + 0 ==> 0
2.
DNA + πρωτεΐνη + ncRNA ==> χρωματίνη
3.
Χρωματίνη + πρωτεΐνη + ncRNA ==> Αναδιπλασιασμός DNA, συντήρηση / ανασύσταση χρωματίνης
4.
Πρωτεΐνη + RNA + λιπίδια + μικρά μόρια ==> μεταγωγή σήματος
5.
Chromatin + πρωτεΐνη + σήματα ==> RNA (πρωτεύον αντίγραφο)
6.
RNA + πρωτεΐνη + ncRNA ==> RNA (επεξεργασμένο αντίγραφο)
7.
RNA + πρωτεΐνη + ncRNA ==> πρωτεΐνη (κύριο προϊόν μετάφρασης)
8.
Πρωτεΐνες + νουκλεοτίδια + Ac-CoA + SAM + σάκχαρα + λιπίδια ==> επεξεργασμένη και διακοσμημένη πρωτεΐνη
9.
DNA + πρωτεΐνη ==> νέα αλληλουχία DNA (μεταλλαγμένες πολυμεράσες)
10.
Σήματα + χρωματίνη + πρωτεΐνη ==> νέα δομή DNA (αναδιατάξεις DNA που υπόκεινται σε ερεθίσματα)
11.
RNA + πρωτεΐνη + χρωματίνη ==> νέα δομή DNA (αναδρομική μετάθεση, αναδρομική, αναδρομική ροή)
12.
Σήματα + χρωματίνη + πρωτεΐνες + ncRNA + λιπίδια ==> εντοπισμός πυρηνικών / νουκλεοειδών
ΠΕΡΙΛΗΨΗ: DNA + πρωτεΐνη + ncRNA + σήματα + άλλα μόρια <==> Δομή γονιδιώματος και φαινότυπος
Μια χρήσιμη αναλογία για το ρόλο του γονιδιώματος στην κυτταρική πληροφορική είναι ως σύστημα μνήμης RW. Αυτή είναι μια θεμελιωδώς διαφορετική ιδέα από τη συμβατική άποψη του γονιδιώματος του 20ου αιώνα ως μνήμη μόνο για ανάγνωση (ROM) που υπόκειται σε τυχαία αλλαγή. Το DNA είναι ένα πολυδύναμο μέσο αποθήκευσης ικανό να συγκρατεί πληροφορίες σε αλληλουχίες νουκλεοτιδίων, χημικές τροποποιήσεις και σύμπλοκα νουκλεοπρωτεϊνών. Σκεπτόμενος πώς το κύτταρο γράφει πληροφορίες πίσω στο γονιδίωμα, μπορούμε να διακρίνουμε περίπου τρεις διαφορετικές χρονικές κλίμακες:
1.
εντός του κυτταρικού κύκλου, όπου κυριαρχεί ο σχηματισμός και η διάλυση παροδικών συμπλεγμάτων νουκλεοπρωτεϊνών.
2.
σε πολλούς κυτταρικούς κύκλους, όπου οι κληρονομικές διαμορφώσεις χρωματίνης μπορούν να μεταδοθούν και στη συνέχεια να διαγραφούν ή να εκτυπωθούν εκ νέου.
3.
με την εξέλιξη του χρόνου, όπου η παραλλαγή της ακολουθίας και η αναδιάρθρωση του γονιδιώματος διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην εμφάνιση νέων χαρακτήρων και προσαρμοστικών λειτουργιών.
Σε αυτήν την κριτική, η εστίασή μας είναι στην εξέλιξη. Επομένως, είναι πιο κατάλληλο να ρωτήσουμε ποια μαθήματα έχουμε μάθει από την αλληλουχία γονιδιώματος. Υπάρχουν πολλά και συζητάμε αυτά που σχετίζονται περισσότερο με τη δράση του κινητού DNA.
Τι διδάσκουν τα γονιδιώματα
Πρωτεϊνική εξέλιξη με ανακάτεμα εξονίων
Από τα πρώτα πειράματα που αποσαφηνίζουν τη σύνθετη δομή του καταστολέα λάμδα στα τέλη της δεκαετίας του 1970 [23], έγινε όλο και πιο σαφές ότι οι πρωτεΐνες αποτελούνται σε μεγάλο βαθμό από ανεξάρτητα αναδιπλούμενα και λειτουργικά πεδία [24]. Στις αρχές του 21ου αιώνα, το έγγραφο της Φύσης που ανέφερε το προσχέδιο ανθρώπινου γονιδιώματος περιείχε δύο σχήματα που απεικόνιζαν τον τρόπο με τον οποίο ο παράγοντας μεταγραφής και οι πρωτεΐνες που δεσμεύονται με χρωματίνη έχουν αλλάξει με την αύξηση του πεδίου και την ανταλλαγή καθώς εξελίχθηκαν από ζύμη σε θηλαστικά [25]. Η εμφάνιση νέων περιοχών και η εξέλιξη των πρωτεϊνών από μια συνδυαστική διαδικασία ανακατεύθυνσης τομέων αναγνωρίζονται πλέον ευρέως ως οι κύριες οδοί προς λειτουργικά νέα μόρια. Έχει θεμελιώδη εννοιολογική σημασία ότι η γονιδιωματική βάση της ανταλλαγής τομέων συνεπάγεται την αναδιάταξη κωδικοποιητικών τμημάτων (εξώνια) αντί της διαδοχικής συσσώρευσης τυχαίων μονών βάσεων / απλών αμινοξέων. Οι κινητές κινήσεις DNA, αντί για σφάλματα αναπαραγωγής, χρησιμεύουν ως οι κύριες μηχανές εξέλιξης των πρωτεϊνών.
Τόσο τα εργαστηριακά πειράματα όσο και οι αλληλουχίες γονιδιώματος έχουν τεκμηριώσει ρόλους για καλά χαρακτηρισμένα κινητά στοιχεία στην προέλευση των νέων εξονίων και στην αναδιάταξη εξονίων. Εξετάζοντας τις αλληλουχίες που κωδικοποιούν γνωστές πρωτεΐνες, χωρίς να εφαρμόσουν μεθόδους RepeatMasker, οι Nekrutenko και Li ανακάλυψαν ότι πάνω από το 4% των ανθρώπινων mRNA προέρχονται από ρετροτρανσποζόνια SINE (βραχείας διάσπαρσης νουκλεοτιδικού στοιχείου) [26]. Από τότε, πρόσθετα παραδείγματα «εξωνισμού» τμημάτων εντός κινητού στοιχείου και ένθετων cDNA έχουν συσσωρευτεί στη βιβλιογραφία [27–29]. Η ενσωμάτωση αλληλουχιών από κινητά στοιχεία σε συναρμολογημένα αντίγραφα παράγει συνήθως εξόνια που κωδικοποιούν ολιγοπεπτίδια. Έτσι, μπορούμε να αναγνωρίσουμε καλά καθορισμένα γεγονότα κινητού DNA (ενθέσεις transposon ή retrotransposon) που είναι ικανά να παράγουν γρήγορα τις εκτεταμένες αλληλουχίες που απαιτούνται για την κωδικοποίηση νέων περιοχών πρωτεΐνης. Σε συγκεκριμένες περιπτώσεις, οι αλληλουχίες τρανσποζάσης έχουν εξατμιστεί για να κωδικοποιούν περιοχές σύνδεσης DNA [30]. Δεδομένου ότι το γονιδιωματικό περιεχόμενο των κινητών στοιχείων είναι ταξινομικά εξειδικευμένο [31], ενδέχεται να περιμένουμε να δούμε διαφορές μεταξύ των φυλογενετικών κλάδων στα νέα εξόνια που παράγουν.
Υπάρχουν καλά τεκμηριωμένες περιπτώσεις στην εγγραφή DNA όπου συστήματα κινητών στοιχείων έχουν χρησιμεύσει για κινητοποίηση, ενίσχυση και αναδιάταξη εξονίων. Η πιο εντυπωσιακή θήκη περιλαμβάνει περισσότερα από 3000 Pack-MULEs (στοιχεία που μοιάζουν με Mu) που ανακαλύφθηκαν στο γονιδίωμα του ρυζιού [32]. Αυτά τα σύνθετα MULE έχουν ανεστραμμένες τελικές επαναλήψεις πλευρικών συνδυασμών εξονίων και ιντρονίων. Σε πολλές περιπτώσεις, το Pack-MULE σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία πλαισιώνεται από μια σύντομη επικάλυψη τοποθεσίας στόχου που δείχνει ότι έφτασε από έναν μηχανισμό μεταφοράς. Ορισμένα Pack-MULE περιέχουν πλήρη πρωτείνη
Αυτομπαναρισμενος επ αόριστον
-
- Μέλη που αποχώρησαν
- Δημοσιεύσεις: 4468
- Εγγραφή: 11 Απρ 2018, 17:44
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Κινητά στοιχεία και κανονιστική εξέλιξη
Σήματα μεταγραφής
Η εμφάνιση ενός νέου κωδικοποίησης ικανότητα σε ένα γενετικό τόπο συχνά προκύπτει από μεταβολές στις οϊδ-ενεργά ρυθμιστικά και σήματα επεξεργασίας χωρίς καμία αλλαγή στο περιεχόμενο εξόνιο. Το κινητό DNA είναι από καιρό γνωστό ότι παίζει ρόλο σε αυτό το είδος ρυθμιστικής αλλαγής. Οι φαινότυποι των πρώτων βακτηριακών μεταλλάξεων που είναι γνωστό ότι είναι στοιχεία IS (αλληλουχία εισαγωγής) προέκυψαν είτε από την απόκτηση μεταγραφικών σημάτων διακοπής [40] είτε από τη δημιουργία νέων θέσεων έναρξης μεταγραφής [41]. Στα ευκαρυωτικά, οι μεταλλάξεις που ενεργοποιούν τη μεταγραφή συνήθως προέκυψαν από την εισαγωγή στοιχείων ενισχυτή σε αναδρομικά στοιχεία LTR (επανάληψη μεγάλου τερματικού) [42]. Στην περίπτωση μίας πρωτεΐνης ρυθμιστή απόπτωσης, η σύγκριση γονιδιώματος δείχνει ότι οι ορθολογικές περιοχές κωδικοποίησης σε πρωτεύοντα και τρωκτικά απέκτησαν τα παράλληλα σήματα μεταγραφής από ανεξάρτητες παρεμβολές LTR retrotransposon [43]. Οι ακολουθίες των παρεμβολών στοιχείων Mu στον αραβόσιτο μπορούν να αλλάξουν τόσο τους τόπους έναρξης όσο και τους τερματισμούς για μεταγραφή [44]. Η εξέταση του ανθρώπινου γονιδιώματος έχει αποκαλύψει περισσότερες από 100 περιπτώσεις όπου τα στοιχεία Alu παρείχαν σήματα προσθήκης πολυΑ στο 3 'άκρο των εκφρασμένων αλληλουχιών [45]. Ο ρόλος των κινητών στοιχείων στην εξέλιξη των μεταγραφικών ρυθμιστικών ιστότοπων έχει τεκμηριωθεί εκτενώς από γονιδιωματικά δεδομένα από τη δεκαετία του 1990 [46, 47]. Πολλές από αυτές τις περιπτώσεις εμφανίζουν το είδος της ταξινομικής ειδικότητας που προβλέπεται από τη φυλογενετική κατανομή των transposons και των retrotransposons [48].
Σήματα συναρμολόγησης
Έχει περάσει πάνω από δύο δεκαετίες από Wessler και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν το μάτισμα του Ds προσθήκες στον αραβόσιτο [49]. Όχι μόνο το Ds συμπεριφέρεται ως κινητό ιντρόνιο. παρέχει επίσης εναλλακτικό μάτισμα [50]. Το ίδιο ισχύει και για τα ρετροτρανσποζόνια αραβοσίτου [51]. Το δυναμικό μιας μεμονωμένης γονιδιωματικής αλλαγής για την κωδικοποίηση πολλαπλών νέων προϊόντων έχει τεκμηριωθεί σε κουκιά, όπου η εισαγωγή ενός οικογενειακού τρανσποζονίου CACTA πραγματοποιεί ανακάτεμα εξονίων και παρέχει τοποθεσίες για εναλλακτική συναρμολόγηση [52]. Πρόσφατες μελέτες στο ανθρώπινο γονιδίωμα αρχίζουν να διευκρινιστούν οι απαιτήσεις για την παραγωγή νέων μοτίβα ματίσματος από ένθετα κινητό στοιχείο [53-55].
χρωματίνης σήματα
Η εισαγωγή ενός κινητού στοιχείου έχει βαθιά επίδραση στην τοπική διαμόρφωση χρωματίνης. Δεδομένου ότι ένας σημαντικός ρυθμιστικός μηχανισμός για τον έλεγχο της δραστηριότητας των κινητών στοιχείων είναι η ενσωμάτωση σε σιγασμένη χρωματίνη [56], μεμονωμένα ή συγκεντρωτικά στοιχεία χρησιμεύουν ως θέσεις πυρήνωσης για περιοχές ετεροχρωμίνης [57]. Ορισμένα στοιχεία, όπως ο τσιγγάνος στη Drosophila, φέρουν καθοριστικούς μονωτές χρωματίνης που συμβάλλουν σημαντικά στην επίδρασή τους στην έκφραση του γονιδιώματος [58]. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως η loci FWA και MEDEA στο Arabidopsis, με τυπωμένο έκφραση αντανακλά την δράση των μηχανημάτων RNAi σε ακολουθίες που προέρχονται από ένα κινητό στοιχείο [59]. Πρόσφατες μελέτες των αποτυπωμένων τόπων στους σπόρους Arabidopsis δείχνουν ότι τα κινητά στοιχεία παρείχαν πολλές από τις αλληλουχίες αναγνώρισης για επιγενετικό έλεγχο [60].
Η σύνδεση μεταξύ κινητών στοιχείων και χρωματίνης σημάτων λιγότερο καλά τεκμηριωμένη σε θηλαστικά. Ωστόσο, υπάρχουν ενδιαφέρουσες ενδείξεις ότι τα ρετροτρανσποζόνια ήταν κρίσιμα για την προέλευση ενός επιγενετικού καθεστώτος ελέγχου που είναι απαραίτητο για την εμφάνιση των θηλαστικών στην εξέλιξη. Τα πειράματα νοκ-άουτ σε ποντίκια δείχνουν ότι οι αποτυπωμένοι τόποι που προέρχονται από την οικογένεια ρετροτρανσώματος Ty3 / τσιγγάνων είναι απαραίτητοι για την ανάπτυξη του πλακούντα [61, 62]. Αυτές οι παρατηρήσεις υποδεικνύουν ότι η λειτουργική exaptation του ρετρομεταθετόνιου κωδικοποιητικών αλληλουχιών και σήματα που μεσολαβούν επιγενετικό ελέγχου τους έπαιξε ρόλο στην εξέλιξη του πλακούντα, μια σημαντική
αναπτυξιακή εφεύρεση.
ρυθμιστικά RNA
Αυτήν τη στιγμή μαθαίνουμε πόση ρύθμιση συμβαίνει μέσω της δράσης μικρών μορίων RNA. Η εξέταση των αλληλουχιών φυτικών γονιδιώματος έχει αποδείξει σημαντικούς δεσμούς πολλών μικρών RNAs με τρανσποζόνια DNA (μικροσκοπικά ανεστραμμένα-επαναλαμβανόμενα μετατιθέμενα στοιχεία - MITEs) [63] και οδήγησε στην πρόταση ότι η ρύθμιση si- και miRNA εξελίχθηκε από στοιχεία ελέγχου κινητών στοιχείων [64]. Τα ρύζι Pack-MULEs συνδέονται επίσης με μικρές αλληλουχίες κωδικοποίησης RNA [65]. Στο ανθρώπινο γονιδίωμα, 55 λειτουργικά χαρακτηριστικά και 85 μη χαρακτηρισμένα miRNA προέκυψαν από τρανσποζόνια και ρετροτρανσποζόνια [66]. Η σύγκριση με το γονιδίωμα του ποντικιού υποδεικνύει ότι τα miRNA που ταιριάζουν με τα στοιχεία L2 LINE και MIR SINE είναι αρχαία και διατηρημένα, ενώ αυτά που ταιριάζουν με τα στοιχεία L1 LINE και DNA είναι ειδικά για πρωτεύοντα. Όπως αναμενόταν από την ταξινομική κατανομή των στοιχείων SINE [31], τα miRNA που προέρχονται από το Alu είναι επίσης ειδικά για πρωτεύοντα [67]. Ο ανασυνδυασμός στοιχείων Alu φαίνεται επίσης ότι έπαιξε ρόλο στην επέκταση των συστοιχιών κωδικοποίησης miRNA πρωτευόντων [68]. Ένα παρόμοιο συμπέρασμα σχετικά με το ρόλο των κινητών στοιχείων στη δημιουργία ταξινομικά ειδικών miRNA προέκυψε από την ανάλυση των μαρσπιικών γονιδιωμάτων [69].
Σήματα μεταγραφής
Η εμφάνιση ενός νέου κωδικοποίησης ικανότητα σε ένα γενετικό τόπο συχνά προκύπτει από μεταβολές στις οϊδ-ενεργά ρυθμιστικά και σήματα επεξεργασίας χωρίς καμία αλλαγή στο περιεχόμενο εξόνιο. Το κινητό DNA είναι από καιρό γνωστό ότι παίζει ρόλο σε αυτό το είδος ρυθμιστικής αλλαγής. Οι φαινότυποι των πρώτων βακτηριακών μεταλλάξεων που είναι γνωστό ότι είναι στοιχεία IS (αλληλουχία εισαγωγής) προέκυψαν είτε από την απόκτηση μεταγραφικών σημάτων διακοπής [40] είτε από τη δημιουργία νέων θέσεων έναρξης μεταγραφής [41]. Στα ευκαρυωτικά, οι μεταλλάξεις που ενεργοποιούν τη μεταγραφή συνήθως προέκυψαν από την εισαγωγή στοιχείων ενισχυτή σε αναδρομικά στοιχεία LTR (επανάληψη μεγάλου τερματικού) [42]. Στην περίπτωση μίας πρωτεΐνης ρυθμιστή απόπτωσης, η σύγκριση γονιδιώματος δείχνει ότι οι ορθολογικές περιοχές κωδικοποίησης σε πρωτεύοντα και τρωκτικά απέκτησαν τα παράλληλα σήματα μεταγραφής από ανεξάρτητες παρεμβολές LTR retrotransposon [43]. Οι ακολουθίες των παρεμβολών στοιχείων Mu στον αραβόσιτο μπορούν να αλλάξουν τόσο τους τόπους έναρξης όσο και τους τερματισμούς για μεταγραφή [44]. Η εξέταση του ανθρώπινου γονιδιώματος έχει αποκαλύψει περισσότερες από 100 περιπτώσεις όπου τα στοιχεία Alu παρείχαν σήματα προσθήκης πολυΑ στο 3 'άκρο των εκφρασμένων αλληλουχιών [45]. Ο ρόλος των κινητών στοιχείων στην εξέλιξη των μεταγραφικών ρυθμιστικών ιστότοπων έχει τεκμηριωθεί εκτενώς από γονιδιωματικά δεδομένα από τη δεκαετία του 1990 [46, 47]. Πολλές από αυτές τις περιπτώσεις εμφανίζουν το είδος της ταξινομικής ειδικότητας που προβλέπεται από τη φυλογενετική κατανομή των transposons και των retrotransposons [48].
Σήματα συναρμολόγησης
Έχει περάσει πάνω από δύο δεκαετίες από Wessler και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν το μάτισμα του Ds προσθήκες στον αραβόσιτο [49]. Όχι μόνο το Ds συμπεριφέρεται ως κινητό ιντρόνιο. παρέχει επίσης εναλλακτικό μάτισμα [50]. Το ίδιο ισχύει και για τα ρετροτρανσποζόνια αραβοσίτου [51]. Το δυναμικό μιας μεμονωμένης γονιδιωματικής αλλαγής για την κωδικοποίηση πολλαπλών νέων προϊόντων έχει τεκμηριωθεί σε κουκιά, όπου η εισαγωγή ενός οικογενειακού τρανσποζονίου CACTA πραγματοποιεί ανακάτεμα εξονίων και παρέχει τοποθεσίες για εναλλακτική συναρμολόγηση [52]. Πρόσφατες μελέτες στο ανθρώπινο γονιδίωμα αρχίζουν να διευκρινιστούν οι απαιτήσεις για την παραγωγή νέων μοτίβα ματίσματος από ένθετα κινητό στοιχείο [53-55].
χρωματίνης σήματα
Η εισαγωγή ενός κινητού στοιχείου έχει βαθιά επίδραση στην τοπική διαμόρφωση χρωματίνης. Δεδομένου ότι ένας σημαντικός ρυθμιστικός μηχανισμός για τον έλεγχο της δραστηριότητας των κινητών στοιχείων είναι η ενσωμάτωση σε σιγασμένη χρωματίνη [56], μεμονωμένα ή συγκεντρωτικά στοιχεία χρησιμεύουν ως θέσεις πυρήνωσης για περιοχές ετεροχρωμίνης [57]. Ορισμένα στοιχεία, όπως ο τσιγγάνος στη Drosophila, φέρουν καθοριστικούς μονωτές χρωματίνης που συμβάλλουν σημαντικά στην επίδρασή τους στην έκφραση του γονιδιώματος [58]. Σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως η loci FWA και MEDEA στο Arabidopsis, με τυπωμένο έκφραση αντανακλά την δράση των μηχανημάτων RNAi σε ακολουθίες που προέρχονται από ένα κινητό στοιχείο [59]. Πρόσφατες μελέτες των αποτυπωμένων τόπων στους σπόρους Arabidopsis δείχνουν ότι τα κινητά στοιχεία παρείχαν πολλές από τις αλληλουχίες αναγνώρισης για επιγενετικό έλεγχο [60].
Η σύνδεση μεταξύ κινητών στοιχείων και χρωματίνης σημάτων λιγότερο καλά τεκμηριωμένη σε θηλαστικά. Ωστόσο, υπάρχουν ενδιαφέρουσες ενδείξεις ότι τα ρετροτρανσποζόνια ήταν κρίσιμα για την προέλευση ενός επιγενετικού καθεστώτος ελέγχου που είναι απαραίτητο για την εμφάνιση των θηλαστικών στην εξέλιξη. Τα πειράματα νοκ-άουτ σε ποντίκια δείχνουν ότι οι αποτυπωμένοι τόποι που προέρχονται από την οικογένεια ρετροτρανσώματος Ty3 / τσιγγάνων είναι απαραίτητοι για την ανάπτυξη του πλακούντα [61, 62]. Αυτές οι παρατηρήσεις υποδεικνύουν ότι η λειτουργική exaptation του ρετρομεταθετόνιου κωδικοποιητικών αλληλουχιών και σήματα που μεσολαβούν επιγενετικό ελέγχου τους έπαιξε ρόλο στην εξέλιξη του πλακούντα, μια σημαντική
αναπτυξιακή εφεύρεση.
ρυθμιστικά RNA
Αυτήν τη στιγμή μαθαίνουμε πόση ρύθμιση συμβαίνει μέσω της δράσης μικρών μορίων RNA. Η εξέταση των αλληλουχιών φυτικών γονιδιώματος έχει αποδείξει σημαντικούς δεσμούς πολλών μικρών RNAs με τρανσποζόνια DNA (μικροσκοπικά ανεστραμμένα-επαναλαμβανόμενα μετατιθέμενα στοιχεία - MITEs) [63] και οδήγησε στην πρόταση ότι η ρύθμιση si- και miRNA εξελίχθηκε από στοιχεία ελέγχου κινητών στοιχείων [64]. Τα ρύζι Pack-MULEs συνδέονται επίσης με μικρές αλληλουχίες κωδικοποίησης RNA [65]. Στο ανθρώπινο γονιδίωμα, 55 λειτουργικά χαρακτηριστικά και 85 μη χαρακτηρισμένα miRNA προέκυψαν από τρανσποζόνια και ρετροτρανσποζόνια [66]. Η σύγκριση με το γονιδίωμα του ποντικιού υποδεικνύει ότι τα miRNA που ταιριάζουν με τα στοιχεία L2 LINE και MIR SINE είναι αρχαία και διατηρημένα, ενώ αυτά που ταιριάζουν με τα στοιχεία L1 LINE και DNA είναι ειδικά για πρωτεύοντα. Όπως αναμενόταν από την ταξινομική κατανομή των στοιχείων SINE [31], τα miRNA που προέρχονται από το Alu είναι επίσης ειδικά για πρωτεύοντα [67]. Ο ανασυνδυασμός στοιχείων Alu φαίνεται επίσης ότι έπαιξε ρόλο στην επέκταση των συστοιχιών κωδικοποίησης miRNA πρωτευόντων [68]. Ένα παρόμοιο συμπέρασμα σχετικά με το ρόλο των κινητών στοιχείων στη δημιουργία ταξινομικά ειδικών miRNA προέκυψε από την ανάλυση των μαρσπιικών γονιδιωμάτων [69].
Αυτομπαναρισμενος επ αόριστον
-
- Μέλη που αποχώρησαν
- Δημοσιεύσεις: 4468
- Εγγραφή: 11 Απρ 2018, 17:44
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Τα εξελικτικά πλεονεκτήματα της αναζήτησης χώρου γονιδιώματος με φυσική γενετική μηχανική
Μία από τις παραδοσιακές αντιρρήσεις για τον βαθμιαίο ρυθμό του Δαρβίνου ήταν ότι είναι πολύ αργή και απροσδιόριστη μια διαδικασία για να ληφθούν υπόψη οι φυσικές προσαρμογές, επιτρέποντας ακόμη και για μεγάλες περιόδους τυχαίας μετάλλαξης και επιλογής. Μια επιτυχημένη τυχαία διαδρομή μέσα από τις σχεδόν άπειρες διαστάσεις πιθανών διαμορφώσεων γονιδιώματος έχει πολύ χαμηλή πιθανότητα επιτυχίας [155]. Υπάρχει ένας πιο αποτελεσματικός τρόπος για τα κύτταρα να αναζητήσουν «χώρο γονιδιώματος» και να αυξήσουν την πιθανότητά τους να χτυπήσουν σε χρήσιμες νέες δομές DNA; Υπάρχει, και οι υποκείμενοι μοριακοί μηχανισμοί χρησιμοποιούν τις αποδεδειγμένες δυνατότητες του κινητού DNA και άλλων συστημάτων φυσικής γενετικής μηχανικής [156, 157].
Ίσως η πιο σημαντική πτυχή της εξελικτικής αλλαγής από τη φυσική γενετική μηχανική είναι ότι χρησιμοποιεί μια συνδυαστική διαδικασία αναζήτησης βασισμένη σε μονάδες DNA που διαθέτουν ήδη λειτουργικότητα. Η εξελικτική επαναχρησιμοποίηση των λειτουργικών συστατικών έχει αναγνωριστεί εδώ και πολλά χρόνια [158, 159], αλλά μόνο με την αλληλουχία του γονιδιώματος καταλήξαμε να εκτιμήσουμε πόσο θεμελιώδης και σχεδόν πανταχού παρούσα τέτοια επαναχρησιμοποίηση είναι. Μια καθιερωμένη αρχή μηχανικής είναι η κατασκευή νέων κατασκευών για την ικανοποίηση συγκεκριμένων απαιτήσεων με
την αναδιάταξη αποδεδειγμένων, υπαρχόντων εξαρτημάτων, όπως στις μηχανικές δομές και στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Η εξέλιξη των πρωτεϊνών μέσω της προσαύξησης και της αναδιάταξης είναι ένα παράδειγμα ανάλογης βιολογικής διαδικασίας. Η ανάμιξη λειτουργικών τομέων σε νέους συνδυασμούς είναι πολύ πιο πιθανό να παράγει μια πρωτεΐνη με νέες δραστηριότητες από ότι είναι η τροποποίηση ενός αμινοξέος κάθε φορά. Οι απλές αλλαγές αμινοξέων είναι πιο κατάλληλες για τη ρύθμιση των υπαρχουσών λειτουργικών ιδιοτήτων (για παράδειγμα, δέσμευσης προσδέματος και αλλοστερικών αποκρίσεων) από ότι για δημιουργία δυνατοτήτων που δεν υπήρχαν προηγουμένως Εκτός από τη συνδυαστική αναζήτηση μέσω ανακατεύθυνσης υπαρχόντων εξονίων, περαιτέρω μεταβλητότητα προκύπτει από το σχηματισμό νέων εξονίων. Δεν γνωρίζουμε ακόμη πολλά για τυχόν προκαταλήψεις που μπορεί να υπάρχουν στη διαδικασία εξωνισμού. Εάν είναι σωστό να υποθέσουμε ότι νέα λειτουργικά εξόνια προκύπτουν από την εξάτμιση τμημάτων κινητού DNA, όπως στοιχεία SINE, τότε θα ήταν χρήσιμο να διερευνήσουμε το περιεχόμενο κωδικοποίησης αυτών των στοιχείων για να δούμε αν υπάρχει τάση που ευνοεί ακολουθίες που κωδικοποιούν χρήσιμες διπλωμένες πολυπεπτιδικές δομές.
Η δεύτερη σημαντική πτυχή της εξελικτικής αλλαγής από τη φυσική γενετική μηχανική είναι ότι γενικά λαμβάνει χώρα μετά από ένα ενεργοποιητικό γεγονός που παράγει αυτό που ο McClintock ονόμασε «σοκ γονιδιώματος» [160]. Η ενεργοποίηση συμβάντων περιλαμβάνει απώλεια τροφής [18], μόλυνση και υβριδισμό μεταξύ ειδικών (Πίνακες 3 και 4) - μόνο τα γεγονότα που μπορούμε να συμπεράνουμε από τα γεωλογικά και γονιδιωματικά αρχεία έχουν συμβεί επανειλημμένα. Η επεισόδια ενεργοποίηση των φυσικών λειτουργιών της γενετικής μηχανικής σημαίνει ότι μεταβολές στο γονιδίωμα συμβαίνουν σε εκρήξεις και όχι ως ανεξάρτητα γεγονότα. Έτσι, νέες προσαρμογές που απαιτούν αλλαγές σε πολλαπλές θέσεις στο γονιδίωμα μπορούν να προκύψουν μέσα σε μία μόνο γενιά και μπορούν να παράγουν απογόνους που εκφράζουν όλες τις αλλαγές ταυτόχρονα. Δεν υπάρχει απαίτηση, όπως στη συμβατική θεωρία, ότι κάθε μεμονωμένη αλλαγή είναι από μόνη της επωφελής. Η επεισοδιακή εμφάνιση φυσικών γενετικών μηχανικών εκρήξεων καθιστά επίσης πολύ εύκολο να κατανοήσουμε το στίγμα του γεωλογικού αρχείου [161]. Επιπλέον, η φύση της ενεργοποίησης προκλήσεων παρέχει έναν κατανοητό σύνδεσμο με περιοδικές διαταραχές στην ιστορία της γης. Οι γεωλογικές αναταραχές που διαταράσσουν μια υπάρχουσα οικολογία είναι πιθανό να οδηγήσουν σε πείνα, αλλοίωση των παρασιτικών σχέσεων ξενιστών και ασυνήθιστα συμβάντα ζευγαρώματος μεταξύ ατόμων από εξαντλημένους πληθυσμούς.
Ένα ιδιαίτερο παράδειγμα της δυνατότητας της φυσικής γενετικής μηχανικής που ενεργοποιείται από το άγχος να παράγει πολύπλοκες καινοτομίες είναι η απαλλαγή ενός υπάρχοντος λειτουργικού δικτύου μετά την επικάλυψή του από την WGD. Τομείς μπορούν να προστεθούν σε διάφορες πρωτεΐνες στο δίκτυο για να τους επιτρέψουν να αλληλεπιδράσουν με ένα νέο σύνολο μορίων εισόδου και εξόδου. Επιπλέον, οι παρεμβολές συνδεδεμένων ρυθμιστικών σημάτων στις συγγενείς κωδικοποιητικές περιοχές μπορούν να δημιουργήσουν ένα νέο κύκλωμα ελέγχου μεταγραφής που μπορεί να επιτρέπει στο τροποποιημένο δίκτυο να λειτουργεί υπό διαφορετικές συνθήκες από τον πρόγονο του.
Η ιδέα ότι τα γεγονότα γονιδιωματικής αναδιάρθρωσης μπορούν να ενσωματωθούν λειτουργικά προκειμένου να λειτουργούν συντονισμένα σε μια σειρά διαφορετικών στοιχείων κωδικοποίησης τόπων ενός ρυθμιστικού δικτύου μπορεί να φαίνεται εξαιρετικά απίθανη. Ωστόσο, η βασική απαίτηση για μια τέτοια ενσωμάτωση είναι η ικανότητα στόχευσης αλλαγών DNA σε συν-ρυθμιζόμενες περιοχές του γονιδιώματος. Ακριβώς αυτό το είδος στόχευσης έχει αποδειχθεί για κινητά στοιχεία στη ζύμη, όπου οι δραστηριότητες ολοκλήρωσης του ρετροτρανσποζονίου αλληλεπιδρούν με παράγοντες μεταγραφής [162] ή χρωματίνης [163] και στη Δροσοφίλα, όπου τα στοιχεία Ρ μπορούν να κατασκευαστούν στο σπίτι σε τοποθεσίες που ρυθμίζονται από συγκεκριμένους ρυθμιστικούς πρωτεΐνες [164].
Μία από τις παραδοσιακές αντιρρήσεις για τον βαθμιαίο ρυθμό του Δαρβίνου ήταν ότι είναι πολύ αργή και απροσδιόριστη μια διαδικασία για να ληφθούν υπόψη οι φυσικές προσαρμογές, επιτρέποντας ακόμη και για μεγάλες περιόδους τυχαίας μετάλλαξης και επιλογής. Μια επιτυχημένη τυχαία διαδρομή μέσα από τις σχεδόν άπειρες διαστάσεις πιθανών διαμορφώσεων γονιδιώματος έχει πολύ χαμηλή πιθανότητα επιτυχίας [155]. Υπάρχει ένας πιο αποτελεσματικός τρόπος για τα κύτταρα να αναζητήσουν «χώρο γονιδιώματος» και να αυξήσουν την πιθανότητά τους να χτυπήσουν σε χρήσιμες νέες δομές DNA; Υπάρχει, και οι υποκείμενοι μοριακοί μηχανισμοί χρησιμοποιούν τις αποδεδειγμένες δυνατότητες του κινητού DNA και άλλων συστημάτων φυσικής γενετικής μηχανικής [156, 157].
Ίσως η πιο σημαντική πτυχή της εξελικτικής αλλαγής από τη φυσική γενετική μηχανική είναι ότι χρησιμοποιεί μια συνδυαστική διαδικασία αναζήτησης βασισμένη σε μονάδες DNA που διαθέτουν ήδη λειτουργικότητα. Η εξελικτική επαναχρησιμοποίηση των λειτουργικών συστατικών έχει αναγνωριστεί εδώ και πολλά χρόνια [158, 159], αλλά μόνο με την αλληλουχία του γονιδιώματος καταλήξαμε να εκτιμήσουμε πόσο θεμελιώδης και σχεδόν πανταχού παρούσα τέτοια επαναχρησιμοποίηση είναι. Μια καθιερωμένη αρχή μηχανικής είναι η κατασκευή νέων κατασκευών για την ικανοποίηση συγκεκριμένων απαιτήσεων με
την αναδιάταξη αποδεδειγμένων, υπαρχόντων εξαρτημάτων, όπως στις μηχανικές δομές και στα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Η εξέλιξη των πρωτεϊνών μέσω της προσαύξησης και της αναδιάταξης είναι ένα παράδειγμα ανάλογης βιολογικής διαδικασίας. Η ανάμιξη λειτουργικών τομέων σε νέους συνδυασμούς είναι πολύ πιο πιθανό να παράγει μια πρωτεΐνη με νέες δραστηριότητες από ότι είναι η τροποποίηση ενός αμινοξέος κάθε φορά. Οι απλές αλλαγές αμινοξέων είναι πιο κατάλληλες για τη ρύθμιση των υπαρχουσών λειτουργικών ιδιοτήτων (για παράδειγμα, δέσμευσης προσδέματος και αλλοστερικών αποκρίσεων) από ότι για δημιουργία δυνατοτήτων που δεν υπήρχαν προηγουμένως Εκτός από τη συνδυαστική αναζήτηση μέσω ανακατεύθυνσης υπαρχόντων εξονίων, περαιτέρω μεταβλητότητα προκύπτει από το σχηματισμό νέων εξονίων. Δεν γνωρίζουμε ακόμη πολλά για τυχόν προκαταλήψεις που μπορεί να υπάρχουν στη διαδικασία εξωνισμού. Εάν είναι σωστό να υποθέσουμε ότι νέα λειτουργικά εξόνια προκύπτουν από την εξάτμιση τμημάτων κινητού DNA, όπως στοιχεία SINE, τότε θα ήταν χρήσιμο να διερευνήσουμε το περιεχόμενο κωδικοποίησης αυτών των στοιχείων για να δούμε αν υπάρχει τάση που ευνοεί ακολουθίες που κωδικοποιούν χρήσιμες διπλωμένες πολυπεπτιδικές δομές.
Η δεύτερη σημαντική πτυχή της εξελικτικής αλλαγής από τη φυσική γενετική μηχανική είναι ότι γενικά λαμβάνει χώρα μετά από ένα ενεργοποιητικό γεγονός που παράγει αυτό που ο McClintock ονόμασε «σοκ γονιδιώματος» [160]. Η ενεργοποίηση συμβάντων περιλαμβάνει απώλεια τροφής [18], μόλυνση και υβριδισμό μεταξύ ειδικών (Πίνακες 3 και 4) - μόνο τα γεγονότα που μπορούμε να συμπεράνουμε από τα γεωλογικά και γονιδιωματικά αρχεία έχουν συμβεί επανειλημμένα. Η επεισόδια ενεργοποίηση των φυσικών λειτουργιών της γενετικής μηχανικής σημαίνει ότι μεταβολές στο γονιδίωμα συμβαίνουν σε εκρήξεις και όχι ως ανεξάρτητα γεγονότα. Έτσι, νέες προσαρμογές που απαιτούν αλλαγές σε πολλαπλές θέσεις στο γονιδίωμα μπορούν να προκύψουν μέσα σε μία μόνο γενιά και μπορούν να παράγουν απογόνους που εκφράζουν όλες τις αλλαγές ταυτόχρονα. Δεν υπάρχει απαίτηση, όπως στη συμβατική θεωρία, ότι κάθε μεμονωμένη αλλαγή είναι από μόνη της επωφελής. Η επεισοδιακή εμφάνιση φυσικών γενετικών μηχανικών εκρήξεων καθιστά επίσης πολύ εύκολο να κατανοήσουμε το στίγμα του γεωλογικού αρχείου [161]. Επιπλέον, η φύση της ενεργοποίησης προκλήσεων παρέχει έναν κατανοητό σύνδεσμο με περιοδικές διαταραχές στην ιστορία της γης. Οι γεωλογικές αναταραχές που διαταράσσουν μια υπάρχουσα οικολογία είναι πιθανό να οδηγήσουν σε πείνα, αλλοίωση των παρασιτικών σχέσεων ξενιστών και ασυνήθιστα συμβάντα ζευγαρώματος μεταξύ ατόμων από εξαντλημένους πληθυσμούς.
Ένα ιδιαίτερο παράδειγμα της δυνατότητας της φυσικής γενετικής μηχανικής που ενεργοποιείται από το άγχος να παράγει πολύπλοκες καινοτομίες είναι η απαλλαγή ενός υπάρχοντος λειτουργικού δικτύου μετά την επικάλυψή του από την WGD. Τομείς μπορούν να προστεθούν σε διάφορες πρωτεΐνες στο δίκτυο για να τους επιτρέψουν να αλληλεπιδράσουν με ένα νέο σύνολο μορίων εισόδου και εξόδου. Επιπλέον, οι παρεμβολές συνδεδεμένων ρυθμιστικών σημάτων στις συγγενείς κωδικοποιητικές περιοχές μπορούν να δημιουργήσουν ένα νέο κύκλωμα ελέγχου μεταγραφής που μπορεί να επιτρέπει στο τροποποιημένο δίκτυο να λειτουργεί υπό διαφορετικές συνθήκες από τον πρόγονο του.
Η ιδέα ότι τα γεγονότα γονιδιωματικής αναδιάρθρωσης μπορούν να ενσωματωθούν λειτουργικά προκειμένου να λειτουργούν συντονισμένα σε μια σειρά διαφορετικών στοιχείων κωδικοποίησης τόπων ενός ρυθμιστικού δικτύου μπορεί να φαίνεται εξαιρετικά απίθανη. Ωστόσο, η βασική απαίτηση για μια τέτοια ενσωμάτωση είναι η ικανότητα στόχευσης αλλαγών DNA σε συν-ρυθμιζόμενες περιοχές του γονιδιώματος. Ακριβώς αυτό το είδος στόχευσης έχει αποδειχθεί για κινητά στοιχεία στη ζύμη, όπου οι δραστηριότητες ολοκλήρωσης του ρετροτρανσποζονίου αλληλεπιδρούν με παράγοντες μεταγραφής [162] ή χρωματίνης [163] και στη Δροσοφίλα, όπου τα στοιχεία Ρ μπορούν να κατασκευαστούν στο σπίτι σε τοποθεσίες που ρυθμίζονται από συγκεκριμένους ρυθμιστικούς πρωτεΐνες [164].
Αυτομπαναρισμενος επ αόριστον
-
- Μέλη που αποχώρησαν
- Δημοσιεύσεις: 4468
- Εγγραφή: 11 Απρ 2018, 17:44
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
συμπεράσματα-μετφρ από γκουγκλάρισμα ,κάνουμε διορθώσεις
Συμπέρασμα: μια άποψη του 21ου αιώνα για την εξελικτική αλλαγή
Η ικανότητά μας να σκεφτόμαστε εποικοδομητικά για την εξελικτική διαδικασία έχει αυξηθεί σε μεγάλο βαθμό, χάρη στις μελέτες του κινητού DNA. Εργαστηριακές μελέτες πλασμιδίων, τρανσποζονίων, ρετροτρανσποζόνων, συστημάτων NHEJ, αντίστροφης μεταγραφής, αντιγονικής διακύμανσης στα προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά παθογόνα, αναδιάταξη λεμφοκυττάρων και αναδιοργάνωση γονιδιώματος σε πρωτείνα πρωτείνης έχουν καταστήσει δυνατή την παροχή μηχανιστικών εξηγήσεων για γεγονότα που τεκμηριώνονται στο ιστορικό αρχείο DNA [6] ]. Γνωρίζουμε ότι διαδικασίες παρόμοιες με αυτές που τεκμηριώνουμε στα πειράματά μας έχουν συμβάλει σημαντικά στην αλλαγή του γονιδιώματος στην εξέλιξη. Χρησιμοποιώντας τις γνώσεις μας σχετικά με τους μηχανισμούς αναδιάρθρωσης του γονιδιώματος, μπορούμε να δημιουργήσουμε ακριβή μοντέλα για να λάβουμε υπόψη πολλές επαναλήψεις, ενισχύσεις, διασπορές και αναδιατάξεις που παρατηρούνται τόσο στο γονιδιωματικό όσο και στο πρωτεωμικό επίπεδο.
Το αρχείο DNA γονιδιώματος μαρτυρεί επίσης ξαφνικές αλλαγές που επηρεάζουν ταυτόχρονα πολλούς χαρακτήρες: οριζόντια μεταφορά μεγάλων τμημάτων DNA, συντήξεις κυττάρων και WGD. Αυτά τα δεδομένα δεν είναι εύκολα συμβατά με προηγούμενες σταδιακές απόψεις σχετικά με τη φύση της εξελικτικής παραλλαγής. Ωστόσο, είμαστε πλέον σε θέση να εφαρμόσουμε τα αποτελέσματα των ευρημάτων σχετικά με τη ρύθμιση των λειτουργιών φυσικής γενετικής μηχανικής στο
εργαστήριο και στον τομέα για να κατανοήσουμε το αρχείο DNA. Οι συντήξεις κυττάρων και τα WGD είναι συμβάντα που γνωρίζουμε ότι ενεργοποιούν τις λειτουργίες αναδιάρθρωσης DNA (Πίνακες 3 και 4). Επομένως, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι εκρήξεις ενδοκυτταρικής οριζόντιας μεταφοράς, μείωση γονιδιώματος και αναδιάταξη γονιδιώματος ακολουθούν αυτές τις αρχικές απότομες αλλαγές στο DNA του κυττάρου. Πώς ένα νέο συμβιωτικό κύτταρο ή ένα με ένα διπλάσιο γονιδίωμα διαχειρίζεται τη μετάβαση σε μια σταθερή δομή γονιδιώματος που αντιγράφει και μεταφέρει αξιόπιστα στην κυτταρική διαίρεση είναι ένα άλλο σημαντικό θέμα για μελλοντική έρευνα. Τα μαθήματα που μαθαίνουμε σχετικά με τη σίγαση του κινητού DNA με εσωτερική διαγραφή [12] και την τροποποίηση της χρωματίνης που κατευθύνεται από RNA [167] είναι πιθανό να αποδειχθούν χρήσιμα σημεία εκκίνησης.
Αν και παραμένουν πολλά κενά στις γνώσεις μας, είμαστε τώρα σε θέση να σκιαγραφήσουμε ένα ξεχωριστό σενάριο του 21ου αιώνα για εξελικτική αλλαγή. Το σενάριο περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία:
(1)
Η κληρονομική διακύμανση προκύπτει από τη μη τυχαία δράση των ενσωματωμένων βιοχημικών συστημάτων που κινητοποιούν το DNA και πραγματοποιούν φυσική γενετική μηχανική.
(2)
σημαντικές διαταραχές της οικολογίας ενός οργανισμού προκαλούν αναδιάρθρωση κυττάρων και γονιδιώματος. Οι οικολογικές διαταραχές μπορούν να δράσουν άμεσα, μέσω του άγχους στα άτομα, ή έμμεσα, μέσω αλλαγών στο βιοτόντο που ευνοούν ασυνήθιστες αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατόμων (συντήξεις κυττάρων, ενδοειδικοί υβριδοποιήσεις). Τα γεγονότα ενεργοποίησης συνεχίζονται έως ότου εμφανιστεί μια νέα οικολογία που είναι γεμάτη με οργανισμούς ικανούς να χρησιμοποιήσουν τους διαθέσιμους πόρους.
(3)
Οι οικοδομικά ενεργοποιημένες αναδιαρθρώσεις κυττάρων και γονιδιώματος παράγουν οργανισμούς οι οποίοι, σε κάποια συχνότητα, θα διαθέτουν νέα προσαρμοστικά χαρακτηριστικά που ταιριάζουν στο αλλαγμένο περιβάλλον. Τα νέα προσαρμοστικά χαρακτηριστικά μπορεί να είναι περίπλοκα από την αρχή επειδή προκύπτουν από διαδικασίες που λειτουργούν σε προϋπάρχοντα λειτουργικά συστήματα, των οποίων τα στοιχεία μπορούν να ενισχυθούν και να αναδιαταχθούν σε νέους συνδυασμούς. Ο ανταγωνισμός για πόρους (καθαρισμός επιλογής) χρησιμεύει στην εξάλειψη εκείνων των νέων αρχιτεκτονικών συστημάτων που δεν είναι λειτουργικές στη νέα οικολογία.
(4)
Μόλις επιτευχθεί η οικολογική σταθερότητα, οι φυσικές λειτουργίες της γενετικής μηχανικής σιωπούν, ο ρυθμός της καινοτομίας μειώνεται και η μικροεξέλιξη μπορεί να συμβεί για να βελτιώσει τις πρόσφατες εξελικτικές εφευρέσεις μέσω διαδοχικών μικρών αλλαγών.
Συμπέρασμα: μια άποψη του 21ου αιώνα για την εξελικτική αλλαγή
Η ικανότητά μας να σκεφτόμαστε εποικοδομητικά για την εξελικτική διαδικασία έχει αυξηθεί σε μεγάλο βαθμό, χάρη στις μελέτες του κινητού DNA. Εργαστηριακές μελέτες πλασμιδίων, τρανσποζονίων, ρετροτρανσποζόνων, συστημάτων NHEJ, αντίστροφης μεταγραφής, αντιγονικής διακύμανσης στα προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά παθογόνα, αναδιάταξη λεμφοκυττάρων και αναδιοργάνωση γονιδιώματος σε πρωτείνα πρωτείνης έχουν καταστήσει δυνατή την παροχή μηχανιστικών εξηγήσεων για γεγονότα που τεκμηριώνονται στο ιστορικό αρχείο DNA [6] ]. Γνωρίζουμε ότι διαδικασίες παρόμοιες με αυτές που τεκμηριώνουμε στα πειράματά μας έχουν συμβάλει σημαντικά στην αλλαγή του γονιδιώματος στην εξέλιξη. Χρησιμοποιώντας τις γνώσεις μας σχετικά με τους μηχανισμούς αναδιάρθρωσης του γονιδιώματος, μπορούμε να δημιουργήσουμε ακριβή μοντέλα για να λάβουμε υπόψη πολλές επαναλήψεις, ενισχύσεις, διασπορές και αναδιατάξεις που παρατηρούνται τόσο στο γονιδιωματικό όσο και στο πρωτεωμικό επίπεδο.
Το αρχείο DNA γονιδιώματος μαρτυρεί επίσης ξαφνικές αλλαγές που επηρεάζουν ταυτόχρονα πολλούς χαρακτήρες: οριζόντια μεταφορά μεγάλων τμημάτων DNA, συντήξεις κυττάρων και WGD. Αυτά τα δεδομένα δεν είναι εύκολα συμβατά με προηγούμενες σταδιακές απόψεις σχετικά με τη φύση της εξελικτικής παραλλαγής. Ωστόσο, είμαστε πλέον σε θέση να εφαρμόσουμε τα αποτελέσματα των ευρημάτων σχετικά με τη ρύθμιση των λειτουργιών φυσικής γενετικής μηχανικής στο
εργαστήριο και στον τομέα για να κατανοήσουμε το αρχείο DNA. Οι συντήξεις κυττάρων και τα WGD είναι συμβάντα που γνωρίζουμε ότι ενεργοποιούν τις λειτουργίες αναδιάρθρωσης DNA (Πίνακες 3 και 4). Επομένως, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι εκρήξεις ενδοκυτταρικής οριζόντιας μεταφοράς, μείωση γονιδιώματος και αναδιάταξη γονιδιώματος ακολουθούν αυτές τις αρχικές απότομες αλλαγές στο DNA του κυττάρου. Πώς ένα νέο συμβιωτικό κύτταρο ή ένα με ένα διπλάσιο γονιδίωμα διαχειρίζεται τη μετάβαση σε μια σταθερή δομή γονιδιώματος που αντιγράφει και μεταφέρει αξιόπιστα στην κυτταρική διαίρεση είναι ένα άλλο σημαντικό θέμα για μελλοντική έρευνα. Τα μαθήματα που μαθαίνουμε σχετικά με τη σίγαση του κινητού DNA με εσωτερική διαγραφή [12] και την τροποποίηση της χρωματίνης που κατευθύνεται από RNA [167] είναι πιθανό να αποδειχθούν χρήσιμα σημεία εκκίνησης.
Αν και παραμένουν πολλά κενά στις γνώσεις μας, είμαστε τώρα σε θέση να σκιαγραφήσουμε ένα ξεχωριστό σενάριο του 21ου αιώνα για εξελικτική αλλαγή. Το σενάριο περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία:
(1)
Η κληρονομική διακύμανση προκύπτει από τη μη τυχαία δράση των ενσωματωμένων βιοχημικών συστημάτων που κινητοποιούν το DNA και πραγματοποιούν φυσική γενετική μηχανική.
(2)
σημαντικές διαταραχές της οικολογίας ενός οργανισμού προκαλούν αναδιάρθρωση κυττάρων και γονιδιώματος. Οι οικολογικές διαταραχές μπορούν να δράσουν άμεσα, μέσω του άγχους στα άτομα, ή έμμεσα, μέσω αλλαγών στο βιοτόντο που ευνοούν ασυνήθιστες αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατόμων (συντήξεις κυττάρων, ενδοειδικοί υβριδοποιήσεις). Τα γεγονότα ενεργοποίησης συνεχίζονται έως ότου εμφανιστεί μια νέα οικολογία που είναι γεμάτη με οργανισμούς ικανούς να χρησιμοποιήσουν τους διαθέσιμους πόρους.
(3)
Οι οικοδομικά ενεργοποιημένες αναδιαρθρώσεις κυττάρων και γονιδιώματος παράγουν οργανισμούς οι οποίοι, σε κάποια συχνότητα, θα διαθέτουν νέα προσαρμοστικά χαρακτηριστικά που ταιριάζουν στο αλλαγμένο περιβάλλον. Τα νέα προσαρμοστικά χαρακτηριστικά μπορεί να είναι περίπλοκα από την αρχή επειδή προκύπτουν από διαδικασίες που λειτουργούν σε προϋπάρχοντα λειτουργικά συστήματα, των οποίων τα στοιχεία μπορούν να ενισχυθούν και να αναδιαταχθούν σε νέους συνδυασμούς. Ο ανταγωνισμός για πόρους (καθαρισμός επιλογής) χρησιμεύει στην εξάλειψη εκείνων των νέων αρχιτεκτονικών συστημάτων που δεν είναι λειτουργικές στη νέα οικολογία.
(4)
Μόλις επιτευχθεί η οικολογική σταθερότητα, οι φυσικές λειτουργίες της γενετικής μηχανικής σιωπούν, ο ρυθμός της καινοτομίας μειώνεται και η μικροεξέλιξη μπορεί να συμβεί για να βελτιώσει τις πρόσφατες εξελικτικές εφευρέσεις μέσω διαδοχικών μικρών αλλαγών.
Αυτομπαναρισμενος επ αόριστον
-
- Μέλη που αποχώρησαν
- Δημοσιεύσεις: 4468
- Εγγραφή: 11 Απρ 2018, 17:44
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Αυτό το σενάριο του 21ου αιώνα αναλαμβάνει έναν σημαντικό ρόλο για το είδος των κυτταρικών ευαισθησιών και των γονιδιωματικών αποκρίσεων που υπογράμμισε η McClintock στην ομιλία της στο βραβείο Νόμπελ του 1984 [1]. Ένα τέτοιο γνωστικό συστατικό απουσιάζει από τη συμβατική εξελικτική θεωρία, επειδή οι εξελικτικοί του 19ου και του 20ου αιώνα δεν γνώριζαν επαρκώς τα δίκτυα κυτταρικής απόκρισης και ελέγχου. Αυτή η άποψη της εξέλιξης του 21ου αιώνα δημιουργεί μια λογική σύνδεση μεταξύ οικολογικών αλλαγών, αποκρίσεων κυττάρων και οργανισμών, εκτεταμένης αναδιάρθρωσης γονιδιώματος και της ταχείας εμφάνισης προσαρμοστικών εφευρέσεων. Απαντά επίσης στις αντιρρήσεις
τής συμβατική θεωρίας που προβάλλονται από έξυπνους υποστηρικτές της, επειδή η εξέλιξη από τη φυσική γενετική μηχανική έχει την ικανότητα να δημιουργεί πολύπλοκες καινοτομίες. Με άλλα λόγια, η καλύτερη άμυνά μας ενάντια στον αντι-επιστημονικό σκοταδισμό προέρχεται από τη μελέτη του κινητού DNA, επειδή αυτό είναι το θέμα που έχει μεταμορφώσει σημαντικά την εξέλιξη από τη φυσική ιστορία σε μια ζωντανή εμπειρική επιστήμη.
Συντομογραφίες
DS:
διπλό σκέλος
LINE:
μακρύ διάσπαρτο στοιχείο νουκλεοτιδίων
LTR:
μεγάλες επαναλήψεις τερματικού
MITE:
μινιατούρα αναστρέψιμο επαναλαμβανόμενο στοιχείο
MULE:
Στοιχείο που μοιάζει πολύ
ROM:
μνήμη μόνο για ανάγνωση
RW:
διαβάζω γράφω
SINE:
κοντό διάκενο στοιχείο νουκλεοτιδίων
WGD:
διπλασιασμός ολόκληρου του γονιδιώματος.
Οι ζωντανοί οργανισμοί κάνουν επιγραφές στο γονιδιωματικό τους DNA για τον έλεγχο των βιολογικών λειτουργιών σε όλες τις χρονικές κλίμακες. Στην εξέλιξη, οι οργανισμοί χρησιμοποιούν μια ποικιλία διαφορετικών διαδικασιών για να συγχωνεύσουν και να τροποποιήσουν τα γονιδιώματά τους καθώς δημιουργούν νέες λαξομονικές ομάδες. Αυτή η διάλεξη από τον James Shapiro, PhD, Τμήμα Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας, Πανεπιστήμιο του Σικάγο, περιγράφει μερικές από τις βιολογικές δραστηριότητες που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για τη δημιουργία νέων διαμορφώσεων των γονιδιωμάτων ανάγνωσης-εγγραφής τους.
How Life Changes Itself: The Read-Write Genome by James Shapiro, PhD
τής συμβατική θεωρίας που προβάλλονται από έξυπνους υποστηρικτές της, επειδή η εξέλιξη από τη φυσική γενετική μηχανική έχει την ικανότητα να δημιουργεί πολύπλοκες καινοτομίες. Με άλλα λόγια, η καλύτερη άμυνά μας ενάντια στον αντι-επιστημονικό σκοταδισμό προέρχεται από τη μελέτη του κινητού DNA, επειδή αυτό είναι το θέμα που έχει μεταμορφώσει σημαντικά την εξέλιξη από τη φυσική ιστορία σε μια ζωντανή εμπειρική επιστήμη.
Συντομογραφίες
DS:
διπλό σκέλος
LINE:
μακρύ διάσπαρτο στοιχείο νουκλεοτιδίων
LTR:
μεγάλες επαναλήψεις τερματικού
MITE:
μινιατούρα αναστρέψιμο επαναλαμβανόμενο στοιχείο
MULE:
Στοιχείο που μοιάζει πολύ
ROM:
μνήμη μόνο για ανάγνωση
RW:
διαβάζω γράφω
SINE:
κοντό διάκενο στοιχείο νουκλεοτιδίων
WGD:
διπλασιασμός ολόκληρου του γονιδιώματος.
Οι ζωντανοί οργανισμοί κάνουν επιγραφές στο γονιδιωματικό τους DNA για τον έλεγχο των βιολογικών λειτουργιών σε όλες τις χρονικές κλίμακες. Στην εξέλιξη, οι οργανισμοί χρησιμοποιούν μια ποικιλία διαφορετικών διαδικασιών για να συγχωνεύσουν και να τροποποιήσουν τα γονιδιώματά τους καθώς δημιουργούν νέες λαξομονικές ομάδες. Αυτή η διάλεξη από τον James Shapiro, PhD, Τμήμα Βιοχημείας και Μοριακής Βιολογίας, Πανεπιστήμιο του Σικάγο, περιγράφει μερικές από τις βιολογικές δραστηριότητες που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για τη δημιουργία νέων διαμορφώσεων των γονιδιωμάτων ανάγνωσης-εγγραφής τους.
How Life Changes Itself: The Read-Write Genome by James Shapiro, PhD
Αυτομπαναρισμενος επ αόριστον
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Πολύ μεγάλος όγκος πληροφοριών και καταλαβαίνω ότι θα υπήρξε αρκετός κόπος και για εσένα για να βρεις, μεταφράσεις, διορθώσεις.
Πολύ καλή δουλειά και μπράβο για τον κόπο σου.
Προτείνω την δημιουργία νέου νήματος όπου θα συζητηθεί το συγκεκριμένο θέμα. Εδώ αδικείται, μιας και το θέμα είναι άλλο και είναι κρίμα να θαφτεί.
Αφού έκανες που έκανες τον κόπο, δεν ανοίγεις ένα νέο τόπικ και να μεταφέρεις σε αυτό όλες αυτές τις πληροφορίες;
Πολύ καλή δουλειά και μπράβο για τον κόπο σου.
Προτείνω την δημιουργία νέου νήματος όπου θα συζητηθεί το συγκεκριμένο θέμα. Εδώ αδικείται, μιας και το θέμα είναι άλλο και είναι κρίμα να θαφτεί.
Αφού έκανες που έκανες τον κόπο, δεν ανοίγεις ένα νέο τόπικ και να μεταφέρεις σε αυτό όλες αυτές τις πληροφορίες;
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Μαι και εγώ, επειδή δεν γνωρίζω την θέση της αβιογένεσης στην επιστημονική κοινότητα, γι' αυτό πρότεινα κάτι σαν την ξουράφα του Occam.hellegennes έγραψε: ↑12 Ιουν 2020, 01:22Εγώ επισημαίνω το αυτονόητο. Ότι μια επιστημονική συζήτηση για μια φυσική διεργασία ποτέ δεν μπορεί να ξεκινάει με την παραδοχή ότι δεν είναι φυσική διεργασία, γιατί δεν είναι επιστημονική συζήτηση. Αβιογένεση είναι η δημιουργία ζωής από μη ζωή (χημικές διεργασίες). Αυτό για την επιστήμη είναι δεδομένο. Μπορείς να προτείνεις ό,τι ευφάνταστο πράγμα θέλεις για το πώς συνέβη η αβιογένεση, απ' την στιγμή που δεν υπάρχει αποδεδειγμένη θεώρηση, δεν μπορείς όμως να πεις ότι δεν συνέβη καν.SpoilerShowΛοξίας έγραψε: ↑11 Ιουν 2020, 22:20Σϊγουρα θα εκνευριστείτε με τα παραπάνω, αλλά αυτά που έγραψα δεν σκοπεύουν να σας "αφαιρέσουν" τον λόγο.
Αντιθέτως, στο να είμαστε πιο προσγειωμένοι σκοπεύουν.
Ο καθένας έχει το δικαίωμα να μην αποδέχεται μία επιστημονική θεωρία. Και μπορεί να διατυπώνει την γνώμη του αυτή.
Δεν μπορεί όμως ούτε να "αποδεικνύει" μία μη αποδεκτή από την επιστημονική κοινότητα θεωρία επειδή ταιριάζει με τις πεποιθήσεις του, ούτε να "απορρίπτει" μία επιστημονική θεωρία επειδή αυτή δεν συμβαδίζει με την κοσμοθεωρία του.
Αν η αβιογένεση είναι αποδεκτή από την παγκόσμια κοινότητα, δεν υπάρχει χώρος για εμάς ώστε να την απορρίψουμε.
Αν πάλι, δεν είναι αποδεκτή, είναι μάταιο να προσπαθούμε εμείς να την αποδείξουμε.
Μου φαίνεται πολύ απλή λογική κάτι τέτοιο, ώστε να σταματήσουν οι εκατέρωθεν αντεγκλήσεις για ένα επιστημονικό πεδίο το οποίο δεν έχουμε σπουδάσει.
- Ζενίθεδρος
- Δημοσιεύσεις: 15497
- Εγγραφή: 27 Ιούλ 2018, 18:56
- Phorum.gr user: Ζενίθεδρος
- Επικοινωνία:
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Δεν νομίζω πως ξεφεύγουμε από το θέμα του νήματος. Απ ό,τι φαίνεται, είναι πιθανότερο να έχει έρθει η ζωή από το διάστημα (μετεωρίτη που κουβαλούσε ανθεκτικούς ιους, εξωγήινο αστροναύτη που πέρασε από εδώ και είπε να αμολήσει στην ερημιά μια κουραδα γεμάτη μικροβια, παράλληλο συμπαν όπου έχει αναρριχόμενα φυτά ακόμα και στους διαστρικους του χώρους και έτυχε να συναντηθει με το δικό μας, κατά τυχη στη Γη) πάρα να έχει δημιουργηθεί με ντόπια αβιογενεση.
Ακόμα τούτη ή άνοιξη ραγιάδες, ραγιάδες, τούτο το καλοκαίρι, μέχρι να ρθεί ο Μόσκοβος να φέρει το σεφέρι.
☦𓀢
☦𓀢
- hellegennes
- Δημοσιεύσεις: 45135
- Εγγραφή: 01 Απρ 2018, 00:17
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Δεν βλέπω γιατί είναι πιθανότερο, αλλά κι αυτό που ήρθε από αβιογένεση προέκυψε. Απλά μεταθέτεις τον τόπο προέλευσης.
Ξημέρωσε.
Α, τι ωραία που είναι!
Ήρθε η ώρα να κοιμηθώ.
Κι αν είμαι τυχερός,
θα με ξυπνήσουν μια Δευτέρα παρουσία κατά την θρησκεία.
Μα δεν ξέρω αν και τότε να σηκωθώ θελήσω.
Α, τι ωραία που είναι!
Ήρθε η ώρα να κοιμηθώ.
Κι αν είμαι τυχερός,
θα με ξυπνήσουν μια Δευτέρα παρουσία κατά την θρησκεία.
Μα δεν ξέρω αν και τότε να σηκωθώ θελήσω.
-
- Δημοσιεύσεις: 268
- Εγγραφή: 12 Ιουν 2020, 23:32
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Δεν υπάρχει αβιογένεση. Η ζωή υπήρχε πάντα. Όπως και το σύμπαν
Re: Το παράδοξο του Φέρμι - Πιθανές εξηγήσεις
Ε μα...hellegennes έγραψε: ↑13 Ιουν 2020, 00:36Δεν βλέπω γιατί είναι πιθανότερο, αλλά κι αυτό που ήρθε από αβιογένεση προέκυψε.
Πειράματα κι αηδίες!

-
- Παραπλήσια Θέματα
- Απαντήσεις
- Προβολές
- Τελευταία δημοσίευση
-
-
Νέα δημοσίευση Το “Απεχθές Συμπέρασμα” και το Παράδοξο της Ευημερίας – Πού Τελειώνει η Ηθική του Αριθμού;
από Γιαννης- μελβουρνη » 09 Μαρ 2025, 05:04 » σε Φιλοσοφία - 127 Απαντήσεις
- 2722 Προβολές
-
Τελευταία δημοσίευση από Λοξίας
14 Μαρ 2025, 21:27
-